Các phương pháp mã hóa thoại trong các bộ vocoder

H Ni Nm 2010 Mu 1b MU TRANG PH BèA LUN VN B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI DON THANH BèNH CC PHNG PHP M HểA THOI TRONG CC B VOCODER Chuyờn ngnh : K THUT IN T LUN VN THC S KHOA HC K THUT IN T NGI HNG DN KHOA HC : TS NGUYN HU TRUNG Li Cam oan Tụi xin cam oan lun l bn thõn tụi thc hin da trờn nhng kin thc ó c hc v da trờn nhng kinh nghim thc tin quỏ trỡnh lm vic, di s hng dn ca TS.Nguyn Hu Trung Tụi xin chu hon ton trỏch nhim v ni dung ca bn lun ny H Ni, ngy 25 thỏng 10 nm 2010 Hc Viờn Doón Thanh Bỡnh i Mc Lc Trang Trang ph bỡa Mc lc Li cam oan i Danh mc cỏc ký hiu, cỏc ch vit tt ii Danh mc bng iii Danh mc cỏc hỡnh v, th iv M u vi Chng CC C TRNG C BN CA TN HIU THOI 1.1 c trng ca õm tng t 1.2 Quỏ trỡnh to ting núi 1.2.1 Mụ hỡnh húa quỏ trỡnh to ting núi 1.2.2 Tớnh cht c bn ca quỏ trỡnh to ting núi Chng TNG QUAN V QU TRèNH X Lí TN HIU THOI 2.1 H thng s x lý õm 5 2.1.1 Mụ hỡnh húa tớn hiu õm 2.1.2 Kin trỳc h thng s x lý õm 2.1.3 Mụ hỡnh x lý õm 2.2 Tng quan cỏc bc x lý tớn hiu thoi 19 2.2.1 Ly mu 19 2.2.2 Lng t húa 20 2.2.3 Mó húa 20 2.2.4 Nộn ging núi 20 2.3 Cỏc tiờu ỏnh giỏ 20 2.3.1 Cỏc tiờu chun ỏnh giỏ mt b Codec 20 2.3.2 Ch tiờu ỏnh giỏ thut toỏn mó húa 21 Chng CC PHNG PHP X Lí TN HIU THOI 22 3.1 Mó húa dng súng 22 3.1.1 PCM G711 23 3.1.2 DM 24 3.1.2 DPCM 25 3.1.3 ADPCM G726 25 3.2 Mó húa ting núi kiu Vocoder 26 3.3 Mó húa lai 27 Chng PHN TCH D ON TUYN TNH 4.1 D oỏn tuyn tớnh 28 28 4.1.1 Bi toỏn d oỏn tuyn tớnh 29 4.1.2 D oỏn tuyn tớnh x lý thoi 31 4.2 Mụ hỡnh x lý tớn hiu thoi 32 4.3 Cu trỳc ca gii thut dựng mụ hỡnh LPC 35 4.3.1 B mó húa Encoder 35 4.3.2 Tớnh toỏn cụng sut 36 4.3.3 B gii mó 37 4.3.4 Gii hn ca mụ hỡnh LPC 37 Chng PHNG PHP M HểA MELP/MELPe TRONG B VOCODER 38 5.1 Mụ t tng quan 38 5.2 Thut toỏn Vocoder MELP/MELPe 39 5.2.1 Khi nộn ting núi 41 5.2.2 Khi gii mó 48 Chng PHNG PHP M HểA CELP/ACELP TRONG B VOCODER 54 6.1 Nguyờn lý chung ca b nộn CELP 54 6.2 Phng phỏp nộn LD-CELP 56 6.3 K thut nộn CS-ACELP v G729 59 6.3.1 Nguyờn lý k thut nộn CS-ACELP 59 6.3.2 Nguyờn lý b gii nộn CS-ACELP 62 6.3.3 G729A 63 6.3.4 G729B 65 6.4 K thut nộn G723.1 67 6.4.1 Nguyờn lý ca b nộn G723.1 68 6.4.2 Nguyờn lý b gii nộn G723.1 70 Chng PHNG PHP M HểA AMBE/IMBE TRONG B VOCODER 71 7.1 Tng quan 71 7.2 K thut MBE 72 Chng KT QU Mễ PHNG MT S CHUN 73 8.1 LPC Vocoder 73 8.2 G729 Vocoder 74 KT LUN 77 TI LIU THAM KHO 78 Danh mc cỏc bng Bng 2.1 Cỏc chun mó húa õm thoi chớnh 18 Bng 6.2 S phõn b bit ca cỏc tham s ca thut toỏn CS-ACELP tc 8Kbit/s 59 (Khung 10ms) Cỏc tham s b nộn v gii nộn CS-ACELP 63 Bng 6.3 Cỏc thụng s WMOPS v MIPS ca G 729 v G 729A Bng 6.1 iii 65 Danh mc cỏc ký hiu cỏc ch vit tt A/D Analog/Digital ACELP Algebraic Code Excited Linear Prediction ADPCM Adaptive Differential Pusle Code Modulation AMBE Advanced Multi- Band Excitation AR Autoregressive CDMA Code Division Multiple Access