基于奇异值分解的低速率波形内插语音编码算法

波形内插(WI)语音编码模型作为当今最具潜力的低速率语音编码方案之一,因其良好的性能,越来越受到人们的重视.本文基于一种奇异值分解(SVD)的特征波形分解方法,利用语音信号的感知特性,将二维特征波形的幅度谱分成基本矩阵、过渡矩阵和补充矩阵,并采用了不同的量化方法,有效地降低了运算复杂度;另外,本文根据语音信号时变特性,将三个矩阵分为三种组合模式表示特征波形幅度谱,并引入周期因子和能量熵来衡量矩阵周期程度,解决了奇异值分解后参数难于量化的问题,提高了编码效率.主观A/B测试表明,本文提出的2.4kbps SVD-WI编码器的重建语音质量略好于2·4kbps MELP编码器.

基于非负矩阵分解的2kb/s波形内插语音编码算法

在波形内插(Waveform Interpolation,WI)语音编码器中,如何低延时、高精度并且低复杂度的分解和量化特征波形(Characteristic Waveform,CW)一直是该编码模型的研究热点和难点.本文提出用非负矩阵分解(Non-negative MatrixFactorization,NMF)方法来分解语音特征波形.该分解方法仅需要当前帧的语音信号,不会给编码器带来额外的延时;为了提高分解精度,本文在CW分解之前先对CW按照其子帧的最大基音周期进行分类,然后按不同类别进行分解.另外,本文结合耳蜗模型提出了NMF的基矢量分带初始化算法,将CW的分解精度提高到与二阶奇异值分解相当的水平;为了降低WI编码器的计算复杂度,本文去除了传统WI编码器中的特征波形对齐模块,同时将NMF的分解阶数设定为16以折中CW分解的计算复杂度和分解精度.最后,本文基于矩阵量化技术,对非负矩阵分解后的编码矩阵采用分裂式矩阵量化方案来量化.主观A/B测试表明,本文提出的2kb/s NMF-WI编码器的合成语音质量接近于2.4kb/s SVD-WI编码器.MOS分测试表明,本文提出的2kb/s NMF-WI编码器的合成语音质量稍差于2.4kb/s MELP编码器.

基于小波变换的2.4kbit/s波形内插语音编码算法

基于双正交小波滤波器组对波形内插编码中提取的特征波进行多级分解与重构,提出了一种基于小波变换(WT)的2.4kbit/s特征波形内插(CWI)语音编码算法。编码端去除了特征波对齐运算,并对幅度谱进行多级分解,相位谱不传输,鉴于小波变换对信号的压缩特性,仅传输对人耳感知起主要贡献的最后一级特征波幅度谱;解码端对各尺度空间采用单独重建的方法,相位信息在重构的末级与幅度谱结合,并由浊音度标志选择固定或随机相位。此外,根据语音信号的时变特性,由基于子帧的浊音度标志选择需要传输的幅度谱及量化模式。主观R-A/B测试表明,这种基于小波变换的2.4kbit/s编码算法的合成语音质量明显优于标准的2.4kbit/s的MELP编码器及FS1016的4.8kbit/sCELP编码器,亦优于3.8kbit/s的传统CWI编码框架下的合成语音效果。

波形内插语音编码技术回顾与展望

介绍了原型波形内插和特征波形内插算法的基本原理及其实现方法,详细描述了原型波形内插和特征形内插语音编码技术的研究进展情况,并提出了今后的研究方向。

波形内插语音编码中特征波形表达和对齐快速算法

针对波形内插编码模型中特征波形的表达和对齐算法计算复杂度较高的问题,应用快速傅里叶变换、3 次B样条插值和周期延拓等技术对特征波形表示和对齐2个模块作了相应的改进．改进后的算法是相对独立的,2个模块的复杂度从43．252×106次／s操作降到9．178×106次／s操作．实验结果表明,改进后算法复杂度大幅下降,大大减少了编码器的计算负载,并保持了原有编码器的合成语音质量．

一种特征波提取速率自适应的波形内插语音编码方案

该文提出了一种特征波形提取速率自适应于输入语音帧特性的波形内插编码方案。基于双加权长时预测增益最大原则并利用前向基音判决实现了较为可靠的基音周期估计算法,用基音周期、浊音度和波表面平坦度决定波形提取速率以及SEW(Slowly Evolving Waveform)和REW(Rapidly Evolving Waveform)的更新速率。实验证明,该文提出的波形内插(WI)编码算法相比固定波形提取速率的WI算法在平均码率和计算复杂度上均有一定程度的降低,且合成语音质量明显优于4.8kbps的CELP语音编码算法。

基于特征波形内插与频带扩展技术的低速率宽带语音编码器

考察了特征波形内插(CWI)算法对于宽带语音编码的扩展能力.分析宽带特征波序列的性质表明,直接使用传统的特征波形内插算法并不适于增强宽带语音的编码效率及对计算复杂度的兼顾,可引入频带扩展(BWE)技术单独处理高频段.宽带语音的高、低频分别由特征波形内插编码和频带扩展算法恢复,由此形成了5.15 kbit/s的低速率宽带语音编码器,增强了语音真实感、辅音的辨析度及对话者的识别度,宽带语音编码质量接近AMR-WB的6.6 kbit/s结果.

