数字集群通信系统语音编解码算法研究及优化

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集群通信系统是一种具有交换和控制双重功能的指挥调度系统,随着数字通信技术的发展,数字集群通信系统逐渐成为研究热点。语音通信是数字集群通信系统中最常用的通信方式之一,优良的语音编解码算法能够更加有效地节省带宽资源,提高频率利用率,因此具有重要的研究价值。通过研究TETRA数字集群通信系统中的ACELP语音编解码算法,分别在感觉加权滤波器的设计、线谱对参数量化的搜索方式、代数码本的搜索方式等三个方面提出了优化算法。对感觉加权滤波器的优化方法是修改感觉加权滤波器频域表达式中的系数,用未量化的线性预测系数代替量化后的线性预测系数。由于未量化的线性预测系数具有更高的精度,因此,误差信号通过修正后的感觉加权滤波器以后,具有与语音信号谱更加相似的包络形状,从而更好地利用共振峰对误差的掩蔽效应,达到更佳的主观听觉效果。对线谱对参数量化的搜索方式的优化是通过选用不同的失真测度公式实现的。提出了两种替换原有均方误差最小准测的方法,分别是最大平均误差与均方误差最小准则相结合的搜索标准,以及绝对值平均误差与均方误差最小准则相结合的搜索标准。理论分析表明,本文提出的两种搜索算法与原有搜索方法相比,所需乘法运算量明显减少,虽然加法和比较运算次数有不同程度的增加,但是仍然达到了降低总运算量的目的。对代数码本搜索方法的优化同样是通过改变搜索准则完成的。用脉冲置换搜索方法代替原有的聚焦搜索法可以避免搜索过程中进行的嵌套循环,有效提高搜索效率。在脉冲置换数等于4的情况下,采用脉冲置换搜索方法所需的运算量仅为原有的聚焦搜索方法的24%。用C语言和Matlab对TETRA系统中的ACELP算法及优化方法进行仿真。结果表明,修正后的感觉加权滤波器更好地反映出合成滤波器的变化情况,更好地利用了掩蔽效应降低了噪声干扰的影响。对分裂矢量量化码本搜索方式的优化和代数码本搜索方式的优化都在不明显降低合成语音质量的情况下有效地减少了运算量。
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