CELP Code Excited Linear Prediction CS_ACELP Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction DM Delta Modulation DPCM Differential Pusle Code Modulation DSVD Digital Simultaneous Voice and Data GSM Groupe Speciale Mobile IMBE Improved Multi-Band Excitation LD_CELP Low Delay Code Excited Linear Prediction LP Linear Prediction LPC Linear Prediction Coding LSF Line spectrum frequency MELP Mixed - Excitation Linear Predictive PCM Pusle Code Modulation SID Silence Insertion Descriptor VAD Voice Activity Detector ii Danh mc cỏc hỡnh v, th Hỡnh 1.1 Dng súng ca tớn hiu ghi nhn c t õm ca ngi Hỡnh 1.2 Mụ hỡnh c hc c quan phỏt õm ngi Hỡnh 1.3 Mụ hỡnh dng ng ca c quan phỏt õm ngi Hỡnh 2.1 Dng súng õm nguyờn thy Hỡnh 2.2 Dng súng ca tớn hiu Hỡnh 2.3 Ngừ ca b chuyn i tớn hiu tng t sang tớn hiu s Hỡnh 2.4 Thc hin vic ly mu Hỡnh 2.5 Kt qu ca vic ly mu cỏc giỏ tr Hỡnh 2.6 Dng súng c tỏi to li Hỡnh 2.7 Mụ hỡnh h thng x lý tớn hiu tng t bng phng phỏp s Hỡnh 2.8 Phõn tớch cỏc thnh phn hỡnh Sin ca Stochastic 12 Hỡnh 2.9 C cu t chc cho vic biu din vic truyn tớn hiu õm nhc 12 Hỡnh 2.10 Phõn tớch tớn hiu õm theo mụ hỡnh Sin + Nhiu + Nt m 13 Hỡnh 2.11 Tng hp LPC 14 Hỡnh 2.12 S phõn ró ca quỏ trỡnh thay i tn s ly mu 15 Hỡnh 2.13 Vớ d v thay i tn s ly mu vi L/M = 3/2 16 Hỡnh 3.1 Mụ hỡnh tng hp ting núi theo phng phỏp LPC 23 Hỡnh 4.1 H thng nhn dng di dng d oỏn tuyn tớnh 29 Hỡnh 4.2 B lc li d oỏn 30 Hỡnh 4.3 Mụ hỡnh LPC tng hp ting núi 33 Hỡnh 4.4 Hỡnh v cỏc khung phi thoi 33 Hỡnh 4.5 S ca mt khung õm phi thoi 34 Hỡnh 4.6 S khung tớn hiu õm thoi 34 Hỡnh 4.7 S ca mt khung õm thoi 35 Hỡnh 4.8 S ca b mó húa LPC 36 Hỡnh 5.1 S gii mó MELP 39 iv Hỡnh 6.1 S nguyờn lý ca phng phỏp tng hp CELP 54 Hỡnh 6.2 S ca b nộn v gii nộn LD_CELP 58 Hỡnh 6.3 S b nộn CS_ACELP 60 Hỡnh 6.4 S b gin nộn CS_ACELP 62 Hỡnh 8.1 Mụ phng LPC Vocoder 73 Hỡnh 8.2 Tớn hiu nguyờn thy 75 Hỡnh 8.3 Tớn hiu tỏi to 76 v M u Ting núi l phng tin ch yu m ngi s dng liờn lc v giao tip hng ngy Ngy cỏc phng tin truyn thụng phỏt trin v s ngi s dng cỏc phng tin liờn lc tng lờn thỡ mó hoỏ ting núi c nghiờn cu v ng dng rng rói cỏc cuc gi in thoi truyn thng, gi qua mng di dng, qua mng Internet, qua v tinh, v.v Vi s xut hin ca cỏp quang thỡ bng thụng dnh cho cỏc dch v truyn thụng ó c ci thin mt cỏch ỏng k Tuy nhiờn, bng thụng cỏc cuc gi ng di, cỏc cuc gi quc t, cỏc cuc gi qua v tinh hay cỏc cuc gi di ng thỡ cn phi trỡ mt mc nht nh Ngoi ra, vic s dng nhiu ng dng v dch v trờn cựng mt ng truyn dn n mt nhu cu cp thit l cn phi ti u húa cỏc dch v ú Chớnh vỡ th vic mó hoỏ ting núi l vụ cựng cn thit, giỳp gim thiu s lng tớn hiu cn truyn i trờn ng truyn nhng m bo cht lng ca cuc gi Trong s cỏc cụng ngh mó húa thoi hin thỡ cụng ngh Vocoder l mt cụng ngh rt u vit giỳp nộn tớn hiu thoi s xung tc thp hn m cht lng thoi m bo mc cao Xut phỏt t nhng nh vy nờn tụi ó quyt nh chn ti : "Nghiờn cu cỏc phng phỏp mó húa thoi cỏc b Vocoder" vi