CMG系统中EVRC编解码器的研究与实现

论文摘要

随着第三代移动通信技术的迅速发展,变速率语音编码技术已成为近年来研究的热点。增强型可变速率编解码器EVRC以其较高的合成语音质量和较低的平均码率成为目前应用范围广泛的变速率语音编码技术之一。本文在深入研究了其算法原理的基础上实现了EVRC编解码器,并对其中的一项关键技术——固定码本搜索进行了改进。测试结果表明,改进算法能大幅降低运算负荷,同时合成语音的自然度也有所提高。 EVRC编解码算法以松散码激励线性预测（RCELP）算法为基础,包括编码器和解码器。在编码器端,首先对语音信号进行预处理,通过线性预测分析和长时预测提取线谱频率（LSF）和基音延时,得出的LSFs用分裂矢量量化（SVQ）方法进行量化,然后利用速率判决算法确定本帧的编码速率,最后根据编码速率计算所需的参数并将这些参数按相应的格式打包发送。在解码器端,首先用帧错误检测模块检测并修正帧错误,然后从接收到的数据包中恢复出语音参数,产生激励通过合成滤波器重构语音信号,并经过后置滤波进一步增强音质。 在参考国外一篇论文并对其算法进行改进与修正的基础上,本文中给出了一种改进的全速率固定码本搜索算法。与原标准中采用“深度优先—联合搜索”策略的搜索算法不同,改进算法采用“顺序搜索+脉冲替换”的两级搜索方法。第一级,通过快速纯顺序码本搜索得出一个粗略码矢,第二级,通过脉冲替换程序修正粗略码矢并最终得到最优解。经过测试,在采用改进的全速率固定码本搜索算法后,固定码本搜索量仅为原来的21%。同时改进算法还解决了原算法中无法保证码矢最优性的问题,在实际中体现为合成语音能保留更多说话人的语音特征。 本文在VC++6.0环境下实现了EVRC编解码器并对其性能进行了测试。测试结果表明:采用“顺序搜索+脉冲替换”全速率固定码本搜索算法的EVRC编解码器运算量与原系统相比减少了20.5%,同时合成语音自然度有所提高,在平均数据速率方面满足标准IS-718要求。若存CMG系统中的声码器单板上运行这种改进的EVRC编解码算法,在支持相同数目的EVRC编解码器的情况下,能为系统节省一定的DSP数量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题背景
• §1.2 课题概论
• §1.3 论文组织结构
• 第二章 语音编码基础
• §2.1 语音信号特点
• §2.2 语音信号的线性预测分析方法
• 2.2.1 线性预测分析
• 2.2.2 线谱对分析
• §2.3 语音编解码器分类
• §2.4 变速率语音编码
• 第三章 增强型可变速率编解码器EVRC研究与实现
• §3.1 概述
• §3.2 EVRC编码器
• 3.2.1 信号预处理
• 3.2.2 模型参数估计
• 3.2.3 速率判决
• 3.2.4 LSP参数量化
• 3.2.5 全速率和半速率编码
• 3.2.6 1／8速率编码
• 3.2.7 数据包格式
• §3.3 EVRC解码器
• 3.3.1 帧错误检测
• 3.3.2 全速率和半速率解码
• 3.3.3 1／8速率解码
• 3.3.4 后置滤波器
• §3.4 EVRC编解码器实现
• 第四章 EVRC固定码本搜索及改进
• §4.1 同定码本搜索原理
• §4.2 全速率固定码本搜索
• 4.2.1 全速率固定码本结构
• 4.2.2 标准全速率固定码本搜索方法
• 4.2.3 改进全速率固定码本搜索方法
• 4.2.4 全速率固定码本码字计算
• §4.3 半速率固定码本搜索
• §4.4 固定码本增益计算
• 第五章 性能测试与分析
• §5.1 运算量比较
• §5.2 合成语音质量测试
• §5.3 编码速率测试
• 结束语
• 缩略语
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 用于频带能量计算的带通滤波器冲击响应
• E（n）取值表'>附录2 自适应码本映射内插系数I_E（n）取值表
• E（n）取值表'>附录3 残差信号映射内插系数I_E（n）取值表
• f（i，j）取值表'>附录4 临时修正残差信号与目标残差匹配内插系数I_f（i，j）取值表