数字集群通信系统语音编解码算法研究及优化

摘要

集群通信系统是一种具有交换和控制双重功能的指挥调度系统，随着数字通信技术的发展，数字集群通信系统逐渐成为研究热点。语音通信是数字集群通信系统中最常用的通信方式之一，优良的语音编解码算法能够更加有效地节省带宽资源，提高频率利用率，因此具有重要的研究价值。
　　通过研究TETRA数字集群通信系统中的ACELP语音编解码算法，分别在感觉加权滤波器的设计、线谱对参数量化的搜索方式、代数码本的搜索方式等三个方面提出了优化算法。
　　对感觉加权滤波器的优化方法是修改感觉加权滤波器频域表达式中的系数，用未量化的线性预测系数代替量化后的线性预测系数。由于未量化的线性预测系数具有更高的精度，因此，误差信号通过修正后的感觉加权滤波器以后，具有与语音信号谱更加相似的包络形状，从而更好地利用共振峰对误差的掩蔽效应，达到更佳的主观听觉效果。对线谱对参数量化的搜索方式的优化是通过选用不同的失真测度公式实现的。提出了两种替换原有均方误差最小准测的方法，分别是最大平均误差与均方误差最小准则相结合的搜索标准，以及绝对值平均误差与均方误差最小准则相结合的搜索标准。理论分析表明，本文提出的两种搜索算法与原有搜索方法相比，所需乘法运算量明显减少，虽然加法和比较运算次数有不同程度的增加，但是仍然达到了降低总运算量的目的。对代数码本搜索方法的优化同样是通过改变搜索准则完成的。用脉冲置换搜索方法代替原有的聚焦搜索法可以避免搜索过程中进行的嵌套循环，有效提高搜索效率。在脉冲置换数等于4的情况下，采用脉冲置换搜索方法所需的运算量仅为原有的聚焦搜索方法的24％。
　　用C语言和Matlab对TETRA系统中的ACELP算法及优化方法进行仿真。结果表明，修正后的感觉加权滤波器更好地反映出合成滤波器的变化情况，更好地利用了掩蔽效应降低了噪声干扰的影响。对分裂矢量量化码本搜索方式的优化和代数码本搜索方式的优化都在不明显降低合成语音质量的情况下有效地减少了运算量。

目录

数字集群通信系统语音编解码算法研究及优化

RESEARCH AND OPTIMIZATIONON SPEECH CODING IN DIGITAL TRUNKING COMMUNICATION SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 语音编码技术的发展

1.2.1 语音压缩的基本原理

1.2.2 语音编码发展概况

1.2.3 语音编码的性能评定

1.3 数字集群系统发展状况

1.3.1 国外数字集群系统及语音编码方法发展状况

1.3.2 我国数字集群系统及语音编码方法发展状况

1.4 本文主要研究内容

第2章 语音信号分析

2.1 语音信号模型

2.1.1 语音信号的产生模型

2.1.2 语音信号的数字模型

2.2 语音信号的线性预测分析

2.2.1 线性预测的基本原理

2.2.2 线性预测方程组的解法

2.3 本章小结

第3章 ACELP编解码

3.1 ACELP算法基本原理

3.2 编码

3.2.1 预处理

3.2.2 线性预测分析

3.2.3 长时基音预测器的结构和搜索

3.2.4 代数码本的结构和搜索

3.2.5 增益量化

3.2.6 存储器的更新

3.2.7 编码比特分配表

3.3 解码

3.3.1 LP参数解码

3.3.2 自适应码本解码

3.3.3 代数码本解码

3.3.4 增益解码

3.3.5 重建语音

3.3.6 差错隐藏

3.4 本章小结

第4章 ACELP算法的优化

4.1 感觉加权滤波器的优化

4.1.1 感觉加权滤波器的作用

4.1.2 感觉加权滤波器的优化

4.2 LSP参数量化算法的优化

4.2.1 LSP参数量化过程

4.2.2 LSP参数量化过程中的码本搜索准则

4.2.3 LSP参数量化过程中码本搜索准则的优化

4.3 代数码本搜索方式的优化

4.3.1 原算法中代数码本搜索的运算量

4.3.2 脉冲置换优化算法

4.4 本章小结

第5章 ACELP算法的仿真

5.1 语音分析与抽样的关系

5.2 线性预测参数的仿真

5.3 长时基音预测器的仿真

5.4 代数码本搜索的仿真

5.5 优化算法的仿真

5.5.1 感觉加权合成滤波器的仿真

5.5.2 采用不同优化算法时输出语音的仿真

5.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