mc ớch tỡm hiu quỏ trỡnh x lý s tớn hiu thoi núi chung v c bit l mt s chun nộn cụng ngh Vocoder Trong quỏ trỡnh lm lun tt nghip, mc dự tụi cng ó c gng rt nhiu nhng trỡnh v kh nng nghiờn cu cũn nhiu hn ch nờn khụng th trỏnh nhng sai sút Tụi rt mong nhn c s phờ bỡnh, hng dn v giỳp ca thy cụ, bn bố vi v thớch ng ging nh G729 Cỏc thay i thut toỏn so vi G729 s tng kt nh sau : - B lc trng s th cm s dng cỏc tham s b lc LP ó lng t v c biu din l W( z ) = A( z ) / A( A( z / )) vi giỏ tr =0.75 - Phõn tớch lờn ging mch vũng h n gin húa bng cỏch s dng phng phỏp decimation (cú ngha l trớch ly 10 mu) tớnh s tng quan ca ting núi trng s - Cỏc tớnh toỏn phn ng xung ca b lc c n gin húa Vic tỡm s cc i húa giỏ tr tng quan gia kớch thớch trc v tớn hiu ban u lc trc (nng lng ca kớch thớch trc lc l khụng ỏng k) - Vic tỡm bng mó thớch ng c n gin húa Vic tỡm s cc i húa giỏ tr tng quan gia kớch thớch trc v tớn hiu ban u lc trc (nng lng ca kớch thớch trc lc l khụng ỏng k) - Vic tỡm bng mó c nh c n gin húa Thay vỡ trung mch vũng t ong, gii phỏp tỡm s hỡnh cõy sõu trc c s dng - Ti b gii mó, n gin b lc bng cỏch s dng tr nguyờn C hai b mó húa G729 v G729A ó c th nghim trờn vi mch T1TMS320C50 DSP Trong th nghim USH, thut toỏn mó húa song cụng G729A yờu cu 12,4 MIPS G729 yờu cu 22,3 MIPS Vic gim phc hp ca c hai b mó húa G729 v G729A c a bng 6.3 cho c hai phn mó húa v gii mó phc õy th hin qua s hng: C50 MIPS v WOPS ca thut toỏn c s V yờu cu G.729A yờu cu ớt hn 2k RAM v 10k ROM G.729 yờu cu khong 2k RAM v 11k ROM Hin nhiờn vi vic s dng G.729 gim c khong 50% phc so vi G.729, vi vic gim mt ớt cht lng trng hp b ụi (mó húa/gii mó) v trng hp cú õm nn Cỏc thụng s so sỏnh G 729 v G 729A c cung cp bng 6.3 64 Bng 6.3 : Cỏc thụng s WMOPS v MIPS ca G 729 v G 729A WPOPS Chc nng C50MIPS G.729 G.729A G.729 G.729A Tin x lý 0.20 0.20 0.226 0.226 Phõn tớch LP 1.63 1.28 1.957 1.696 Lng t húa v ni suy LSP 0.95 0.95 1.390 1.390 Bin i LSP thnh A(z) v trng s 0.30 0.12 0.461 0.173 Lờn ging mch vũng h 1.45 0.82 1.563 0.955 Lờn ging mch vũng úng 5.83 1.55 3.453 1.778 Bng mó i s 6.35 1.86 8.406 3.046 Lng t húa cỏc b khuych i 0.46 0.46 0.643 0.643 Tỡm kớch thớch v cp nht b nh 0.21 0.08 0.278 0.112 Tng Cng (mó húa) 14.38 7.32 18.377 10.019 Gii mó 0.68 0.68 1.133 1.133 B lc sau 2.13 0.73 2.539 1.000 X lý sau 0.22 0.22 0.266 0.226 Tng Cng (gii mó) 3.03 1.63 3.938 2.399 Tng Cng (gii mó + mó húa) 17.41 8.95 22.315 12.418 6.3.4 G729B G.729B a mt nguyờn lý nộn im lng tc bit thp c thit k v ti u húa lm vic chung c vi c G.729 v G.729A phc thp t c vic nộn im lng tc bit thp cht lng tt, mt module b dũ hot ng thoi khung c bn l yu t cn thit dũ cỏc khung thoi khụng tớch cc, gi l cỏc kkhung õm nn hoc khung im lng i vi cỏc loi khung thoi khụng tớch 65 cc ó c dũ ny, mt module truyn giỏn on o s thay i theo thi gian ca c tớnh tớn hiu thoi khụng tớch cc v quyt nh xem cú mt khung mụ t thụng tin im lng mi khụng cú th c gi i