语音处理技术在VTS系统中的应用研究
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摘要
随着信息时代的发展，以计算机为中心的多项技术在船舶交通管理(VTS，Vessel Traffic Services)系统中得到广泛的应用。作为VTS系统的一个重要组成部分的VHF(Very High Frequency Radiotelephony)通信子系统通过语音通信来保证VTS系统具备其基本的功能。传统的VHF语音数据处理方法，在语音的记录、查询、语音处理的人机交互以及语音系统与VTS整个处理系统的集成等方面，已经不能适应现代VTS系统的发展需要。
本论文结合这个实际应用需要，研究了语音处理技术在VTS系统中的应用，提出切实可行的实施方案，并实现实际可用的语音管理系统。将所实现的语音处理系统与VTS系统有机结合，使VTS系统的架构更有效，功能更完善，作用更广泛。
本论文中着重研究了语音系统所采用的语音编解码方法——由ITU-T制定的G.729A协议所采用的语音编解码方法——共扼结构代数码本激励线性预测方法(CS-ACELP)。在此理论基础上，实现了一个独立的多通道语音处理系统。
论文中对实现该语音系统的关键技术进行了探讨和研究，并说明了其实现过程，最后对此系统的性能及应用范围进行了分析。此语音系统具备多项功能，包括：可进行多通道语音的处理、能持续无间断的录制并存储语音数据、能对原始语音数据进行高效的实时压缩处理、可利用时间及语音通道号迅速地查找到所需语音信息、可对压缩后的语音数据进行实时解压播放。语音系统由软件实现，具有简单易行、所需的开销小、易于维护和扩充的特点。
本论文将现代先进的语音处理技术引入到VTS系统中，解决了VTS系统中语音处理方面现存的一些问题，同时论文中实现的语音系统还可以应用于其它的实际应用场合，因此具有较高的实用价值。
With the development of information age, many technologies based on computer have been widely used in Vessel Traffic Services(VTS) System. As an important component, VHF(Very High Frequency Radiotelephony) subsystem utilizes the speech communication to ensure the VTS system has its basic function. But old speech-processing method used in the VHP subsystem can't meet with the development of the VTS system in many aspects, including the storage, query, interface and the integration in the whole VTS information-processing system.
To fulfill this requirement, this thesis does some research in the application of speech-processing technology in VTS system. A practicable speech-processing scheme has been brought out. Also, a practicable speech-management system has been realized. With the integration of the VTS system and the speech-management system, the function of the VTS system can be improved highly.
In the thesis, the speech coding method defined in the recommendation G.729A, that is Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Predictive (CS-ACELP) coding method, is discussed. Based on this method, a multi-channel speech-processing system has been developed.
The key technology used in the realization of the speech-processing system is discussed in the thesis. In the end, the performance of the system has been brought forth .The system has many functions, including the speech recordation, real time compression and decompression of speech, rapid location of specific speech. It is realized by software, so the system is easily installed, maintained and extended..
The thesis resolved some problem in speech-processing method in VTS system. And the speech-management system realized in the thesis can be used in some other fields besides VTS system. So it has some practical value.
本论文结合这个实际应用需要，研究了语音处理技术在VTS系统中的应用，提出切实可行的实施方案，并实现实际可用的语音管理系统。将所实现的语音处理系统与VTS系统有机结合，使VTS系统的架构更有效，功能更完善，作用更广泛。
本论文中着重研究了语音系统所采用的语音编解码方法——由ITU-T制定的G.729A协议所采用的语音编解码方法——共扼结构代数码本激励线性预测方法(CS-ACELP)。在此理论基础上，实现了一个独立的多通道语音处理系统。
论文中对实现该语音系统的关键技术进行了探讨和研究，并说明了其实现过程，最后对此系统的性能及应用范围进行了分析。此语音系统具备多项功能，包括：可进行多通道语音的处理、能持续无间断的录制并存储语音数据、能对原始语音数据进行高效的实时压缩处理、可利用时间及语音通道号迅速地查找到所需语音信息、可对压缩后的语音数据进行实时解压播放。语音系统由软件实现，具有简单易行、所需的开销小、易于维护和扩充的特点。
本论文将现代先进的语音处理技术引入到VTS系统中，解决了VTS系统中语音处理方面现存的一些问题，同时论文中实现的语音系统还可以应用于其它的实际应用场合，因此具有较高的实用价值。
With the development of information age, many technologies based on computer have been widely used in Vessel Traffic Services(VTS) System. As an important component, VHF(Very High Frequency Radiotelephony) subsystem utilizes the speech communication to ensure the VTS system has its basic function. But old speech-processing method used in the VHP subsystem can't meet with the development of the VTS system in many aspects, including the storage, query, interface and the integration in the whole VTS information-processing system.
