ФОСМС2015fokin_12345

Элементы GUI ИМ по практике АДИКМ

Графические окна служат для отображения:

 Осциллограммы исходного речевого сигнала , квантованного речевого сигнала и сигнала ошибки

	Спектрограммы исходного речевого сигнала	и сигнала ошибки
	Гистограмма сигнала ошибки

Заглавие GUI служит для отображения информации об исходном речевом сигнале и параметрах его АДИКМ преобразования Элементы управления (кнопки) выполняют следующие функции:

Кнопка выбора расположения папок с речевыми файлами ( )

Выпадающий список для выбора речевого файла

Окно задания числа бит на выборку квантователя АДИКМ ( = 2 − 5)

Окно задания коэффициента предсказателя первого порядка (−1 ≤ ≤ +1)

Окно задания представления осциллограммы: = 1 – по оси времени номера выборок,= 2 – по оси времени секунды

Окно минимального размера шага квантования (по умолчанию = 16)

Окно максимального размера шага квантования (по умолчанию = 1600)

Окно отображения ОСШ кодера АДИКМ ( программа оценивает и отображает SNR)

Кнопка запуска кодера АДИКМ на выполнение ( )

	Кнопка проигрывания исходного речевого сигнала ( )
	Кнопка проигрывания квантованного речевого сигнала	( )
	Кнопка проигрывания сигнала ошибки ( )
	Кнопка увеличения масштаба осциллограмм ,	и	( ): для
	увеличения масштаба следует нажать кнопку и появившимся курсором (левой

кнопкой мыши) обозначить начало и конец осциллограммы, подлежащей увеличению масштаба.

 Кнопка закрытия GUI АДИКМ	41

Инструкции к выполнению практики по АДИКМ

1.Открыть папку \3. adpcm в каталоге Matlab

2.Запустить на выполнение файл adpcm_GUI25.m

3.В открывшемся окне GUI выбрать каталог с фрагментами речевых сигналов

4.Выбрать из выпадающего списка файл с фрагментом речевого сигнала и выполнить кодирование АДИКМ выбранного файла

5.Изучить влияние параметров АДИКМ кодирования на качество воспроизведения

закодированного фрагмента речевого сигнала на примере представленной ИМ.

6.Изучить механизм формирования сигналов АДИКМ , , , , по схеме на рис. 1 на примере фрагмента, записанного в файл adpcm_encode.txt

42

Исследование механизма формирования сигналов АДИКМ

43

Тема 4.1. LPC. Теория

Цель: Изучить принципы работы

Задачи:

сформировать сигналы LPC; построить их осциллограммы и сделать выводы

План:

Постановка задачи кодирования LPC

Схема синтезатора речи

Метод LPC

Особенности реализации LPC (G.721, G.726)

Особенности реализации LPC (G.728, G.729)

Особенности реализации LPC (G.723)

Содержание отчета: определяется задачами и планом практического занятия

ДЗ: оценить ччч

44

Постановка задачи кодирования LPC

Рассмотренные ранее методы передачи речи с предсказанием и адаптацией оперируют речевым сообщением как некоторым колебательным процессом инвариантно к физическим (физиологическим) особенностям источника звука. Дальнейшее повышение степени компрессии с сохранением высокого качества воспроизведения возможно на основе учета природы человеческой речи и особенностей ее восприятия человеческим ухом. Достигнутое высокое качество предсказания позволяет осуществить непосредственно синтез речевого сообщения на приемном конце на основе передачи текущих значений параметров сообщения, соответствующих выбранной модели голосовой системы.

Широко используемый в настоящее время метод кодирования с линейным предсказанием (Linear Predictive Coding, LPC) работает с блоками отсчетов, для каждого из которых вычисляется и передается частота основного тона, его амплитуда и информация о типе возбуждающего воздействия. При этом предполагается модель голосовой системы человека в виде синтезирующего линейного фильтра, возбуждаемого в любой момент времени одним из двух возможных типов возбуждающего воздействия: шумовым (формируемым генератором шума) или

тоновым (формируемым в виде квазипериодической последовательности импульсов

на частоте основного тона). По существу все системы, использующие метод LPC, отличаются лишь способами генерирования возбуждающего воздействия и выбора параметров моделирующего фильтра.

45

Схема синтезатора речи

В соответствии с такой моделью формирования речевого сообщения находящийся на приемном конце линии связи синтезатор речи предусматривает генерирование возбуждающего воздействия того или иного типа с последующей его обработкой с помощью цифрового синтезирующего фильтра, соответствующего принятой модели формирования речи. При этом вид и текущие значения уровня возбуждающего воздействия и параметров синтезирующего фильтра содержатся в поступающем сигнале.