trỡ cht lng tỏi to ca õm nn ti u thu Nu cú mt khung nh th c yờu cu, cỏc tham s nng lng v ph mụ t cỏc c tớnh cm nhn c ca õm nn c mó húa v truyn i mt cỏch hiu qu dựng 15b/khung Ti u cui thu, module to õm phự hp s to õm nn u s dng tham s cp nht ó phỏt hoc cỏc tham s ó cú trc ú Tp õm nn tng hp t c bng cỏch lc d bỏo tuyn tớnh tớn hiu kớch thớch gi trng c to ni b ca mc iu khin Phng phỏp mó húa õm nn tit kim tc bit cho ting núi mó húa ti tc bit trung bỡnh thp 4kbps cuc m thoi ting núi bỡnh thng trỡ cht lng m thoi i vi cỏc ng dng DSVD (Digital Simultaneous Voice and Data :Thoi v s liu ng thi s húa) v nhy tc bit khỏc, G.729B l mt iu kin ti cn thit gim tc bit hn na bng cỏch s dng cụng ngh nộn im lng Khi khụng cú ting núi , tc bit cú th gim , gii phúng dung lng kờnh cho cỏc ng dng xy ng thi, vớ d nh ng truyn ting khỏc in thoi t bo a truy nhp phõn kờnh theo mó/theo thi gian (TDMA/CDMA) hoc truyn s liu ng thi Mt phn ỏng k cuc m thoi thụng thng l im lng, trung bỡnh lờn ti 60% ca mt cuc m thoi chiu Trong sut quỏ trỡnh im lng, thit b u vo ting, vớ d nh tai nghe, s thu thụng tin t mụi trng n Mc v c tớnh n cú th thay i ỏng k, t mt phũng im lng ti ng ph n o hoc t mt chic ụ tụ chuyn ng nhanh Tuy nhiờn, hu ht cỏc ngun õm thng mang thụng tin ớt hn thụng tin ting Vỡ vy, cỏc chu k khụng tớch cc t s nộn s cao hn Nhiu ng dng in hỡnh, vớ d h thng ton cu i vi in thoi di ng GSM, s dng vic dũ tỡm chu k im lng v chốn õm phự hp to c hiu qu mó húa cao hn Xut phỏt t quan nim v dũ tỡm yờn lng v chốn õm phự hp dn n cỏc cụng ngh mó húa ting mu kộp Cỏc mu khỏc bi tớn hiu u vo, 66 c hin th l: thoi tớch cc i vi ting núi v thoi khụng tớch cc i vi im lng hoc õm nn, c xỏc nh bi s phõn loi tớn hiu.S phõn loi ny c thc hin bờn hoc bờn ngoi b mó húa ting núi B mó húa ting ton tc cú th cú tỏc dng quỏ trỡnh ting thoi khụng tớch cc ,s dng ớt bớt hn,t s nộn trung bỡnh cao hn.S phõn loi ny c gi chung l b dũ hot ng thoi (VAD: Voice Activity Detector) v u ca b ny gi l mc hot ng thoi Mc hot ng thoi l cú mt hot ng thoi v l khụng cú hot ng thoi Thut toỏn VAD v b mó húa ting núi khụng tớch cc, ging vi cỏc b mó húa G.729 v G.729A, c thc hin trờn cỏc khung ca ting núi ó c s húa phự hp kớch thc cỏc khung ging c dựng cho mi s v khụng cú tr thờm vo no c to bi thut toỏn VAD hoc b mó húa thoi khụng tớch cc i vi nộn cao hn u vo b mó húa ting núi l tớn hiu ting núi n ó c s húa Vi mi khung ting núi u vo, VAD a mc hot ng thoi, mc ny c dựng nh mt chuyn mch gia cỏc b mó húa thoi tớch cc v khụng tớch cc Khi b mó húa thoi tớch cc cú tỏc dng, lung bit thoi tớch cc s gi ti b gii mó tớch cc cho mi khung Tuy nhiờn cỏc chu k khụng tớch cc, b mó húa thoi khụng tớch cc cú th c chn gi i cỏc thụng tin mi nht gi l b mụ t vic chốn im lng (SID: Silence Insertion Descriptor) ti b gii mó khụng tớch cc hoc khụng gi gỡ c K thut ny cú tờn l truyn giỏn on (DTX: Discontinuous Transmission) Vi mi khung ,u ca mi b gii mó c dựng lm tớn hiu