低速率语音编码AMBE算法研究及AMBE-2000TM芯片在加密电话系统中的应用

摘要

语音压缩编码技术一直是在用尽可能低的数码率获得尽可能好的合成语音质量的矛盾中发展的。数码率实质上反映的是频带宽度,降低数码率实质上就是压缩频带宽度。近10年来,固定电话和移动通信高速发展,频率资源变得愈加宝贵,信道利用率成为一项关键因素,这促使语音压缩技术不断发展。如何在不降低话音质量的前提下得到更低的数码率,已经成为衡量语音压缩算法优劣的重要标准。本文主要研究基于多带激励MBE(Multi—BandExcited)语音编码技术的甚低速语音编码算法AMBE(AdvancedMBE)。MBE语音编码技术是美国MIT大学林肯实验室1988年提出的一种具有高语音质量的低速率语音编解码技术。其改进的IMBE算法成为国际移动卫星组织(INMARSAT)和AUSAT移动卫星通信的语音编码标准。MBE语音编解码算法因其在小于4.8kbps低速率上的优越性能,在多领域得到广泛应用。基于MBE算法的AMBE算法是标准MBE的改进和补充。DVSI公司的新型AMBE话音编码算法速率低于2.4kbps,其中采用了A-B-S技术、静默检测(VAD)和舒适噪音插入技术(CNI)等。该压缩技术能在甚低速率下传输高质量话音,己被证明优于CELP,RELP,VSELP,MELP,ECELP,MP-MLQ,LPC-10及其他压缩技术。首先,本文分析比较了IMBE和AMBE这两种MBE类算法,着重对AMBE中的参数量化编码方法进行分析,研究其如何在保证高质量话音的前提下实现甚低速率,并对AMBE译码算法进行了软件仿真,经过对该算法译码输出的语音质量等特性分析,证明本论文所研究的编译码技术是实用的、高效的,具有很强的可扩展性和广泛的适用性。其次,本文设计了基于AMBE-2000TM声码器芯片的数字加密电话系统,在较低的数据码率(2.0Kbps)传输时,通过测试表明,即使有一定误码干扰,输出的语音仍然非常清晰,无延迟,几乎与普通模拟语音电话一致,与普通模话相比,有着巨大优势。因此,AMBE-2000TM及其系列语音压缩编解码芯片将会有十分广阔的应用前景。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

第一节 课题背景

1.1.1 语音编码技术

1.1.2 MBE语音编码

1.1.3 IMBE算法及应用

1.1.4 AMBE算法及应用

第二节 本论文所作工作

第三节 论文的内容安排

第二章 MBE、IMBE、AMBE语音编码技术

第一节 MBE语音编码技术

2.1.1 概述

2.1.2 多带激励语音分析

2.1.3 多带激励语音合成

第二节 IMBE语音编码算法

2.2.1 编码器、译码器原理

第三节 AMBE语音编码算法

2.3.1 概述

2.3.2 编码器、译码器原理

2.3.3 新型AMBE算法特色

第三章 IMBE、AMBE量化编码方法

第一节 AMBE参数量化编码

3.1.1 基音频率量化编码

3.1.2 谱幅度量化编码

3.1.3 V/U判决量化编码

3.1.4 AMBE量化编码方法小结

第二节 IMBE参数量化编码

3.2.1 基音频率的量化编码和译码

3.2.2 V/U判决的量化编码

3.2.3 谱幅度的量化编码

3.2.4 IMBE量化编码方法小结

第三节 新型AMBE量化方法的优越

3.3.1 MBE多带激励类算法在语音谱方面较好的拟合性

3.3.2 双子帧联合矢量量化编码

3.3.3 DCT变换的运用

3.3.4 预测器

3.3.5 静默检测(VAD)和舒适噪音插入技术(CNI)

第四章 AMBE语音译码算法的软件实现

第一节 AMBE译码算法的实现

4.1.1 语音合成

第二节 AMBE译码算法部分源代码

第五章 AMBE-2000TM芯片在数字加密电话中的应用

第一节 背景

第二节 AMBE-2000TM声码器芯片简介

第三节 接口设计

5.3.1 声码器和语音编解码器的接口设计

5.3.2 声码器和主机DSP的接口设计

第四节 工作流程

第五节 系统抗干扰能力测试

5.5.1 测试准备

5.5.2 测试过程

5.5.3 测试结果

第六节 结束语

第六章 结论

附录一 部分源代码

附录二 IMBE谱幅度量化比特分配表

参考文献

后记