Кодирование и декодирование - Вокодеры с линейным предсказанием
Для вокодеров, возбуждаемых квазипериодическим сигналом, передаваемые параметры представляют собой обычно преобразования сигнала основного тона Р, коэффициента усиления а и коэффициентов фильтра {аi}. На практике кодирование сигнала основного тона и коэффициента усиления обычно осуществляется по логарифмическому закону. Типичным является логарифмическое кодирование сигнала основного тона на 5 или 6 бит и логарифмическое кодирование коэффициента усиления на 5 бит. Основное внимание далее будет уделено коэффициентам отражения {ki,}, представляющим собой преобразование от {ai}, и различным нелинейным преобразованиям, поскольку их свойства недостаточно известны.
В вокодерах с линейным предсказанием широко используются коэффициенты отражения (и такие параметры, как логарифм площадей). В автокорреляционном методе они легко получаются как часть результатов анализа, а в ковариационном методе -- вычисляются с помощью процедуры пошагового понижения порядка. Необходимым и достаточным условием устойчивости синтезирующего фильтра при этом является то, что значения модулей коэффициентов отражения должны быть меньше единицы. Поэтому линейная интерполяция коэффициентов отражения устойчивых фильтров гарантирует устойчивость полученных в результате интерполяции фильтров.
Коэффициенты отражения имеют неразномерную спектральную чувствительность, причем наибольшая чувствительность будет, когда модуль коэффициента близок к единице. Это свойство было теоретически доказано Грэем и Маркелом. Они показали, что в процедуре пошагового повышения порядка на т-м шаге изменение логарифмического спектра фильтра 1/Am(z), вызванное изменением km на Дkm, будет осциллировать (при изменении частоты от нуля до fJ2) между значениями
Ln[1+ Дkm /(1+km)] и ln[1- Дkm /(1-km)]
Таким образом, значения km, модули которых приближаются к единице, наиболее чувствительны к малым изменениям спектра. Неравномерная спектральная чувствительность была также подробно изучена Висваназаном и Макхоллом.
Известно, что для многих вокализованных звуков первые коэффициенты отражения имеют асимметричное распределение (k1 почти равен -- 1, а k2 близок к +1), а коэффициенты более высокого порядка имеют центрированное около нуля распределение, близкое к гауссовскому. Это было замечено эмпирически рядом исследователей. Аналитически (используя аппроксимацию) было показано, что такая асимметрия имеет место для k1 и k2 в случае отсутствия предыскажения для устранения корреляции. Было также замечено, что при низких частотах дискретизации (10 кГц и меньше) величины коэффициентов отражения kз, k4... с высокой вероятностью меньше 0,7.
Линейное квантование коэффициентов отражения на отрезке [--1, 1] нецелесообразно, так как значения, близкие к единице, обычно характерны только для k1 и k2. Поэтому следует применять нелинейное квантование в силу неоднородной спектральной чувствительности. Использовалось несколько схем преобразования и кодирования. Хаски и другие изучили многие типы преобразований и пришли к выводу, что наиболее эффективно логарифмическое кодирование отношений площадей, т. е.:
Ln[1- km /(1+k)].
К такому же заключению пришли Висваназан и Макхолл на основании экспериментальной оценки спектральной чувствительности коэффициентов отражения. Велч использовал модифицированный логарифм отношения площадей ln[F - km/(F+ km)] со значениями F более единицы из-за того, что для коэффициентов отражения, близких к единице, квантование логарифма отношений площадей может стать настолько точным, что превысит точность исходных данных.
Для облегчения процедуры синтеза при использовании нормализованной структуры фильтра Маркел и Грэй предложили кодирование коэффициентов отражения по закону арксинуса иm=sin-1(km). При этом достигается большая точность квантования коэффициентов отражения, близких к единице, и такое кодирование является единственным преобразованием, осуществляющим равномерное распределение углов для непосредственного поиска параметров фильтра в приемнике по тригонометрической таблице (такие таблицы в виде стандартных программ имеются в памяти ПЗУ высокоскоростных процессорных систем). Несмотря на то, что такое кодирование не соответствует усредненным кривым чувствительности Висваназана и Макхолла так же, как и кодированию логарифма отношения площадей, тем не менее оно приемлемо и более эффективно, чем линейное квантование коэффициентов отражения. Кодирование по закону арксинуса встречает такую же трудность, связанную с чрезмерной точностью квантования при значениях модулей, близких к единице, как и кодирование логарифма площади.