khụi phc 6.4 K thut nộn MP-MLQ &ACELP G723.1 (Multi Pulse Maximum Likelihood Quantization ACELP) Khuyn ngh G723.1 a mt b mó húa tiờu chun dựng nộn tớn hiu ting núi hoc cỏc tớn hiu audio khỏc ca cỏc dch v a phng tin ti tc rt thp, ging vi phn tiờu chun ca h H323 67 V tc bit : B mó húa ny cú tc bit 5,3 kbps v 6,3 kbps B mó húa cú tc bit cao hn s cú cht lng cao hn B mó húa cú tc bit thp hn em li cht lng tt v cng thờm tớnh linh hot, cung cp cho cỏc nh thit k h thng B mó húa v gii mó bt buc phi cú c hai tc bit ny Chỳng cú th chuyn mch c gia hai tc bit ti bt k ng biờn gii no ú ca khung Khi tớn hiu l phi thoi thỡ cú th la chn mt tc bit bin thiờn v truyn khụng liờn tc v iu khin nhng khong trng Tớn hiu u vo cú th ca b mó húa ny ti u húa tớn hiu ting núi vi cht lng cao ti cỏc tc bit ó núi trờn vi mt hn ch v phc B mó húa ny dựng mó húa ting núi v cỏc tớn hiu audio khỏc vi cỏc khung dựng k thut mó húa phõn tớch bng tng hp d bỏo tuyn tớnh Tớn hiu kớch thớch i vi b mó húa tc bit cao hn l lng t húa ỳng cc i a xung (MP-MLQ) v i vi b mó húa cú tc bit thp hn ,l d oỏn tuyn tớnh kớch thớch mó i s (ACELP) Kớch thớch khung l 30ms, cng thờm 7,5 ms look-ahead, to tr x lý thut toỏn tng cng l 37,5 ms Ton b tr thờm vo b mó húa l tng ca :tr x lý, tr truyn dn trờn cỏc ng truyn thụng tin v tr m ca cỏc giao thc ghộp kờnh 6.4.1 Nguyờn lý ca b nộn G723.1 Tớn hiu PCM 64 kbps u vo (theo lut A hoc ) b mó húa ny, c ly mu tn s 8kHz, sau ú qua b chuyn i thnh tớn hiu PCM n 16 bit a ti u vo b mó húa Tớn hiu u b gii mó s c chuyn i thnh tớn hiu PCM (theo lut A hoc ) theo ỳng tớn hiu u vo Cỏc c tớnh u vo/u khỏc, ging nh ca tớn hiu PCM 64 kbps (theo khuyn ngh ITU-G711) ,s c chuyn i thnh tớn hiu PCM u 16 bit ti u vo b mó húa, hoc tớn hiu PCM u 16 bit s c chuyn i thnh tớn hiu PCM theo ỳng quy nh tớn hiu vo b gii mó s c trỡnh by chi tit sau B mó húa da trờn nguyờn lý b mó húa phõn tớch bng tng hp d oỏn tuyn tớnh v c gng cc tiu húa sai s cú tớnh trng s th cm B mó húa c 68 thc hin theo tng khung 240 mu iu ny tng ng vi chu k khung l 30 ms v tn s ly mu l 8kHz Ti mi khi, u tiờn tớn hiu c a qua cỏc b lc thụng cao loi b thnh phn tớn hiu mt chiu DC v sau ú c chia thnh khung Vi mi khung s dng tớn hiu u vo cha x lý tớnh toỏn b lc mó húa tuyn tớnh d bỏo tuyn tớnh bc 10 (LPC).B lc LPC ca khung cui cựng s c lng t húa Vector phõn chia d bỏo (PSVQ) Cỏc h s LPC cha c lng t s c dựng khụi phc b lc trng s th cm ngn hn.Vi mi hai phõn khung (120 mu ), s s dng ting núi trng s tớnh toỏn chu k lờn ging ting núi mch vũng kớn LOL Chu k lờn ging ting núi c tớnh khong t 18 n 142 mu Sau ú tớn hiu ting núi s c x lý theo tng phõn khung c bn 60 mu S dng ỏnh giỏ chu k lờn ging ca ting núi trc khụi phc b lc dng n ba Phn ng xung c to bi vic u ni b lc t hp LPC, b lc cú tớnh trng s th cm formant v b lc dng õm ba Ngi ta s dng phn ng xung ny cho cỏc phộp tớnh k tip sau B d oỏn chu k lờn ging mch vũng kớn c tớnh toỏn bng cỏch s dng