船载航行数据记录仪中的驾驶台语音通信增强和压缩处理

摘要

随着科学技术的不断发展，新型数字化船用仪器如ECDIS(ElectronicChartDisplayandInformationSystem，电子海图显示与信息系统)、AIS(AutomaticIdentificationSystem，自动识别系统)以及VDR(VoyageDataRecorder，航行数据记录仪)逐步装船使用，预示着当今的船舶航行已逐渐进入了“海上数字交通”时代。VDR作为“海上数字交通”的具体内涵之一，是专门用来实时记录存储船舶航行数据、并能将数据回放的仪器设备。在船舶发生海上事故后，对VDR中的数据对进行分析，尤其是对紧急情况下的驾驶台语音通信的分析，对判断事故发生的原因及责任方起着关键的作用。由于航行时的海况和局面复杂多变，VDR在采集驾驶台语音通信时常会产生模糊或听不清的情况，而且语音的连续存储还会产生大量的数据。因此，在传输和存储的过程中，如何有效地对船舶驾驶台语音通信进行增强和压缩处理，使其在保证回放质量的前提下，尽量提高语音的可懂性和节约存储容量是研制VDR首先必须解决的关键技术之一。根据当今小波分析在语音信号增强和压缩方面成功经验，本文就VDR驾驶台语音增强和压缩技术进行了新的研究和详细的论述。 在对驾驶台语音进行增强研究中，本文提出了在VDR中利用小波阈值短时谱幅度MMSE(MinimumMeanSquareError，最小均方误差)估计法的语音增强算法。该算法采用了一种具有无穷阶连续导数的阈值函数，克服了传统阈值函数(软阈值函数和硬阈值函数)的缺点。然后基于SURE(Stein'sUnbiasedRiskEstimation)无偏估计得出一种小波阈值去噪法，此方法可自适应搜寻最佳阈值，满足了时变信号的实时处理要求。经实验证明，这种算法能够大幅度提高信噪比，有效且优于传统的语音增强算法。 将小波变换与Fourier变换相比一个明显的不同之处在于小波变换中的小波函数不是唯一的，不同的小波函数会产生具有不同时频特性的小波基，用不同的小波基分析同一个问题会产生不同的结果。因此，小波函数的选择是应用小波变换必须首先解决的基本问题之一。本文根据不同小波函数的性质，选取了具有最高消失矩的紧支正交小波——Daubechies小波，应用本文采用的小波阈值短时谱幅度MMSE估计法的语音增强算法，对VDR驾驶台语音增强前后的信噪比提升量和能量恢复度进行了试验、分析和比较，得出了db7是VDR驾驶台语音增强较为理想的小波函数的结论。 在对驾驶台语音进行压缩研究中，运用了一种自适应小波包变换方法对增强后的驾驶台语音进行压缩。基于R-D(Rate-Distortion)准则的自适应小波包变换方法依据R-D准则优选出最佳小波包基，在优选过程中，用到了最佳量化法和霍夫曼编码从而保证了在给定的失真度内使得压缩比做的最高，取得了比较满意的效果。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及论文使用授权声明

第一章绪论

第二章小波分析基本理论

第三章基于小波分析的VDR驾驶台语音增强处理

第四章基于小波包分析的VDR驾驶台语音压缩处理

第五章论文总结与展望

致谢

参考文献

附录A Daubechies小波基系数

附录B试验数据