Некоторые подходы, применяемые для сокращения числа передаваемых двоичных единиц, относительно просты, в то время как другие являются более сложными. Маркел и Грэй устранили смещение k1 и k2 (путем добавления и вычитания 0,3 соответственно), а затем равномерно квантовали несмещенные результаты для всех коэффициентов отражения от --0,7 до + 0,7, используя меньшее число бит для коэффициентов отражения высокого порядка. Итакура и Саито применили динамическое программирование для распределения двоичных единиц, предназначенных для кодирования коэффициентов отражения. Было обнаружено, что предыскажение речевого сигнала значительно сокращает разницу между распределением двоичных единиц при динамическом программировании и равномерном распределении. Макхолл и другие использовали метод кодирования Хаффмана применительно к логарифму отношения функции площади для повышения эффективности представления. Эта процедура имеет то преимущество, что используется меньшее число двоичных единиц без какого-либо ухудшения точности представления. Мак-Кендлес использовал метод равномерного кодирования площадей, основанный на гистограммах, полученных статистическим путем. При этом методе требуется отличное от других (но эффективное) кодирование каждого отдельного коэффициента отражения. Специфический вид такого кодирования зависит от статистических средних значений, полученных путем обработки большого числа сегментов данных, и зависит от таких параметров системы, как частота дискретизации, характеристики предыскажающего фильтра и типа записывающей аппаратуры.
Маловероятно, что можно определить единственную оптимальную схему кодирования-декодирования в том смысле, что получится наилучшее субъективное качество восприятия синтезированной речи при самой низкой скорости передачи. Когда критерий качества основывается на восприятии, выбор схемы кодирования-декодирования зависит от разных факторов и всегда имеется различие в мнениях слушателей.
При моделировании неквантованные параметры (при использовании системы счисления с плавающей запятой или целых чисел с максимальной точностью) обычно преобразуются в группу целых чисел {0, 1, ..., 2в--1}, где в -- число бит, используемых для представления параметра. Такое представление соответствует преобразованию множества значений в одно и может быть эффективно выполнено с помощью таблицы, например, на основе двоичного поиска. Эти передаваемые параметры однозначно соответствуют декодируемым параметрам и могут быть, следовательно, использованы в приемнике для табличного декодирования с помощью таблицы.
Специальные примеры передачи речи с минимальной скоростью на основе различных преобразований параметров будут представлены ниже при рассмотрении вокодерных систем и моделирования.
Похожие статьи
-
Преобразование коэффициентов Основным набором передаваемых параметров в вокодере с линейным предсказанием являются М коэффициентов фильтра с...
-
Принцип метода линейного предсказания - Вокодеры с линейным предсказанием
Вокодер информация кодирование синтезатор В вокодерах с линейным предсказанием при анализе речевого сигнала в передающем устройстве определяются...
-
Вокодеры с линейным предсказанием (липредеры) - Вокодеры с линейным предсказанием
Этот тип вокодера (рис. 3, рис. 4), в отличие от остальных типов, для передачи речи применяет не фильтры, а систему линейного предсказания. В линию...
-
Возбуждение синтезатора и выбор коэффициента усиления - Вокодеры с линейным предсказанием
Атал и Ханауэр предложили способ согласования энергии синтезированной речи в пределах периода основного тона с соответствующей энергией речевого сигнала...
-
: Кодеки - Вокодеры с линейным предсказанием
Рассмотрим теперь более широкое понятие - кодеки. Кодек (англ. codec, от coder/decoder -- кодировщик/декодировщик или compressor/decompressor) -- это...
-
Передача параметров с переменной скоростью - Вокодеры с линейным предсказанием
Большая часть разговорной речи содержит паузы. Кроме того информация, необходимая для точного представления исходного речевого сигнала, существенно...
-
Прямое использование предсказания позволяет воспроизводить звук, но с плохим качеством. Поэтому этот метод имеет много различных разновидностей,...
-
: Вокодеры в современности - Вокодеры с линейным предсказанием
В таблице 5 приведены основные виды вокодеров и требуемая пропускная способность канала связи. Сегодня вокодеры применяют для кодировании телефонных...
-
Липредеры на основе ковариационного метода - Вокодеры с линейным предсказанием
Одними из видов липредеров с низкой скоростью передачи являются липредеры на основе ковариационного метода. Атал и Ханауэр в работах и впервые...
-
Устройства для параметрического частотного сжатия речи получили название вокодеров. Вокодер (от англ. voice - голос и coder - кодировщик голоса)...
-
Заключение, Список используемой литературы - Вокодеры с линейным предсказанием
Алгоритмы кодирования формы сигнала основываются на наличии корреляционных связей между отсчетами сигнала, которые дают возможность линейного...