ỏnh giỏ chu k lờn ging, LOL ,v phn ng xung Ngi ta s dng b d oỏn lờn ging bc Chu k lờn ging s c tớnh l gn ỳng giỏ tr vi sai nh ca ỏnh giỏ lờn ging mch vũng h Thnh phn thờm vo b d oỏn lờn ging sau ú s c loi b vector ban u C hai giỏ tr chu k lờn ging v giỏ tr vi sai ca nú s c truyn v phớa b gii mó Cui cựng, cỏc thnh phn khụng c d oỏn ca tớn hiu kớch thớch s c ly gn ỳng i vi b mó húa cú tc bit cao, ngi ta s dng giỏ tr kớch thớch lng t húa gn ỳng cc i a xung (MP-MLQ) v i vi b mó húa cú tc bit thp, ngi ta s dng giỏ tr kớch thớch mó i s (ACELP) 6.4.2 Nguyờn lý b gii nộn G723.1 B gii mó c thc hin trờn nguyờn lý c bn tng khung u tiờn cỏc ch s ca LPC s c gii mó, sau ú b gii mó s khụi phc b lc tng hp LPC.i vi mi phõn khung, c hai giỏ tr kớch thớch bng mó c nh v giỏ tr 69 bng mó thớch ng s c gii mó v a ti u vo b lc t hp LPC B lc sõu thớch ng bao gm formant v b lc sõu lờn ging phớa sau-phớa trc (forward-backward) Tớn hiu kớch thớch s c a ti u vo b lc sõu lờn ging, u b lc sõu lờn ging c a ti u vo b lc tng hp v u b lc tng hp s c a ti u vo b lc sõu formant 6.5 K thut nộn GSM 06.10 u vo b nộn GSM 06.10 bao gm cỏc khung 160 mu cỏc tớn hiu PCM tuyn tớnh ly mu ti tn s 8KHz Chu k mi khung l 20ms, khong chu k mụn i vi nhng ngi cú ging núi cc thp v khong 10 chu k mụn i vi nhng ngi cú ging núi rt cao õy l khong thi gian rt ngn v khong ny súng ting núi khụng thay i nhiu lm tr truyn dn thụng tin c tớnh bng tng thi gian x lý kớch thc khung ca thut toỏn B mó húa thc hin nộn mt khung tớn hiu u vo 160 mu (20ms) vo mt khung 260 bit Nh vy 1s nú s thc hin nộn c (tng ng 1625 byte) Do vy nộn 1Mbyte tớn hiu ch cn mt thi gian cha y 10 phỳt Trung tõm ca quỏ trỡnh x lý tớn hiu l b lc u b lc ph thuc rt nhiu vo giỏ tr u vo n ca nú Khi cú mt dóy cỏc giỏ tr a qua b lc thỡ dóy tớn hiu ny s c dựng kớch thớch b lc Dng ca b nộn GSM 06.10 dựng nộn tớn hiu ting núi bao gm hai b lc v mt giỏ tr kớch thớch ban u B lc ngn hn d bỏo tuyn tớnh, c t ti tng u tiờn ca quỏ trỡnh nộn v ti tng cui cựng sut quỏ trỡnh gii nộn, c gi s tuõn theo quy lut õm ca mi v c quan phỏt Nú c kớch thớch bi u ca b lc d bỏo di hn (LTP) 70 CHNG 7: PHNG PHP M HểA AMBE/IMBE TRONG B VOCODER 7.1 Tng quan Thut toỏn nộn thoi IMBE (Improved Multi-Band Excitation) v AMBE (Advanced Multi- Band Excitation) thng s dng cỏc h thng nộn thoi tc thp Cụng ngh da trờn MBE cung cp cht lng thoi tt hn, v cn bn li ũi hi ớt hn MIPS v ớt b nh hn cỏc mó húa khỏc Thờm vo ú, nhng mó húa thoi c thit k quan tõm c hai nhiu nn v li kờnh Mó húa thoi IMBE v AMBE c la chn cho nhiu chun giao tip di ng quc t, bao gm cỏc chun thụng tin v tinh, h thng thoi trờn khụng thng mi v súng vụ tuyn di ng s Chỳng cng c s dng rng rói nhiu ng dng khỏc nh bo mt thụng tin, lu tr thoi v hi ngh video (Video Conference) Nhng h thng s dng IMBE v AMBE cú th cung cp s thc hin cao nht ca bt k mó húa thoi no Vớ d, nm 1992 mó húa thoi bn ln thi gian thc 7.2 kbits/sec c ỏnh giỏ bi