47370 (665778), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Оценки периода основного тона и импульсного отклика используются при работе предсказателя тона пятого порядка. Период тона вычи­сляется как приращение относительной оценки периода основного тона. На декодер передаются тоновый период и разностные величины. На следующем этапе аппроксимируются непериодиче­ские составляющие возбуждения. Для высокой скорости используется много­импульсное возбуждение с квантовани­ем и алгоритмом максимального прав­доподобия (MP-MLQ), а для низких скоростей – алгебраическое кодовое возбуждение.

Рекомендации ITU-T G.729 со­держат описание алгоритма кодирова­ния речевых сигналов на скорости 8 кбит/с с использованием алгебраиче­ского линейного предсказания с ко­довым возбуждением с сопряженной структурой (CS-ACELP).

Подобный кодер создан для ра­боты с цифровыми сигналами, полу­ченными после предварительной об­работки аналогового входного сигна­ла фильтром низкой частоты, дискре­тизации с частотой 8 кГц и даль­нейшем преобразованием в линейную ИКМ для подачи на вход кодера. Вы­ходной сигнал декодера конвертирует­ся обратно в аналоговый сигнал по­добным же образом. Другие харак­теристики входа/выхода определяют­ся аналогично рекомендациями G.711 для ИКМ последовательностей со ско­ростью 64 кбит/с. После декодирова­ния данные должны быть преобразо­ваны из 16-битовой линейной ИКМ в требуемый формат.

Кодер CS-ACELP основан на моде­ли с линейным предсказанием с кодо­вым возбуждением (CELP) и работает с фреймами речи по 10 мс, соответству­ющих 80 выборкам. Каждый фрейм речевого сигнала длительностью 10 мс анализируется для выделения пара­метров CELP-модели (коэффициенты фильтра линейного предсказания, ин­дексы адаптивной и фиксированной кодовых книг и коэффициенты усиле­ния). Эти параметры кодируются и пе­редаются на приемную сторону. Рас­пределение бит параметров кодера по­казано в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Распределение бит для алгоритма CS-ACELP на скорости 8 кбит/с (фреймы по 10 мс)

Параметр	Кодовое слово	Субфрейм 1	Субфрейм 2	В целом на фрейм
Пары линейного спектра	LU, L1, L2, L3
Задержка адаптивной кодовой книги	P1, Р2	8	5	13
Проверка задержки тона	Р0	1		1
Индекс фиксированной кодовой книги	CT, С2	13	13	26
Запись фиксированной кодовой книги	S1, S2	4	4	8
Усиления кодовой книги (этап 1)	GA1, GA2	3	3	6
Усиления кодовой книги (этап 2)	GBl, GB2	4	4	8
Всего				80

На стороне деко­дера эти параметры используются для восстановления параметров возбужде­ния и фильтра синтеза. Как показа­но на рис. 3.3, речь восстанавливает­ся при фильтрации этого возбуждения фильтром кратковременного синтеза, который основан на фильтре линей­ного предсказания десятого порядка. Долговременный фильтр (или фильтр синтеза тона) выполняется с использо­ванием адаптивной кодовой книги. По­сле синтеза речи происходит дополни­тельное сглаживание в постфильтре.

Входной сигнал посту­пает на фильтр высоких частот и мас­штабируется в блоке предварительной обработки, после чего подвергается по­следующему анализу. Анализ с линей­ным предсказанием (LP-анализ) вы­полняется один раз для фрейма дли­тельностью 10 мс с целью вычисле­ния коэффициентов фильтра линейно­го предсказания, которые затем пре­образуются в пары линейного спектра (Line Spectrum Pairs, LSP) и квантуют­ся (18 бит) с использованием двухэтапного векторного квантования с предсказанием.

Сигнал возбуждения выбирается с использованием поисковой процедуры «анализ через синтез», при которой ошибка между исходной и восстанавливаемой речью минимизируется в соответствии с измерением взвешенных искажений. Это выполняется путем фильтрации сигнала ошибки фильтром взвешивания, коэффициенты которого извлечены из неквантованного LP-фильтра.

Параметры возбуждения (параметры фиксированной и адаптивной кодовых книг) определены для субфрейма длительностью 5 мс (40 выборок). Коэффициенты квантованного и неквантованного фильтра с линейным предсказанием используются для второго субфрейма, в то время как в первом субфрейме используются интерполированные коэффициенты LP-фильтра.

Задержка основного тона оцени­вается один раз для фрейма длиной 10 мс на основе взвешенного речево­го сигнала. Затем для каждого суб­фрейма повторяются следующие опе­рации. Искомый сигнал вычисля­ется при фильтрации остаточного ли­нейного предсказания во взвешиваю­щем фильтре синтеза . При фильтрации ошибки начальные состо­яния этих фильтров обновляются. Это эквивалентно результату выделения нулевого входного отклика взвешива­ющего фильтра синтеза из взвешенно­го речевого сигнала. Вычисляется им­пульсная характеристика взвеши­вающего фильтра синтеза, после че­го выполняется анализ тона для нахо­ждения задержки адаптивной кодовой книги путем анализа значения задерж­ки вблизи основного тона с использова­нием искомого сигнала и импульс­ной характеристики . Задержка тона кодируется восемью битами в пер­вом субфрейме и пятью битами во вто­ром субфрейме. Искомый сигнал используется при поиске фиксирован­ной кодовой книги для нахождения оптимального возбуждения. Семна­дцатибитовая алгебраическая кодовая книга используется для возбуждения фиксированной кодовой книги. Коэф­фициенты усиления вкладов адаптив­ной и фиксированной кодовых книг — это векторы, квантованные семью би­тами.