46

Метод LPC

При передаче речи соответствующий анализатор формирует данные, содержащие информацию о возбуждающем воздействии (вид воздействия, частота основного тона, коэффициент усиления) и о весовых коэффициентах формирующего синтезируемую речь фильтра. При этом обычно применяется метод "анализ через синтез" (Analysis-by-Synthesis, AbS), когда на основе формируемых данных производится синтез речевого сообщения (синтезирующим фильтром, аналогичным используемому при восстановлении речи), которое сравнивается в процессе передачи с истинным сообщением, а сигнал ошибки не передается (как в рассмотренных ранее методах), а используется в процессе анализа для постоянного уточнения формируемых данных. Полученные таким образом данные преобразуются кодирующим устройством в кодовое слово (от 10 до 80 бит в зависимости от используемого метода).

47

Особенности реализации LPC (G.721, G.726)

При реализации анализатора применяются алгоритмы, подобные используемым в методе АДИКМ. Обновление кодового слова требуется не реже, чем один раз в 15—30 мс. Приемлемый уровень разборчивости может быть достигнут при 4,8 Кбит/с и даже 2,4 Кбит/с.

При реализации метода LPC существенным является сокращение времени алгоритмической задержки ∆з (интервал времени между моментами появления сообщения на входе передающего устройства и появления синтезированной речи на выходе приемного устройства при непосредственном подключении указанных устройств друг к другу) и снижение скорости передачи выходного потока данных.

В соответствии с рекомендацией G.728 задержка ∆з не должна превышать 5 мс, скорость передачи выходного потока данных (передача кодовых слов) должна быть равна 16 Кбит/с, а качество синтезируемой речи на выходе тракта передачи не должно быть ниже, чем при использовании методов, удовлетворяющих требованиям рекомендаций G.721 и G.726.

48

Особенности реализации LPC (G.728, G.729)

Реализация рекомендации G.728 осуществляется с использованием специальных модификаций метода LPC, относящихся к классу LD-CELP (Low Delay Code Excited Linear Prediction). В типичном кодеке, удовлетворяющем рекомендации G.728, пять выборочных значений входного речевого сообщения (при частоте дискретизации 8 кГц) формируют кадр длительностью 0,625 мс, на основании анализа которого (метод AbS) формируется кодовое слово длиной 10 бит (скорость передачи 16 Кбит/с). Это кодовое слово включает информацию об индексе кодового вектора, выбираемого из соответствующей кодовой библиотеки (Codebook) и определяющего возбуждающее

воздействие, а также об уровне этого воздействия. Аналогичная библиотека имеется и в приемной части кодека. Результирующая задержка ∆з составляет не более 2 мс.

Дальнейшее снижение скорости передачи выходных данных обеспечивается при реализации рекомендации G.729, известной как метод CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction). В этом случае входной цифровой поток,

соответствующий речевому сообщению на частоте дискретизации 8 кГц и длине кодовых комбинаций 16 бит (скорость 128 Кбит/с), преобразуется в поток выходных данных, имеющий скорость передачи 8 Кбит/с. Входной поток разделяется на кадры

длительностью 10 мс (80 выборочных значений речи), каждый из которых составляется

из двух субкадров по 5 мс. Один раз на протяжении кадра обновляются параметры

синтезирующего фильтра и дважды (один раз на каждом субкадре) параметры возбуждающего воздействия, так что реализуемая задержка в передаче речи не превышает 5 мс.

49

Особенности реализации LPC (G.723)

Кроме рассмотренных стандартизованных методов получили распространение также и различные фирменные методы кодирования с предсказанием, такие как адаптивное кодирование с предсказанием (Adaptive Predictive Coding, APC) компании Bell,

линейное предсказание с векторным возбуждением (Vector Sum Excited Linear Prediction, VSELP) компании Motorola, линейное предсказание с предиктивным кодовым возбуждением (Predictive Code Excited Linear Prediction, PCELP,) DSP Group.

Метод VSELP, реализующий скорость 8 Кбит/с, предложен компанией Motorola в качестве стандарта для цифровых сотовых систем США.

Метод квантования по максимуму правдоподобия (Multipulse Maximum Likelihood

Quantization, MP-MLQ) принят в качестве базового при разработке рекомендации

G.723 для передачи речи в видеотелефонии в рамках рекомендации	Н.324.	Этот
метод использует анализатор типа LPC 10-го порядка с алгоритмом	AbS	и

рассчитан на скорости выходного цифрового потока 4,8; 6,4; 7,2 и 8,0 Кбит/с. Рекомендация G.723.1 предусматривает скорости 5,3; 6,3 Кбит/с, причем на меньшей скорости используется метод ACELP (Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction).

Длительность кадра составляет 30 мс при общем времени задержки 37,5 мс.

50