To fulfill this requirement, this thesis does some research in the application of speech-processing technology in VTS system. A practicable speech-processing scheme has been brought out. Also, a practicable speech-management system has been realized. With the integration of the VTS system and the speech-management system, the function of the VTS system can be improved highly.
In the thesis, the speech coding method defined in the recommendation G.729A, that is Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Predictive (CS-ACELP) coding method, is discussed. Based on this method, a multi-channel speech-processing system has been developed.
The key technology used in the realization of the speech-processing system is discussed in the thesis. In the end, the performance of the system has been brought forth .The system has many functions, including the speech recordation, real time compression and decompression of speech, rapid location of specific speech. It is realized by software, so the system is easily installed, maintained and extended..
The thesis resolved some problem in speech-processing method in VTS system. And the speech-management system realized in the thesis can be used in some other fields besides VTS system. So it has some practical value.
引文
[1]杨行峻、迟惠生，语音信号数字处理，第一版，1995，电子工业出版社
[2]易克初、田斌、付强，语音信号处理，第一版，2000，国防工业出版社
[3]刘人杰、柳晓鸣、孙犀利，船舶交通管理系统(VTS)技术发展综述，1999 VTS论文集，1999，15～18
[4]刘人杰、柳晓鸣，船舶交通管理电子系统，第一版，1992，大连海事大学出版社
[5]索继东、柳晓鸣、刘人杰，VTS系统的通用化、软件化和集成化，1999 VTS论文集，1999，65～68
[6]刘功臣、梁宇、丁宝成，中国VTS发展的回顾与展望，1999 VTS论文集，1999，2～5
[7]孟宪宏，VTS系统在港口船舶管理中的应用，船舶通信与导航(1997)，1997，97～100
[8]李虹，谈黄白嘴VTS功能开发及今后发展设想，船舶通信与导航(1997)，1997，123～125
[9]宋武政、索继东、刘玉民，长岛船舶交通管理系统，船舶通信与导航(1997)，1997，90～92
[10]李振华，船舶信号与VHF通信，第一版，1998，大连海事大学出版社
[11]法商SOFRELOG公司，SYTAR系统功能与架构描述，2000年4月，福茂工程(香港)有限公司
[12]陈永彬，语音信号处理，第一版，1991，上海交通大学出版社
[13]T.W.Parsons著，语音处理，文成义、常国岑译，第一版，1990，国防工业出版社
[14]L.R.拉宾纳、R.W.谢弗著，语音信号数字处理，1983，科学出版社
[15]Jerry D. Gibson、Toby Berger、Tom Lookabaugh等著，多媒体数字压缩标准，李煜晖、朱山风等译，第一版，2000年8月，电子工业出版社
[16]吴乐南，数据压缩的原理与应用，第一版，1995，电子工业出版社
[17]Mark Nelson，数据压缩技术原理与范例，第一版，1995，科学出版社龙门书局
[18]托马斯J·林奇著，数据压缩技术及其应用，吴家安、杜淑玲译，第一版，1989，人民邮电出版社
[19]袁玫、袁文，数据压缩技术及其应用，第一版，1995，电子工业出版社
[20]钟玉琢等，多媒体技术(高级)，第一版，1999，清华大学出版社
[21]胡晓峰等，多媒体系统原理与应用，第一版，1995，人民邮电出版社
[22]郭志忠、许东民、赵志斌，多媒体实用技术与资料手册，第一版，1995，成都科技大学出版社
[23]王先忧、周华、章皓，计算机多路电话语音管理系统，浙江丝绸工学院学报，1999年3月，第16卷第1期，41～44
[24]施锐、吴琼、陈健，高效率多通道语音记录系统的研制，电子应用技术，2000年第二期，55～57
[25]戴礼荣、王仁华、李锦宇，基于DSP技术的多路语音实时采集与压缩处理系统，数据采集与处理，2000年3月，第15卷第1期，82～85
[26]白杉，数字信号处理器：通信数字化的利器，中国有线电视，2000年第19期