Индексы параметров кодовых книг вы­деляются из принятого потока бит и декодируются для получения следую­щих параметров кодера, соответствую­щих речевому фрейму длиной 10 мс: LP-коэффициенты (коэффициенты ли­нейного предсказания), две частичные задержки тона, два вектора фиксиро­ванной кодовой книги и два набора ко­эффициентов адаптивной и фиксиро­ванной кодовых книг. Коэффициенты LSP интерполируются и преобразуют­ся в коэффициенты LP-фильтра для каждого субфрейма. Для каждого суб­фрейма выполняются следующие ша­ги:

восстанавливается возбуждение путем добавления векторов адаптив­ной и фиксированной кодовых книг с соответствующими им коэффициента­ми усиления;

восстанавливается речь путем пропускания через фильтр LP-синтеза;

восстанавливаемый речевой сиг­нал пропускается через ступень пост­обработки, которая включает адаптив­ный постфильтр, состоящий из долго­временного и кратковременного пост­фильтров синтеза, фильтр высоких ча­стот и операцию масштабирования.

Кодер кодирует речь и другие ау­диосигналы по фреймам длительно­стью 10 мс. В результате осуществля­ется задержка 5 мс, что приводит в ре­зультате к общей алгоритмической за­держке 15 мс. Все дополнительные за­держки при практическом исполнении такого кодера обусловлены следующи­ми причинами:

временем обработки, необходимым для операции кодирования и декодиро­вания;

временем передачи по линиям свя­зи;

задержкой мультиплексирования, когда аудиоданные объединяются с другими данными.

Таким образом, рекомендация G.729 предусматривает фреймы возбу­ждения по 5 мс и формирует четыре импульса. Фрейм из 40 выборок разде­ляется на четыре части. Первые три имеют восемь возможных позиций для импульсов, четвертая — шестнадцать. Из каждой части выбирается по одно­му импульсу. В результате образуется четырехимпульсный ACELP возбужде­ния кодовой страницы (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Параметры кодеров

Для режима 5,3 кбит/с рекомен­дация G.723.1 предусматривает фрей­мы возбуждения длительностью 7,5 мс и также использует четырехимпульсное ACELP-возбуждение кодовой стра­ницы. Для скорости 6,3 кбит/с ис­пользуется технология многоимпульс­ного возбуждения с квантованием и ал­горитмом максимального правдоподо­бия (MP-MLQ). В этом случае пози­ции фреймов группируются в подгруп­пы с четными и нечетными номерами. Для определенного номера импульса из четной последовательности (пятый или шестой в зависимости от того, является ли сам фрейм четным или не­четным) используется последователь­ный многоимпульсный поиск. Похо­жий поиск повторяется для подфрей­мов с нечетными номерами. Для возбуждения выбирается группа с мини­мальными общими искажениями.

На стороне декодера информа­ция кодера с линейным предсказа­нием (LPC) и информация адаптив­ной и фиксированной кодовой книг демультиплексируется и использует­ся для реконструкции выходного сиг­нала. Для этих целей используется адаптивный постфильтр. В случае ко­дера G.723.1 сигнал возбуждения пе­ред прохождением через фильтр син­теза LPC пропускается через LT (long-term — долговременный) постфильтр и ST (short-term — кратковременный) постфильтр.

1. LD-CELP (Long-Delay CELP). Рекомендация G.728

В Рекомендации содержится опи­сание алгоритма кодирования речевых сигналов на скорости 16 кбит/с с помо­щью линейного предсказания с кодиро­ванием сигнала возбуждения с малой задержкой. Алгоритм LD-CELP опи­сывает работу кодера и декодера.

В алгоритме LD-CELP сохране­на суть метода CELP, представляю­щего собой метод «анализа через син­тез» путем поиска сигналов в кодовой книге. Для получения алгоритмиче­ской задержки порядка 0,625 мс ис­пользуется адаптация предсказателей и уровней сигнала возбуждения по вы­ходу. Передается только индекс сиг­нала возбуждения, найденный в кодо­вой книге. Обновление коэффициен­тов предсказания производится с помо­щью LPC-анализа ранее квантованной речи. Уровень возбуждения обновля­ется с помощью информации, содержа­щейся в ранее квантованном сигнале возбуждения. Размер блока для ада­птации вектора сигнала возбуждения и уровня составляет всего лишь пять отсчетов. Обновление взвешивающего фильтра, учитывающего восприятие, производится с помощью LPC-анализа неквантованной речи.

После выполнения преобразова­ния сигнала ИКМ по закону А или μ в линейный ИКМ-сигнал входной сигнал делится на блоки по пять последова­тельных отсчетов. Для каждого вход­ного блока кодер пропускает каждый из 1024 векторов кодовой книги (хра­нящихся в кодовой книге сигнала воз­буждения) через устройство масштаби­рования уровня сигнала возбуждения и синтезирующий фильтр. Из полу­ченных в результате пропускания всех 1024 векторов-кандидатов квантован­ного сигнала кодер определяет один, минимизирующий величину взвешен­ной по частоте среднеквадратической ошибки относительно вектора входно­го сигнала. 10-битовый индекс, соот­ветствующий наилучшему вектору в кодовой книге, который соответствует наилучшему вектору-кандидату кван­тованного сигнала, передается в деко­дер. На следующем этапе для обно­вления памяти фильтра и подготов­ки к кодированию следующего векто­ра сигнала наилучший кодовый вектор проходит через устройство масштабирования уровня сигнала возбуждения и синтезирующий фильтр. Коэффициенты синтезирующего фильтра и уровень сигнала возбуждения периодически обновляются путем адаптации по выходу, базирующейся на квантованном сигнале, масштабированном по уровню, и сигнале возбуждения.

Характеристики

Список файлов реферата