TIA (Telecommunications Industry Association) mc ớch la chn mt mó húa thoi cho d ỏn APCO Mó húa thoi 7.2 kbits/sec ca DVSI gm 4.4 kbits/sec ca mó húa thoi v 2.8 kbits/sec ca mó sa li sai Thờm vo ú, tham gia thờm l VSELP, STC v CELP Ngoi vic ci thin cht lng tớn hiu thoi tt hn, mó húa thoi IMBE cũn biu hin nhng u im khỏc mt cỏch ỏng k nh l n gin húa vic tớnh toỏn Da trờn kt qu kim th n tng ny, mó húa thoi IMBe ó c la chn bi TIA nh l chun mó thoi cho d ỏn APCO 25 ca h Hin nay, k thut ny ó tr thnh chun ca nhiu h thng thụng tin trờn th gii 71 7.2 K thut MBE Mt nhng nhõn t chớnh m gúp phn vo s thnh cụng ca mó húa thoi kiu IMBE v AMBE l chỳng s dng k thut khỏc v c bn so vi cỏc mó húa chun K thut l kt qu t nhiờn ca cụng vic bt u Hc vin k thut Massachusetts u nm 1980 Thnh cụng ca cụng vic ny l ó phỏt trin mt mụ hỡnh thoi mnh tt hn cỏc mụ hỡnh thoi d oỏn tuyn tớnh ó c s dng cỏc mụ hỡnh thoi truyn thng Kt qu ca cụng vic ny chớnh l mụ hỡnh thoi a bng (MBE) Mụ hỡnh thoi ny cung cp mt framework mó húa thoi nht to s lng cỏc u im hn d oỏn tuyn tớnh da trờn mó húa thoi nh CELP, RELP, VSELP, LPC 10 Hu ht mó húa thoi CELP to s xỏc nh n nh liu mi on thoi l tớn hiu cú tun hon (voiced) hay l nhiu (unvoiced) Phn d c chia nh thnh cỏc phn nh hoc cỏc vector v sau ú tỡm codebook tỡm code vector m phự hp nht Mt cỏch ỏng tic, vic tỡm kim mt codebook kớch thc va phi l mt cụng vic phc tp.Hn na, mt codebook c th c thit k hnh mt tc d liu c nh v khụng d dng chuyn sang tc d liu khỏc Mó húa thoi IMBE v AMBE khụng cú nhng ny bi vỡ chỳng khụng da trờn d oỏn tuyn tớnh Thay vo ú, chỳng s dng mụ hỡnh thoi kớch thớch a bng cung cp thoi cht lng cao m khụng cn tớn hiu d V nú s gi cho ting núi cú tớnh d hiu v s t nhiờn mc thp 2.4kbits/sec Thờm vo ú, mó húa MBE khụng yờu cu s dng codebook Do ú, h thng IMBE ũi hi ớt tớnh toỏn hn CELP hay VSELP Cui cựng, mó húa thoi IMBE v AMBE cú th d dng a bt k d no ti tc trờn 2.4kbits/sec 72 CHNG 8: KT QU Mễ PHNG MT S CHUN Sau quỏ trỡnh nghiờn cu lý thuyt v x lý tớn hiu thoi cng nh cỏc chun mó húa c ng dng cỏc b Vocoder, tụi ó thc hin mt s mụ phng Matlab qua ú nhm ỏnh giỏ cht lng tớn hiu thoi thu c, qua ú xut mt s phng ỏn ci tin 8.1 LPC Vocoder LPC vocoder b mó húa d bỏo tuyn tớnh cú kh nng thc hin c ti tc bits thp c 2kbps Kt qu mụ phng cho thy tớn hiu thu c gn ging nh tớn hiu gc nhng hi rố Ta cú th thay i mt s thụng s nh Frame Overload, Window cú cht lng tớn hiu thoi c ci thin hn a/ 73 b/ Hỡnh 8.1 Mụ phng LPC Vocoder a/ Hin th y b/Hin th tớn hiu nguyờn thy v tớn hiu tỏi to 8.2 G729 Vocoder Trờn mụi trng Matlab 7.5 thc hin mụ phng G729 Vocoder Quỏ trỡnh thc hin nh sau : - mó húa ,chy G729code.m folder G729code Kt qu c ghi vo file coding.bit - gii mó, copy file coding.bit vo folder G729decode Chy main.m G729decode Kt qu file tỏi to ghi vo file syn_speech So sỏnh file tỏi to vi file nguyờn thy : thỡ nghe v nhn bit c Tuy nhiờn file tỏi to hi nhiu v ting hn file