[发明专利]一种基于MELP的多帧联合量化低速率语音编解码方法

说明书

技术领域

本方法涉及到无线通信系统中的一种低速率语音编码方法，特别涉及一种基于混合激励线性预测编码（MELP）的多帧联合量化低速率语音编解码方法，该方法适合无线通信系统在通信条件差、背景噪声复杂的环境下占用极少的频谱资源实现语音信号的可靠传输，属于无线通信技术领域。

技术背景

随着当前无线通信业务的不断扩展和传输数据量的不断增大，未来无线通信系统要求更高的数据传输效率和传输准确率，特别是日常最基本的语音通信。然而当前无线通信频谱资源日渐紧张，通信的电磁环境日渐恶劣，无线语音通信可用信道越来越窄，低速率语音编码作为提高频谱利用率的有效解决方案应运而出。当前无线通信系统广泛地采用基于人体语音发声模型的参数编码方案如混合激励线性预测编码（MELP）、多带激励编码（MBE）、正弦变换编码（STC）和波形内插编码（WI）。四种方案均是以人体发声的数学模型为基础，通过在解码端对语音信号进行分帧处理，以帧为单位进行合成端所需关键性参数如线谱对频率（lsf）、基音周期（pitch）、增益G等的提取，然后进行矢量量化和线性量化，最后将量化结果输出，上述几种方案的差别仅仅在于编码端参数的提取和处理以及解码端语音信号重构时激励信号的构造和选择上。然而，随着当前无线语音通信数据量的不断增大、通信环境的不断恶劣和可用频谱资源的日渐紧张，现有编码方案因其编码速率多在2.4-4.8kb/s已无法满足当前的需求，如何研究设计一种有效的低速率语音编解码方案，使之在有限的信道资源下进行可靠地语音通信成为无线多媒体通信和信号处理领域的技术研究热点之一。

当前国内外的许多专家学者在现有参数编码方案的基础上，提出了进一步降低编码速率的多帧参数联合量化方案，即在解码端以对语音信号的单帧参数提取为基础，依照设定的多帧长度N将相邻的N个单帧的参数联合起来进行统一量化，以线谱对频率参数（lsf）为例，单帧信号的lsf参数为10维矢量，采取四级残差矢量量化，而多帧参数联合量化方案中则将N个单帧的lsf联合组成一个N*10维矢量，统一进行四级残差矢量量化，在解码端通过对量化码本依照量化标号的索引获取恢复后的参数，从而进行语音信号的重构。由此可见编码端对关键性参数的精细量化方案和解码端对参数的精确恢复是参数编码的重点，同时也是本发明的出发点和切入点，如何能够在保证参数量化精确度的同时有效降低传递参数的维数和量化方案的计算复杂度、编解码延时是当前低速率语音编码研究领域的热点。论文《A VARIBLE LOW BIT RATESPEECH CODER BASED ON MELP》和《A 600 BPS MELP VOCODER FOR USE ON HF CHANNELS》中提到的对于语音信号分别采取四帧和六帧的联合量化，文献《一种基于MELP的600b/s极低速率语音编码》中出现的对于语音信号在编码端采取三帧的联合量化，但参数传递时只传递首帧和末帧，解码端对于参数采取硬判决性质的帧间线性插值预测，论文《Joint OptimizationAlgorithm of Multi-parameter Codebook Size Based on Superframe Mode》中对于所有的多帧参数采取基于信号清浊状况的动态化码本量化，都在一定程度了降低编码速率，但是标准语音的主观和客观测试效果显示过多的单帧参数联合导致传递参数维数过多，参数量化过程中进行矢量量化时候所需时间较长，在编码方案延时效应上效果较差；对于多帧参数在解码端过于简单的采取硬性判决下的帧间线性预测导致参数重构失真较大，极易导致倍频信号的干扰，重构信号可懂度较差，这与参数编码以重构信号可懂度为第一目标是不相符的，而多帧信号的所有参数基于清浊情况的动态化尺寸码本量化，导致编码端在参数量化时需要准备数量过多的码本，在具体实现过程中占用存储较大，造成了参数量化的执行效率较低。因此，设计一种基于多帧参数联合量化的采用最佳权值加权的帧间线性预测、计算复杂度和量化效果兼顾优化的低速率语音编解码方案是本发明的研究内容。

发明内容

1、目的：