-
Одним из возможных и наиболее важных применений линейного предсказания является низкоскоростная (2400--3600 бит/с) надежная передача речи по телефонным...
-
Физическое обоснование - Вокодеры с линейным предсказанием
Работа вокодера (voice coder) основана на анализе характерных особенностей человеческой речи. На рис. 2 показаны условно частотные характеристики речи...
-
Введение - Вокодеры с линейным предсказанием
Вокодеры - это системы параметрического кодирования речи, широко применяемые в современной цифровой телефонной связи, в том числе - Internet-телефонии....
-
Кодирование по методу четности / нечетности - Кодирование информации
Для контроля правильности передачи информации, а также как средство шифрования информации используются различные коды. Коды, использующие для передачи...
-
Кодирование графической информации. - Экономическая информатика
Существует несколько способов кодирования графической информации. Так и все виды информации, изображения в компьютере закодированы в виде двоичных...
-
Цветовые модели. - Кодирование информации в компьютере
Если говорить о кодировании цветных графических изображений, то нужно рассмотреть принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие....
-
Компромиссная система, для удобства восприятия данных человеком и корректной работы компьютера, двоично-десятичная запись чисел. Принцип построения этой...
-
Под критическим значением параметра регулятора (K или Т) понимается такое значение (Ккр или Ткр), при котором система оказывается на границе...
-
Транспортная задача - Линейное программирование
Одна из наиболее распространенных задач математического программирования -- транспортная задача. В общем виде ее можно представить так: требуется найти...
-
Кодирование текстовой информации - Кодирование информации в компьютере
В настоящее время большая часть пользователей при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков...
-
Векторное кодирование, Кодирование звуковой информации - Экономическая информатика
Для чертежей, схем, карт применяется другой способ кодирования, который позволяет не терять качество при изменении размеров изображения. Рисунок хранится...
-
Кодирование информации -- процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи,...
-
Кодирование цвета Кодируется цвет графических изображений с помощью бит. Количество бит, с помощью которых закодирован цвет называют битовой глубиной...
-
Использование программы StudyProgram для усвоения учебного материала по кодированию информации методом четности и методом Хэмминга Программа StudyProgram...
-
Растровое изображение. - Кодирование информации в компьютере
При помощи увеличительного стекла можно увидеть, что черно-белое графическое изображение, например из газеты, состоит из мельчайших точек, составляющих...
-
Кодирование графической информации - Кодирование информации в компьютере
В середине 50-х годов для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях, впервые в графическом виде было реализовано представление...
-
Кодирование, Кодирование текстовой информации - Экономическая информатика
Кодирование текстовой информации Кодирование информации - процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования...
-
Инструкция программиста - Кодирование информации
Данная учебная программа должна запускаться на IBM и совместимых компьютерах. Минимальные системные требования: процессор Pentium и выше, объем...
-
Кодирование по методу Хэмминга - Кодирование информации
Код Хэмминга - систематический код, то есть состоящий из информационных и корректирующих символов, расположенных по строго определенной системе, имеющих...
-
При разработке функций программного обеспечения диалог с пользователем должен быть организован через графический интерфейс. Все элементы графического...
-
Хранение, кодирование и пpеобpазование данных - Единицы измерения информации в памяти ПК
Хранение информации в памяти ЭВМ - одна из основных функций компьютера. Любая информация хранится с использованием особой символьной формы, которая...
-
"РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ MICROSOFT EXCEL" Цель работы Приобретение навыков решения задач линейного программирования...
-
Датчики Pt1000 (TSQ* и TSH*) прекрасно подходят для любых климатических систем, где необходимо измерять температуры в диапазоне от -50 до 250 °C с...
-
Если линейная система устойчива, то ее переходная функция будет с течением времени стремиться к постоянному значению, а весовая функция - к нулю....
-
Файл - это набор любых данных одного типа, который хранится на диске отдельно от прочих. Например, музыкальный файл, файл изображения или текстовый файл,...
-
Линейные блоковые коды - Кодек каскадного кода Хэмминга
Код называется групповым, если кодовые комбинации образуют некоторую подгруппу группы всех последовательностей длиной n Линейные коды задаются с помощью...
-
Каскадные коды Каскадный код представляет собой разновидность составного кода, формируемого последовательной схемой кодирования. При практической...
-
Заключение - Кодирование информации
В ходе курсовой работы была разработана обучающая программа по информатике, с помощью которой студенты смогут проверить свои знания в таких разделах...
-
Программа StudyProgram предназначена для того, чтобы помочь в усвоении приемов составления программ для машины Поста. Работа с программой осуществляется...
Кодирование и декодирование - Вокодеры с линейным предсказанием