ГОУВПО Московский Энергетический Институт Технический Университет Кафедра Радиотехнических

ГОУВПО «Московский Энергетический Институт (Технический Университет)» Кафедра Радиотехнических систем Тема магистерской диссертации: «РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА СЖАТИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ В ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ» Выполнил: студент учебной группы ЭР-20 -05 Жуков А. М. Научный руководитель: доцент кафедры РТС к. т. н. Сизякова А. Ю. Москва, 2011 г.

Кодирование источника RB [бит/с] 010110101 Канал связи С [бит/с] RB [бит/с] 010110101 Ш При RВ ≤ С возможна передача без ошибок Ш При RВ > С передача без ошибок не возможна Ш Основная задача кодера источника – сокращение избыточности, содержащейся в сигнале. Формирование сжатого сигнала. 2

Цели и задачи работы Ш Провести обзор алгоритмов сжатия речи; Ш Провести сравнительный анализ способов сжатия речи; Ш Изучить работу речевого кодека с линейным предсказанием (Linear Predictive Coding) ; Ш Разработать аппаратно-программную модель LPCкодека; Ш Выбрать параметры модели в соответствии с критерием минимизации скорости цифрового потока на выходе кодера при условии сохранения естественного звучания речи. 3

Обзор алгоритмов сжатия речи Алгоритмы Кодирования Речи Кодирование Формы Сигнала Вокальное Кодирование Гибридное Кодирование 4

Алгоритм вокального кодирования РТ - речевой тракт Речь Анализ параметров РТ Передаваемые параметры РТ Канал связи Речь Построение модели РТ. Синтез речи Передаваемые параметры РТ Вокодер – от англ. «voice coder» , кодировщик голоса, устройство синтеза речи на основе произвольного сигнала с богатым спектром. 5

Сравнительная характеристика алгоритмов сжатия речи 6

Вокодер с линейным предсказанием Период ОТ Тот [с] Усиление G ГЕНЕРАТОР ИМП. ГЕНЕРАТОР ШУМА Параметры РТ {Ai} Цифровой фильтр с переменными параметрами Синтезированная речь Кадр анализа – интервал квазистационарности речевого сигнала. Длительность интервала анализа 10… 30 мс. 7

LPC-вокодер. Определение коэффициентов цифрового фильтра А 1 А 2 А 3 А 4 А 5 …. . . Аp S(n) S(n-1) S(n-2) …………. . S(n-p) r[s(n), s(n-1)]= 0, 75 … 0, 95 Ai - коэффициенты предсказания r – нормированный коэффициент корреляции R(j) – оценка функции автокорреляции p – порядок предсказателя 8

LPC-вокодер. Определение функции возбуждения 9

Компьютерная модель LPC-кодека Состав компьютерной модели цифровой системы передачи речи: 1. Аппаратная часть модели 2. Программная часть модели LPC_CODER. m DS_KANAL. m LPC_DECODER. m 10

Программный модуль кодера Нормировка и центрирование сигнала → Длительность интервала анализа: 10… 30 мс → ь Вычисление АКФ сегмента ь Вычисление коэффициентов ЦФ ь Вычисление усиления ь Выделение признака «шум-тон» и анализ периода ОТ 11

Программный модуль кодера 12

Программный модуль канала 13

Программный модуль декодера 14

Оценка скорости цифрового потока на выходе кодера ь Частота ОТ – 7 бит ь Усиление сигнала – 5 бит ь Коэффициенты фильтра - 4·K_pr бит 15

Результаты моделирования 16

Выводы по работе ь Проведен обзор существующих алгоритмов сжатия речи; ь Приведена сравнительная характеристика основных способов речевого кодирования; ь Разработаны математические модели речевого кодека с линейным предсказанием; ь Создана аппаратно-программная модель LPC-вокодера; ь Проведена оптимизация разработанной компьютерной модели в соответствии с критерием минимизации скорости цифрового потока на выходе кодера при условии сохранения естественного звучания восстановленной речи. 17

Сравнительная характеристика алгоритмов сжатия речи РАЗРАБОТАННАЯ МОДЕЛЬ LPC-КОДЕКА 18