[27]冒捷，DSP-数字化音频领域的未来，西部广播电视，2000年9月
[28]陈发新、陈亚骏，基于ADSP2181的实时语音采集与处理板的原理与组成，数据采集与处理，1999年3月，第14卷第1期，112～114
[29]聂幼三、刘千红、周申克、宋国文、薛向阳，用途广泛的多协议语音编译码器，计算机工程，1999年，第25卷第10期
[30]卞静、赵慧民，数字语音编解码的一种DSP实现方法，现代计算机，1999年4月，第73期，21～23
[31]冯晨华、陈晟、裴润源、徐捷，多功能数字录音系统的设计和实现，计算机工程与应用，1998年10月，73～74
[32]安克武、刘晖，多种语音在应用程序中嵌套使用的方法，新疆气象，2000年，第23卷第1期，28～32
[33]王少勇、王秉钧，语音编码技术的现状与发展，天津通信技术，2000年6月第2期，1～4
[34]倪维桢，语音编码综述，江苏通信技术，2000年4月，第16卷第2期，1～4
[35]林嘉宇、易波、王跃科，低速率语音编码体制研究，系统工程与电子技术，1998年第11期，18～21
[36]中国科技新闻，数字音频压缩技术发展现状(上)，1999．4，中国科技新闻(http://mpfree.org)
[37]郑洪英、郭东辉、纪安妮、刘瑞堂，语音压缩技术及其应用的进展，计算机与网络，1999年第16期
[38]徐凌秋，低速率语音编码技术，电讯技术，1997年8月，第37卷第4期，13～18
[39]张丽红、刘文怡，多媒体压缩技术综述，电脑开发与应用，1997年，第10卷第2期，14～16
[40]北京安可尔通讯技术有限公司，语音压缩编码，2000，北京安可尔通讯技术有限公司(www.ankeer.com)
[41]北京安可尔通讯技术有限公司，音频、视频信号数字化的优点，2000，北京安可尔通讯技术有限公司(www.ankeer.com)
[42]Torston Schulz,Voice over IP,2000, 爱康中国公司技术白皮书(www.eicon.com.cn)
[43]卢平、张雄伟，多媒体DSVD语音编码标准——G.729A,Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications，1998年10月，Vol．10 No．4，18～21
[44]刘德成、温启荣，码分多址系统语音编码的研究，重庆邮电学院学报，1997年6月，第9卷第2期，23～26
[45]李镐炜、黄芝平、王跃科，CELP语音编码与TMS320C54x，电子工程师，2000年第7期，12～15
[46]杨震、毕厚杰，基于ADPCM、CELP和语音分类的变速率语音压缩编码，南京邮电学院学报，1998年4月，第18卷第2期，41～46
[47]刘德成、温启荣，CDMA语音编码技术，数字通信，1997年第1期，26～28
[48]李锦宇、罗鑫、王仁华，ITU-T G.729算法及其实时实现，电子技术应用，2000年2月
[49]马金明、丁晓明、裘正定，低比特率语声编码器的新发展，北方交通大学学报，1998年6月
[50]李晓明，新一代语音编码标准——G.729，通信技术，1996年4月，8～16
[51]吴伟陵等，信息处理与编码，第一版，1998，人民邮电出版社
[52]成德源，低复杂性代数码激励线性预测语音编码，中山大学学报(自然科学版)，1997年6月，第36卷增刊，73～77
[53]唐昆、崔慧娟、刘志勇、冯重熙，高质量4kb／s FS-ACELP语音编码算法及性能，电子学报，1999年10月，第10期，22～26
[54]冯玉文、周月臣，GSM半速率实时编解码器的实现，电信科学，1998年4月
[55]李昕，ITU G.732.1语音编码器在DSP上的实时实现，电讯技术，1998年12月，第38卷第6期，78～83
[56]贾铸，ITU G.732.1双速率语音编解码器的实时实现，扬州大学学报·自然科学版，1998年8月，第1卷第3期，56～60
[57]徐志军、王晓亮、梁军，一种可变速率的LD-CELP编码的研究，数字通信，1998年第3期，15～16
[58]朱立东、袁渊、杨万全、陈元亨，一种数码率为5.3kbps的声码器的研究，通信技术，1999年第1期，67～70
[59]钟玉琢、赵黎，多媒体框架标准——MPEG-21，微电脑世界，2000年第一期
[60]钟玉琢、智西湖，信息技术——具有1.5Mbit／s数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码第三部分：音频，第一版，1998，中国标准出版社
[61]王宝艾，浅谈MPEG-4国际标准，2000，中国有线电视导航(www. CATVshow. com)
[62]Rob Koenen, MPEG-4 Overview, V.18-Singapore Version, 2001, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11
[63]ITU-T Study Group 15, DRAFT G.723 :DUAL RATE SPEECH CODER FOR MULTIMEDIA COMMUNICATIONS TRANSMITTING AT 5.3 AND 6.3 KBIT/S,1995, ITU-T
[64]蒋志名、华浩，SQL Server 7.0图解教程，第一版，2000，北京希望电子出版社
[65]李战怀，数据库系统原理，第一版，1999，西北工业大学出版社
[66]杨浩广，Visual C++6.0数据库开发学习教程，第一版，2000，北京大学出版社
[67]ITU-T,Draft Recommendation G.729:Coding of Speech at 8 kbit/s using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Predictive (CS-ACELP) Coding,1995, ITU-T
