用于矿井无线通信语音压缩的研究

摘要

随着煤矿的现代化程度的逐步提高，传统的有线通信已经不能够完全满足现代矿井语音通信的需求。矿井无线通信技术在加强矿井的生产管理能力、提高煤矿的工作效率以及提高事故救援能力等方面具有矿井有线通信无法比拟的优势。无线语音通信技术在矿井中的应用变得势在必行。
　　煤矿井下语音信号信噪比低，无线传输信道具有传输损耗大、传输距离短、传输信道窄等不利于语音信号传输的特性，因此掌握矿井语音信号的特点，分析井下噪声以及传输信道对电磁波传输的干扰特性，对建立矿井无线传输语音的压缩的设计具有十分重要的意义。本课题主要分析了矿井无线通信中的语音信号、物理噪声干扰和电磁波干扰的特点以及信道对信号传输的影响因素，构建并仿真确立了一种适用于煤矿井下的无线通信的语音压缩数学模型。
　　由于矿井环境的特殊性，利用人耳掩蔽效应对语音信号进行去冗余压缩，对矿井无线语音通信的通话质量的影响较小，因此本文主要利用减少编码比特的方法来压缩语音信号。基于语音压缩技术，通过对波形编码技术中的脉冲编码调制、增量调制、自适应增量调制进行比较，提出了一种可用于矿井无线通信系统的语音压缩编码方案。在本课题中，滤波器主要起到去除语音带宽外的噪音和使信号平滑的作用，通过仿真分析比较现代常用的几类滤波器的滤波特性，最终选择二阶Butterworth滤波器作为本课题滤波器的设计方案。
　　利用通信系统的实时动态仿真软件Systemview对算法进行了仿真并分析其性能。实验结果表明:当语音信号频率在800-3000Hz范围内，通信系统的抽样频率为4-6倍语音信号最大频率时，建立的压缩模型从抗噪声性能、通话清晰度、编码速率以及算法复杂度方面都能满足课题的基本要求。本课题的研究为矿井无线语音通信系统的语音传输压缩方案的选择提供了理论支持，具有一定的可行性和实用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的研究背景和意义

1．1．1 选题的研究背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 主要的矿用通信模式

1．3 国内外研究现状

1．3．1 矿井无线通信国内外研究现状

1．3．2 语音压缩技术国内外研究现状

1．4 本文主要的研究内容

第二章 语音压缩技术

2．1 语音信号基础知识

2．1．1 语音的发生原理和感知系统

2．1．2 语音信号的发声模型

2．2 语音压缩理论依据

2．2．1 有损压缩

2．2．2 语音冗余分析

2．2．3 语音压缩编码技术

2．3 语音编码的性能指标和质量评测方法

2．4 本章小结

第三章 煤矿井下信号及噪声特点分析

3．1 煤矿井下语音信号特点分析

3．1．1 煤矿井下语音信号的特点

3．1．2 通信设备的要求

3．2 井下噪声干扰源分析

3．2．1 煤矿井下物理噪声干扰源分析

3．2．2 煤矿井下电磁干扰源特性分析

3．3 电磁波在巷道内的传输损耗

3．3．1 电磁波在巷道内的传输衰减

3．3．2 影响传输损耗的因素

3．4 本章小结

第四章 压缩模型设计

4．1 语音信号模型

4．2 波形编码方案比较

4．2．1 脉冲编码调制

4．2．2 增量调制

4．2．3 自适应增量调制

4．3 编码方案比较结果

4．4 滤波器

4．4．1 滤波器分类

4．4．2 滤波器设计

4．4．3 Butterworth低通滤波器

4．4．3 滤波器的阶数

4．5 本章小结

第五章 仿真软件介绍及仿真结果分析

5．1 仿真软件介绍

5．2 数学模型仿真及仿真结果分析

5．2．1 ADM和DM系统仿真结果分析比较

5．2．2 DM系统语音信号适用范围

5．2．3 DM仿真结果总结

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 今后工作的研究方向和展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文