ГОУВПО «Московский Энергетический Институт (Технический Университет)» Кафедра Радиотехнических систем Тема магистерской диссертации: «РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА СЖАТИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ В ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ» Выполнил: студент учебной группы ЭР Жуков А.М. Научный руководитель: доцент кафедры РТС к.т.н. Сизякова А.Ю. Москва, 2011г.

2 Кодирование источника Канал связи С [бит/с] R B [бит/с] При R В С возможна передача без ошибок При R В > С передача без ошибок не возможна Основная задача кодера источника – сокращение избыточности, содержащейся в сигнале. Формирование сжатого сигнала. 2

3 Цели и задачи работы 3 Провести обзор алгоритмов сжатия речи; Провести сравнительный анализ способов сжатия речи; Изучить работу речевого кодека с линейным предсказанием (Linear Predictive Coding) ; Разработать аппаратно-программную модель LPC- кодека; Выбрать параметры модели в соответствии с критерием минимизации скорости цифрового потока на выходе кодера при условии сохранения естественного звучания речи.

4 Обзор алгоритмов сжатия речи 4 Алгоритмы Кодирования Речи Кодирование Формы Сигнала Вокальное Кодирование Гибридное Кодирование

5 Алгоритм вокального кодирования 5 РТ - речевой тракт Речь Анализ параметров РТ Передаваемые параметры РТ Канал связи Построение модели РТ. Синтез речи Передаваемые параметры РТ Речь Вокодер – от англ. «voice coder», кодировщик голоса, устройство синтеза речи на основе произвольного сигнала с богатым спектром.

6 Сравнительная характеристика алгоритмов сжатия речи 6

7 Вокодер с линейным предсказанием 7 ГЕНЕРАТОР ИМП. ГЕНЕРАТОР ШУМА Цифровой фильтр с переменными параметрами Период ОТ Т от [с] Усиление G Параметры РТ {A i } Синтезированная речь Кадр анализа – интервал квазистационарности речевого сигнала. Длительность интервала анализа 10…30 мс.

8 LPC-вокодер. Определение коэффициентов цифрового фильтра 8 r[s(n),s(n-1)]= 0,75 … 0,95 Ai - коэффициенты предсказания r – нормированный коэффициент корреляции R(j) – оценка функции автокорреляции p – порядок предсказателя А1А1 А2А2 А3А3 А4А4 А5А5 АpАp …... S(n)S(n-1)S(n-2)S(n-p) …………..

9 LPC-вокодер. Определение функции возбуждения

10 Компьютерная модель LPC-кодека Состав компьютерной модели цифровой системы передачи речи: 1.Аппаратная часть модели 2.Программная часть модели LPC_CODER.m DS_KANAL.m LPC_DECODER.m

11 Программный модуль кодера Вычисление АКФ сегмента Вычисление коэффициентов ЦФ Вычисление усиления Выделение признака «шум-тон» и анализ периода ОТ Нормировка и центрирование сигнала Длительность интервала анализа: 10…30 мс

12 Программный модуль кодера

13 Программный модуль канала

14 Программный модуль декодера

15 Оценка скорости цифрового потока на выходе кодера Частота ОТ – 7 бит Усиление сигнала – 5 бит Коэффициенты фильтра - 4·K_pr бит

16 Результаты моделирования

17 Выводы по работе Проведен обзор существующих алгоритмов сжатия речи; Приведена сравнительная характеристика основных способов речевого кодирования; Разработаны математические модели речевого кодека с линейным предсказанием; Создана аппаратно-программная модель LPC-вокодера; Проведена оптимизация разработанной компьютерной модели в соответствии с критерием минимизации скорости цифрового потока на выходе кодера при условии сохранения естественного звучания восстановленной речи.

18 Сравнительная характеристика алгоритмов сжатия речи РАЗРАБОТАННАЯ МОДЕЛЬ LPC-КОДЕКА