[68]ITU-T, Recommendation G. 729——Annex A: Reduced Complexity 8 kbit/s CS-ACELP Speech Codec, 1996, ITU-T
[69]陈建春，Visual C++高级编程技术——开发实例剖析，第一版，1999，电子工业出版社
[70]周长发、周建欣编著，Visual C++5.0多媒体编程技术与实例，第一版，1999，电子工业出版社
[71]王海云、张颖峰，循序渐进学用Visual C++5.0，第一版，1998，海洋出版社
[72]Richard C.Leinecker著，Visual C++5.0开发技术内幕，陈冠民、王如亮、宋峥宁等译，第一版，1999，机械工业出版社
[73]Michael J.Young著，Visual C++4从入门到精通，邱仲潘等译，第二版，1997，电子工业出版社
[74]周长发，多媒体计算机技术开发与应用，第一版，1995，电子工业出版社
[75]胡建宝、陈世杰，多媒体高级编程技术，第一版，1995，电子科技大学出版社
[76]郝杰、吴元清、郑榕，实用多媒体技术及其C语言实现，第一版，1995，电子工业出版社
[77]Microsoft，Microsoft Windows多媒体程序员工作手册2，第一版，1993，海洋出版社
[78)Microsoft，Microsoft Windows多媒体程序员工作手册3，第一版，1993，海洋出版社
[79]陈伟、袁宏春，Windows95环境下的动态语音实时处理，微型机与应用，1998年第7期，6～9
[80]李锐，用C语言实现语音的一种方法，信阳师范学院学报(自然科学版)，1997年7月，第10卷第3期，61～63
[2]易克初、田斌、付强，语音信号处理，第一版，2000，国防工业出版社
[3]刘人杰、柳晓鸣、孙犀利，船舶交通管理系统(VTS)技术发展综述，1999 VTS论文集，1999，15～18
[4]刘人杰、柳晓鸣，船舶交通管理电子系统，第一版，1992，大连海事大学出版社
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[8]李虹，谈黄白嘴VTS功能开发及今后发展设想，船舶通信与导航(1997)，1997，123～125
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[46]杨震、毕厚杰，基于ADPCM、CELP和语音分类的变速率语音压缩编码，南京邮电学院学报，1998年4月，第18卷第2期，41～46
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[48]李锦宇、罗鑫、王仁华，ITU-T G.729算法及其实时实现，电子技术应用，2000年2月
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[63]ITU-T Study Group 15, DRAFT G.723 :DUAL RATE SPEECH CODER FOR MULTIMEDIA COMMUNICATIONS TRANSMITTING AT 5.3 AND 6.3 KBIT/S,1995, ITU-T
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[65]李战怀，数据库系统原理，第一版，1999，西北工业大学出版社
[66]杨浩广，Visual C++6.0数据库开发学习教程，第一版，2000，北京大学出版社
[67]ITU-T,Draft Recommendation G.729:Coding of Speech at 8 kbit/s using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Predictive (CS-ACELP) Coding,1995, ITU-T
[68]ITU-T, Recommendation G. 729——Annex A: Reduced Complexity 8 kbit/s CS-ACELP Speech Codec, 1996, ITU-T
[69]陈建春，Visual C++高级编程技术——开发实例剖析，第一版，1999，电子工业出版社
[70]周长发、周建欣编著，Visual C++5.0多媒体编程技术与实例，第一版，1999，电子工业出版社
[71]王海云、张颖峰，循序渐进学用Visual C++5.0，第一版，1998，海洋出版社
[72]Richard C.Leinecker著，Visual C++5.0开发技术内幕，陈冠民、王如亮、宋峥宁等译，第一版，1999，机械工业出版社
[73]Michael J.Young著，Visual C++4从入门到精通，邱仲潘等译，第二版，1997，电子工业出版社
[74]周长发，多媒体计算机技术开发与应用，第一版，1995，电子工业出版社
[75]胡建宝、陈世杰，多媒体高级编程技术，第一版，1995，电子科技大学出版社
[76]郝杰、吴元清、郑榕，实用多媒体技术及其C语言实现，第一版，1995，电子工业出版社
[77]Microsoft，Microsoft Windows多媒体程序员工作手册2，第一版，1993，海洋出版社
[78)Microsoft，Microsoft Windows多媒体程序员工作手册3，第一版，1993，海洋出版社
[79]陈伟、袁宏春，Windows95环境下的动态语音实时处理，微型机与应用，1998年第7期，6～9
[80]李锐，用C语言实现语音的一种方法，信阳师范学院学报(自然科学版)，1997年7月，第10卷第3期，61～63