低速率语音编码MELP算法的研究
摘要
现代通信网络存在带宽和系统容量、传输的有效性和可靠性的矛盾，虽然随着光纤等宽带信道的使用使带宽问题不成为主要的问题，但光纤信道实际上还只是在骨干网上得到应用，在接入网上和支线上带宽还是主要的问题，并且无线通信在今后将得到更加广泛的使用，但无线信道的信道带宽始终是一个突出的问题，因此对低速率语音压缩编码技术甚至是超低速率的语音压缩编码技术的研究是非常有必要的，低速率语音压缩编码技术在今后仍然有广泛的应用前景。而MELP语音压缩编码算法是在线性预测编码参数模型的基础上，采用混合激励的形式，并且结合了多带的思想，因此它拥有线性预测编码和多带激励的优点，是目前低速率语音编码中一种比较理想的编码方案，也是本文研究的重点。
本论文通过研究MELP的语音编解码算法的原理，对它的编解码过程作了比较深入的研究，对其中的一些公式进行了理论推导，并作了仿真分析，最后研究了该算法的C语言实现。本论文第一章简要叙述了语音编解码技术发展状况、评价语音编码性能的方法和本文的组织结构；第二章简要介绍了MELP语音压缩编码算法的概况和MELP算法新增的五大特点；第三章和第四章详细介绍了MELP算法的编码过程；第五章详细介绍了MELP算法的解码过程；第六章对MELP算法的C语言实现方法作了介绍。经研究发现，MELP算法确实是一个比较优秀的低速率语音压缩编码算法，在今后的实际应用中会有很大的价值。
In communicaton the bandwidth is an important problem that we should consider, specially in wireless communication.In fact the fiber is mainly used in backbone networks,so it is essential to develop the low rating coding technology of voice.The arithmetic of MELP is based on the model of LPC and use the form of mixed excitation.Because it integrates the idea of Multi-Band,so it has the merit of LPC and MBE.It is a perfect coding scheme in low rating voice coding relatively.
In this paper,we mainly develop the theory of MELP,Including the procedure of coding and decoding.In that time,we also have done the work of simulating analysis.In the end we research the method of completing this arithmetic of c programming language.In chapter one we briefly introduce the developing status of the technology of voice coding and decoding,the method of appraising the performance of voice coding and the structure of this paper.Chapter two shows the general situation and the new five characters of MELP. We introduce the coding procedure in chapter three and four and the decoding procedure in chapter five.Chapter six shows the details of programming.
本论文通过研究MELP的语音编解码算法的原理，对它的编解码过程作了比较深入的研究，对其中的一些公式进行了理论推导，并作了仿真分析，最后研究了该算法的C语言实现。本论文第一章简要叙述了语音编解码技术发展状况、评价语音编码性能的方法和本文的组织结构；第二章简要介绍了MELP语音压缩编码算法的概况和MELP算法新增的五大特点；第三章和第四章详细介绍了MELP算法的编码过程；第五章详细介绍了MELP算法的解码过程；第六章对MELP算法的C语言实现方法作了介绍。经研究发现，MELP算法确实是一个比较优秀的低速率语音压缩编码算法，在今后的实际应用中会有很大的价值。
In communicaton the bandwidth is an important problem that we should consider, specially in wireless communication.In fact the fiber is mainly used in backbone networks,so it is essential to develop the low rating coding technology of voice.The arithmetic of MELP is based on the model of LPC and use the form of mixed excitation.Because it integrates the idea of Multi-Band,so it has the merit of LPC and MBE.It is a perfect coding scheme in low rating voice coding relatively.
In this paper,we mainly develop the theory of MELP,Including the procedure of coding and decoding.In that time,we also have done the work of simulating analysis.In the end we research the method of completing this arithmetic of c programming language.In chapter one we briefly introduce the developing status of the technology of voice coding and decoding,the method of appraising the performance of voice coding and the structure of this paper.Chapter two shows the general situation and the new five characters of MELP. We introduce the coding procedure in chapter three and four and the decoding procedure in chapter five.Chapter six shows the details of programming.
