3.12.Кодирование с линейным предсказанием: метод «анализа через синтез».

Кодирование с линейным предсказанием.

Генератор сигнала LPC-коэффициенты с линейным

возбуждения предсказанием

Z-образ речевого сигнала S(Z)=V(Z)*H(Z) V(Z)-сигнал

возбуждения

p j

Пусть H(Z)=G/(1-∑ajZ )=G/A(Z)

j=1 p -j

A(Z)=1-F(Z) где F(Z)=∑ ajZ

j=1

Отметим, что F(Z)-передаточная функция КИХ фильтра порядка p с линейным предсказанием.

y(n)=a1x(n-1)+a2x(n-2)+….+apx(n-p) ≈ x(n)

aj j=1,p

Предполагается что коэффициенты

подбираются таким образом, чтобы обеспечить прогноз на один период дискретизации с наименьшей погрешностью. Поэтому данный метод и называют кодированием с линейным предсказанием.

При этом речевой сигнал S(n) восстанавливается на приемной стороне по следующему выражению:

Таким образом, синтезирующий фильтр является БИХ фильтром порядка p.

p

S(n)=GV(n)+∑a(k)S(n-k)

k=1

Метод “анализа через синтез”.

Общая идея заключается в следующем:

Новый подход использует процедуру оптимизации типа замкнутая петля, для нахождения возбуждающего сигнала V(n), которая подается на вход моделирующего фильтра синтезатора и создает оптимальный речевой сигнал при этом скорость передачи может быть понижена до 4,8 кбит/с.

Базовая структура системы кодирования включает в себя следующие блоки:

-анализатор формирующий с помощью LPC фильтра первый остаток

сигнала предсказания ε1(n)

-Возбуждающий генератор обеспечивающий генерацию вторичного

возбуждения V2(n)

-Тоновый синтезирующий фильтр, выполняющий долгосрочное

предсказание для вокализованных звуков

-LPC фильтр синтезатора синтезирующий оценку речевого сигнала

S^(n)

-Блок минимизации ошибки ε2(n)=S(n)-S^(n)

Алгоритм работы системы включает следующие операции:

1.Текущий кадр выборок речевого сигнала S(n) заносятся в буфер и

с использованием фильтра с линейным предсказанием

формируется LPC-коэффициенты.

2.Используется вычислительные LPC коэффициенты формируются

остаток предсказания ε1(n) которая подается на возбуждающий

генератор.

3.При генерации вторичного возбуждения V2(n) текущий кадр

разбивается на подкадры для каждого подкадры для каждого

подкадра:

а)рассчитываются параметры тонового синтезирующего фильтра,

такие как, задержка и масштабирующий множитель, а также

параметры LPC синтезир. фильтра.

б)определяются наилучшие вторичные возбуждения V2(n),

которые минимизируют ошибку ε2(n).

4.Окончательное синтезирование на передающей стороне

производится путем пропускания вторичного кадра возб., через

каскадно соединенные тоновый и LPC фильтры.

5.Шаги с 1 по 4 повторяются для следующего кадра

последовательности.

Принципиальное отличие данного метода от классических вокодеров, состоит в том, что в данном случае, возбуждение не разделяется на вокализованные и не вокализованные звуки, при этом сигнал возбуждения V2(n) может носить любой характер от псевдоимпульсного до шумоподобного.

Кодер стандарта G.723.1.

Оптимизирован для сжатия речи с высоким качеством на установленные скорости 5,3 и 6,3 кбит/с. Преобразует речь или другие аудио сигналы в кадры длительностью 50 мс.

Предназначен для работы с цифровыми сигналами, которые передаются по ТФ каналу при частоте дискретизации 8 кГц и разрядностью представления 16 бит. При этом текущий кадр разбивается на 4 подкадра по 60 выборок в каждом. Для каждого подкадра используется LPC фильтр 10-го порядка. Кроме того для каждых 2-х подкадров (120 выборок) вычисляется основного тона.