gc 74 Hỡnh 8.2 Tớn hiu nguyờn thy (file s1.wav) 75 Hỡnh 8.3 Tớn hiu tỏi to (file syn_speech.wav) 76 KT LUN Hin nay, x lý tớn hiu thoi cú rt nhiu ng dng cuc sng, cng nh thụng tin liờn lc c bit vic x lý s tớn hiu cú ng dng rt quan trng cụng ngh VoIP, tit kim bng thụng v truyn ti tớn hiu chớnh xỏc Phm vi nghiờn cu lnh vc ny l rt rng v thỳ v Thụng qua vic nghiờn cu ti ny thi gian lm lun va qua, tụi ó hc hi v tỡm hiu c rt nhiu kin thc b ớch Qua ú, hiu c rừ hn v cỏc phng phỏp mó húa tớn hiu thoi, phng phỏp d oỏn tuyn tớnh cng nh cỏc chun hin ang s dng cụng ngh Vocoder: AMBE/IMBE, CELP/ACELP, MELP/MELPeng thi cng thc hin mụ phng c mt s b mó húa thoi Tuy nhiờn thi gian nghiờn cu cú hn nờn tụi cng cha xut c nhng ci tin v nhng phng phỏp mó húa thoi cỏc b Vocoder õy cng chớnh l hng nghiờn cu ca tụi sau ny Tụi s nghiờn cu thờm cú nhng tỏc ng lm cho tớn hiu thoi thu c cú cht lng cao hn Nghiờn cu thờm v cỏch thay i cỏc kiu tớn hiu u vo (cỏc kiu ging núi) cng nh cỏc loi nhiu qua ú cú th ỏnh giỏ tớn hiu u vo cú vai trũ quyt nh nh th no vi tớn hiu thoi u Cui cựng, tụi xin cỏm n thy giỏo TS Nguyn Hu Trung v cỏc thy cụ giỏo khoa in T -Vin Thụng trng i Hc Bỏch Khoa H Ni ó ch bo v giỳp tụi hon thnh tt ti lun ny Rt mong nhn c s gúp ý ca cỏc thy cụ tụi cú th hon thnh tt nghiờn cu ny 77 TI LIU THAM KHO Atlanta Signal Processors, Inc , MELP Vocoder Algorithm D.W.Griffin (1984), A Speech Spectral Analysis/Synthesis System, pp.5.1.15.1.2 Jason Woodard, Voice and Audio Compression for Wireless Communnications John R.Deller, John H.L Hansen, John G.Proakis, Discrete (1999), Time Processing of Speech Signals Lajos Hanzo, F Clare Somervillie, Jason Woodard (2007), Voice and Audio Compression for Wireless Communication Robert Rudolph, Eddie Yu , IMBE and AMBE Speech Compression Swaminathan, Kumar (1986) Analysis and demonstration of the quantile vocoder PGS.TS Nguyn Quc Trung (NXB KHKT, 2004), X lý tớn hiu v lc s TS Nguyn Thanh Bỡnh, Th.s Vừ Nguyn Quc Bo (2007), X lý õm thanh, hỡnh nh 10 http://www.mathworks.com/matlabcentral 11 http://www.gaoresearch.com/products/speechsoftware 12 http://www.edaboard.com 78 ... Chương – PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA MELP/MELPe TRONG BỘ VOCODER 38 5.1 Mô tả tổng quan 38 5.2 Thuật toán Vocoder MELP/MELPe 39 5.2.1 Khối nén tiếng nói 41 5.2.2 Khối giải mã 48 Chương – PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA... Lượng tử hóa 20 2.2.3 Mã hóa 20 2.2.4 Nén giọng nói 20 2.3 Các tiêu chí đánh giá 20 2.3.1 Các tiêu chuẩn đánh giá Codec 20 2.3.2 Chỉ tiêu đánh giá thuật toán mã hóa 21 Chương – CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ... G723.1 70 Chương – PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA AMBE/IMBE TRONG BỘ VOCODER 71 7.1 Tổng quan 71 7.2 Kỹ thuật MBE 72 Chương – KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MỘT SỐ CHUẨN 73 8.1 LPC Vocoder 73 8.2 G729 Vocoder 74 KẾT LUẬN