引文
【1】 胡航.语音信号处理.电子工业出版社.2000.5
【2】 胡征，杨有为.矢量量化原理与应用.西安电子科技大学出版社.1988.5
【3】 杨行峻，迟惠生等.语音信号数字处理.电子工业出版社.1995.8
【4】 曹志刚，钱亚生.现代通信原理.清华大学出版社.1992.8
【5】 王新梅，肖国镇.纠错码－原理与方法.西安电子科技大学出版社.2001.4
【6】 易克初等.语音信号处理.国防工业出版社.2000.6
【7】 张雄伟.2.4kb/s MELP低速率语音编码算法中的关键技术.电子工程师，1999,NO.4:21~23
【8】 胡剑凌，徐盛，陈健.2.4kb/s MELP算法设计.上海交通大学学报，2000，34(6)：789~792
【9】 胡剑凌，徐盛，陈健.一种改进的基音检测算法.上海交通大学学报，2000，34(6)：827－829
【10】 张毓忠，梅武刚.语音信号MELP编码的研究与实现.电声技术，2000，NO.11：6~9
【11】 江灏，崔惠娟，唐昆.一种高质量的2kb/s语言编码算法MWI.清华大学学报(自然科学版)，1998，NO.3
【12】 王都生，樊昌信.4.8 kbit/s多带激励语音编码器的模拟实现.西安电子科技大学学报，1995，22(3)：227～234
【13】 王都生.多带混合激励低速率语音编码的研究.西安电子科技大，1998
【14】 王都生，樊昌信.1200/2400 bps改进型多带激励声码器的实时实现.电子学报，1999，27(1)：125～127
【15】 潘胜昔，王作英等.基于MBE算法的一种新的语音合成方法.电子学报，1997，25(10)：1~4
付强，张德民，易克初.基于DyWT基音检测的改进MBE语音压缩算法.
【16】 电路与系统学报，1998，3(3)：103~108
【17】 周德俊译.3G TS 26.090 AMR编解码原理.电子科技大学信息所技术报告，2000.10
【18】 陈文.自适应多码率语音编码技术(AMR)中码本搜索算法研究.电子科技大学信息所技术报告，2001.1
【19】 DoD Draft-"Specifications for the Analog to Digital Conversion of Voice by 2,400 Bit/Second Mixed Excitation Linear Prediction",May 28,1998
【20】 A. McCree,K. Truong,E. B. George,T. P.Barnwell, and V. Viswanathan,"A 2.4kbit/s MELP Coder Candidate for the New U.S. Federal Standard",Proceedings of IEEE ICASSP 1996,PP.200~203
【21】 A. V. McCree and T. P. Barnwell III,"A Mixed Excitation LPC Vocoder Model for Low Bit Rate Speech Coding",IEEE Transactions on Speech and Audio Processing,Vol.3,No.4,July 1995,pp.242~250
【22】 L. Arslan,A.McCree,and V. Viswanathan,"New Methods for Adaptive Noise Suppression",Proceedings of ICASSP 1995,IEEE,PP.812~815
【23】 M. A. Kohler,"A Comparison of the New 2400 bps MELP Federal Standard with Other Standard Coders",Proceedings of ICASSP,IEEE,April 1997
【24】 E. Paksoy,W.-Y. Chan and A. Gresho,"Vector quantization of speech LSF parameters with generalized product codes",in Proc. Int. Conf. Spoken Language Proc.,1992 pp.33~36
【25】 W. P. LeBlanc,B. Bhattacharya,S. A. Mahmoud, and V. Cuperman,"Efficient Search and Design Procedures for Robust Multi-Stage VQ of LPC Parameters for 4 kb/s Speech Coding",IEEE Transactions on Speech and Audio Processing,Vol.1,No.4,October 1993,pp.373~385
A. McCree and J. C. De Martin."A 1.7 kb/s MELP Coder with Improved Analysis and Quantization",IEEE International Conference on Acoustics,Speech and Signal Processing, Seattle, 1998, Volume
【26】 2,pp.593~596
【27】 J.C. De Martin et al."An Adaptive Multi-Rate Speech Coder for Digital Cellular Telephony",Proceedings of IEEE ICASSP,Phoenix,Arizona,March 1999,Vol.1,pp.193~196
【28】 A. McCree,J.C. De Martin."A 1.6kb/s MELP Coder for Wireless Communications",Proceedings of IEEE Workshop on Speech Coding for Telecommunications,September 1997,pp.23~24
【29】 R. Mayrench, D. Malah."Low Bit Rate Speech Coding Using Quantization of Variable Length Segments".Eurospeech'99, Budapest, ,1999 Vol. 3, pp. 1459-1462
