3.2 Охарактеризуйте существующие способы компрессии речевых сигналов, используемые в системах радиосвязи.

В современных цифровых системах регистрации, передачи и хранения речевой информации с целью уменьшения объема, занимаемого информацией на физических носителях, или скорости ее передачи по цифровым каналам связи применяются различные методы сжатия речи. В таких системах речевой сигнал, преобразованный в цифровой вид, перед записью на носитель или передачей кодируется при помощи специального алгоритма сжатия, а при воспроизведении с носителя или на приеме -декодируется.

Как известно, речевой сигнал в информационно - коммуникативном плане обладает определенной избыточностью, не влияющей на смысловое содержание речевой посылки. При этом сжатие речи возможно за счет частичного удаления этой избыточности, что может не уменьшать разборчивости и качества слухового восприятия речи, но, вместе с тем, лишить ее особых признаков, необходимых для экспертной идентификации речи. Поэтому при производстве экспертизы важно установить как сам факт сжатия, так и его влияние на речевой сигнал.

В настоящее время применяется множество алгоритмов сжатия речи. Все они могут быть реализованы как аппаратнными, так и программными методами. Условно все алгоритмы можно разделить на три вида:

- усовершенствованные виды импульсно-кодовой модуляции (ИКМ, Pulse-Code Modulation PCM);

- вокодеры (от англ. Voice и Coder);

- липредеры (от англ. Linear и Predictor).

Для оценки характера вносимых в речевой сигнал изменений и потерь рассмотрим принципы построения различных методов сжатия.

1. Усовершенствованные виды ИКМ.

Параметры ИКМ при оцифровке речевых сигналов описаны в рекомендациях МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии, CCITT) и, как правило, имеют следующие значения:

- частота дискретизации 8000 Гц;

- число двоичных разрядов на отсчет 8;

- скорость передачи 64000 бит/с.

При этом может быть оцифрован и восстановлен аналоговый сигнал с верхней частотой до 4000 Гц.

При использовании дифференциальной (разностной) ИКМ (ЦИКМ, Differencial PCM, DPCM) вместо кодирования отсчетов кодируются разности между соседними отсчетами. Обычно разности отсчетов меньше самих отсчетов. Скорость передачи цифрового потока снижается до 32-56 кбит/с. В системах с логарифмической ДИКМ используют А- и мю законы компандирования для реализации неравномерного квантования. Адаптивная

ДИКМ (АДИКМ, Adaptive Differencial PCM, ADPCM) - система ДИКМ с адаптацией квантователя (АЦП и ЦАП) и предсказателя. При АДИКМ оцифровывается не сам сигнал, а его отклонение от предсказанного значения (сигнал ошибки, ошибка предсказания).

Рассмотренные выше методы могут вносить незначительные изменения и потери в речевые сигналы (например, сужение динамического диапазона в области высших частот, ограничение крутизны сигнала), которые практически не влияют на аутентичность речи.

Схема вокодера.

Анализатор

А - анализатор спектра Т-Ш - выделитель сигнала тон-шум ВОТ - выделитель основного тона УО -устройство объедин. сигналов КС -каналсвязи

Синтезатор

УР - устройство разъед. сигналов С -синтезатор спектра П - переключатель вида спектра.

ГОТ - генератор основного тона ГШ - генератор шума

Вокодеры можно разделить на два класа:

- речеэлементные;

- параметрические.

В речеэлементных вокодерах при кодировании распознаются произносимые элементы речи (например, фонема) и на выход кодера подаются только их номера. В декодере эти элементы создаются по правилам речеобразования или берутся из памяти декодера.

В параметрических вокодерах с речевого сигнала выделяют два типа параметров и по этим параметрам в декодере синтезируют речь:

• Параметры, которые характеризуют источник речевых колебаний (генераторную функцию) - частота основного тона, ее изменение во времени, моменты появления и исчезновения основного тона (огласованные или гортанные звуки), шумового сигнала (шипящие и свистящие звуки);

• Параметры, которые характеризуют огибающую спектра речевого сигнала.

В декодере, соответственно, по заданным параметрам генерируются основной тон, шум, а затем пропускаются через гребенку полосовых фильтров для восстановления огибающей спектра речевого сигнала.

Рассмотренные вокодеры обеспечивают сжатие сигнала до 1200-4800 Бит/с, позволяя восстановить в декодере частоту основного тона с дискретностью в несколько герц и с невысокой точностью огибающую спектра сигнала с периодом изменения 16-40 мс, при этом даже при достаточно высокой разборчивости речи теряются многие индивидуальные особенности диктора.

Из-за сложности определения параметров генераторной функции появились полувокодеры (Voice Excited Vocoder, VEV), в которых вместо сигналов основного тона используется полоса речевого сигнала до 800 - 1000 Гц, которая кодируется, например, АДИКМ, и вместо характеристик основного тона передается на выход кодера. Такой алгоритм позволяет сжать речь до 4800-9600 бит/с, сохраняя генераторную функцию гортани (частоту и закон изменения основного тона) диктора.