Исследование векторного квантования сигналов (Исследование CELP–кодера речевого сигнала), страница 2

    Для точного восстановления речевого сигнала необходимо на вход синтезирующего фильтра N(z) подать сигнал с выхода фильтра долговременного анализа, который, как указывалось выше, очень близок к белому шуму. Однако описание такого сигнала приводит к появлению большого потока данных. С целью его сокращения субкадры на выходе фильтра   долговременного    синтеза    подвергают    векторному квантованию – их заменяют наборами отсчетов белого шума, которые хранятся в так называемой кодовой книге. Количество наборов ограничено, и они пронумерованы. Номер набора (вектора) представляется малоразрядным двоичным числом, что и позволяет сократить объем потока данных. В соответствии с заданным номером векторы поступают на вход фильтра долговременного синтеза.

Кодовые книги бывают двух видов: детерминированные и стохастические. Детерминированная кодовая книга образуется из большого количества образцов речевого сигнала. Векторы параметров в процессе создания книги извлекаются из случайной разговорной речи достаточно большой длительности (30 … 40 мин) на мужских и женских голосах. Кодовые книги, образованные на основе реального речевого сигнала, называются детерминированными.

В отличие от детерминированных существуют стохастические кодовые книг, которые составляются из случайной последовательности с равномерным энергетическим спектром. Стохастические кодовые книги обусловливают меньшую точность синтеза сигнала. Однако преимущество стохастической кодовой книги заключается в том, что ее образование обходится без длительного процесса «обучения» на реальных речевых сигналах.

Для снижения искажений в кодере используется так называемый метод анализа (кодирования) сигнала через его синтез (декодирование). При этом на этапе кодирования производится декодирование, и синтезированный сигнал сравнивается с входным сигналом кодера.

Параметры кодирования настраиваются так, чтобы обеспечить минимум отличий между сравниваемыми сигналами.

Выбор оптимального вектора из кодовой книги

В кодирующем устройстве на вход синтезирующего фильтра подаются векторы из кодовой книги. Сначала подается вектор под номером 1. Путем оптимальной настройки коэффициента G усиления оценка дисперсии E разности между исходным речевым сигналом S(n) и синтезированным речевым сигналом S'(n) минимизируется. Оптимальный коэффициент усиления

  где ,    , где i – номер субкадра, l_i(n) и u_i(n) – остаток предсказания на выходе фильтра долговременного анализа и последовательность шума кодовой книги соответственно, L – число отсчетов  в субкадре. Здесь R_ilu отражает степень взаимной кореляции сигналов кодовой книги и остатка «долговременного» предсказания,   R_iuu - мощность сигнала остатка предсказания.

Затем номер (индекс, код) последовательности шума в кодовой книге увеличивается на единицу и снова вычисляется оценка дисперсии. Эта процедура повторяется до тех пор, пока не будет проанализировано все содержание кодовой книги и не будет найдена оптимальная последовательность шума, обеспечивающая минимум E. Эта оптимальная последовательность шума, то есть оптимальное возбуждение в виде индекса вектора N одновременно с коэффициентом усиления и параметрами кратковременного и долговременного анализирующих фильтров A(z) и P(z) передается на декодер.