【30】 Farshad Lahouti,Amir K. Khandani."Quantization of LSF Parameters Using A Trellis Modeling".IEEE International Conference on Acoustics,Speech and Signal Processing,Istanbul,Turkey,May 2000
【31】 Lynn M. Supplee,Ronald P. Cohn,John S. Collura."MELP: The New Federal Standard at 2400bps".ICASSp 1997 Session SPCH10P, Vol. 2, pp. 1591
【32】 Naofumi Aoki, Tohru Ifukube, and Kunio Takaya. "Implementation of MELP vocoder using lifting wavelet transform". IEEE Region 10 Conf. TENCON, Cheju, South Korea, Sep.15~17, 1999,pp.194~197
【33】 Deepak Sridhara and Thomas E. Fuja."Performance of the Federal Standard 2.4kbps MELP vocoder over ATM Networks".Proceedings of 2000 Conference on Information Sciences and Systems, Princeton University, March 2000
【34】 E. Bryan George,A. V. McCree,V. R. Viswanathan."Variable Frame Rate Parameter Encoding Via Adaptive Frame Selection Using Dynamic Programming".ICASSP 1996,pp.271~274
【35】 Tremain T E."The Conventional Standard Linear Predictive Coding Algorithm:LPC-10[J]".Speech Technology magazine,1982,(2):40~49
【36】 Andreas Spanias."Digital Signal Processing-LPC Vocoders in Cellular Systems". Lecture26:1~2
【2】 胡征，杨有为.矢量量化原理与应用.西安电子科技大学出版社.1988.5
【3】 杨行峻，迟惠生等.语音信号数字处理.电子工业出版社.1995.8
【4】 曹志刚，钱亚生.现代通信原理.清华大学出版社.1992.8
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【13】 王都生.多带混合激励低速率语音编码的研究.西安电子科技大，1998
【14】 王都生，樊昌信.1200/2400 bps改进型多带激励声码器的实时实现.电子学报，1999，27(1)：125～127
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【19】 DoD Draft-"Specifications for the Analog to Digital Conversion of Voice by 2,400 Bit/Second Mixed Excitation Linear Prediction",May 28,1998
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【22】 L. Arslan,A.McCree,and V. Viswanathan,"New Methods for Adaptive Noise Suppression",Proceedings of ICASSP 1995,IEEE,PP.812~815
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【26】 2,pp.593~596
【27】 J.C. De Martin et al."An Adaptive Multi-Rate Speech Coder for Digital Cellular Telephony",Proceedings of IEEE ICASSP,Phoenix,Arizona,March 1999,Vol.1,pp.193~196
【28】 A. McCree,J.C. De Martin."A 1.6kb/s MELP Coder for Wireless Communications",Proceedings of IEEE Workshop on Speech Coding for Telecommunications,September 1997,pp.23~24
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【33】 Deepak Sridhara and Thomas E. Fuja."Performance of the Federal Standard 2.4kbps MELP vocoder over ATM Networks".Proceedings of 2000 Conference on Information Sciences and Systems, Princeton University, March 2000
【34】 E. Bryan George,A. V. McCree,V. R. Viswanathan."Variable Frame Rate Parameter Encoding Via Adaptive Frame Selection Using Dynamic Programming".ICASSP 1996,pp.271~274
【35】 Tremain T E."The Conventional Standard Linear Predictive Coding Algorithm:LPC-10[J]".Speech Technology magazine,1982,(2):40~49
【36】 Andreas Spanias."Digital Signal Processing-LPC Vocoders in Cellular Systems". Lecture26:1~2