自适应后滤波技术在波形内插编码算法中的应用

本文将自适应后滤波技术引入3kbps特征波形内插语音编码算法中,在解码端级联短时后滤波、频谱倾斜补偿、长时后滤波及自动增益控制四个模块。通过理论分析及主观听音测试来合理设置滤波系数,使其随着语音帧的特性自适应改变。经后滤波处理的输出语音信号频谱在共振峰及谐波处频率成分得到加强,而谱谷值处噪声被削弱,同时保证了滤波前后的信号能量基本保持不变,且不引入频谱倾斜。实验结果表明,本文的3kbps波形内插编码器合成语音经过自适应后滤波处理后量化噪声明显减少,语音质量得到改善。

基于提升小波分解的低速率波形内插语音编码算法

提出了一种基于双正交提升小波变换(bi-orthogonal lifting wavelet transform,BLWT)的低速率特征波形内插语音编码方法,其中的特征波形分解算法不需要复杂的特征波形对齐操作和滤波器的卷积运算,其固有的原位运算降低了传统特征波形小波分解算法所需的内存,当前帧边界点替代相邻帧样点的措施有效减少了传统特征波形小波分解算法的时延.同时,该分解方法对分解后的各成分单独重建,并根据人耳的感知特性选择量化参数.基于该分解,分别构建了1.84 kb/s和2.32 kb/s两种速率的BLWT-CWI(characteristic waveform interpo-lation)语音编码器.主观平均意见得分(mean opinin score,MOS)结果表明,2.32 kb/s的BLWT-CWI语音编码质量与2.4 kb/s的MELP声码器相当,1.84 kb/s的BLWT-CWI语音编码质量稍逊于2.4 kb/s的MELP声码器.主观A/B听力测试结果表明,1.84 kb/s的BLWT-CWI语音编码质量优于2 kb/s的LIWI(low-complex improvedwaveform interpolation)声码器.

基于离散余弦变换的波形内插语音编码算法

针对波形内插(Waveform Interpolation,WI)语音编码的特征波形分解问题,本文首先提出了基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)的特征波形分解方法,避免了复杂的特征波形对齐运算;其次,针对WI的相位重建问题,提出了清/浊音相位判决和浊音相位分类的方法,提高了重建语音质量;最后,分别构建了速率为2.0kbps和1.6kbps的DCT-WI声码器.主观MOS分表明,2.0kbps的DCT-WI声码器质量优于2.4kbps MELP声码器,1.6kbps的DCT-WI声码器亦取得了良好的听觉效果.

一种新的2kbit/s波形内插语音编码器

基于传统的波形内插语音编码模型,提出了一种新的2kbit/s语音编码方案。该方案在编码端去除了传统方法中复杂的对齐运算,在译码端用三次B样条插值取代传统的线性插值。慢渐变波形只量化低频分量,而快渐变波形用正交多项式拟合,并采用合成-分析技术对其进行矢量量化。DRT测试结果表明,该2kbit/s语音编码方法能获得高可懂度的重建语音。

基于非负矩阵分解的1kbit/s波形内插语音编码算法

为了进一步降低编码速率,提出了一种基于非负矩阵分解的1kbit/s波形内插语音编码算法.该算法对特征波表面的幅度矩阵进行非负矩阵分解,以获得局部特征矩阵,并对该局部特征矩阵进行约束和改进,使优化后局部特征更加突出.对应的基矢量进一步稀疏,从而有利于对权矢量的量化,以实现对特征波表面的高效编码.该算法同时加入清浊音标志,对特征波表面的相位谱进行估计,以更好地提高合成语音质量.实验表明,该算法能够在1kbit/s的低编码速率条件下,获得与1.2kbit/s混合激励线性预测语音编码算法相近的合成语音质量,取得了较好的效果.

基于多带的2.4kbit/s波形内插算法

由于传统特征波形内插语音编码算法对特征波形相位信息的忽略,以及对特征波形的整体对齐,往往造成语音高频谐波分量丢失,从而导致语音的噪声感。为了提高合成语音的质量,该文引入语音多带清浊音标志,并以此为依据对波形内插编码模型中的慢渐变波形和快渐变波形的相位谱进行估计,在语音合成时则对特征波形采取部分对齐的方法,最后提出了一种基于多带的2.4kbit/s特征波形内插算法。与传统算法相比,新算法明显提高了语音的清晰度。与标准2.4kbit/sMELP算法相比,该算法合成语音质量亦略显优势。

一种浊音语音原型波形内插算法

浊音语音可以看作是慢变化的基音周期波形的连接。文中介绍的原波形内插算法利用了浊音语音的周期性,每隔20～30ms提取一单个的基音周期波形,然后在更新点处进行内插重建语音信号。用此方法进行语音编码可大大降低编码率。

基音同步特征波形内插语音编码算法

研究了在特征波形语音编码算法中的特征波形分解算法，提出了一种基于基音同步的特征波形内插语音编码算法。特征波形的量化采用变维矢量量化（VDVQ）。通过实现的2．4kb／s的语音质量表明，这种语音压缩算法在低码率时能得到高通信质量的重建语音。

一种有效的典型波形块内插方法

本文将基音周期波形(PCW)在时间方向上逐个相位对齐,提出了一种新的线性预测残差(LPR)域典型波形(PW)提取和块内插方法。该方法可以避免内插后的PCW分界处的不连续而引起的听觉上的失真,同时也使得PW分界的选择不至于太严格。借助于这种PW提取和块内插方法,本文实现了一种2.4 kb/s线性预测编码方案,计算机模拟结果表明,该方案得到的重建语音与4.8 kb/s码激励线性预测算法接近。

基于多分辨率分析的特征波形分解与重构算法

基于多分辨分析的思想,用双正交小波滤波器组对波形内插编码中提取的特征波进行多级分解和重构。二维特征波表面被分解为一系列时间分辨率递减的波平面,可以利用人耳对缓变和快变成分的感知重要性不同对各层的特征波形幅度谱进行不同精度的量化,相对于传统的低通滤波波形分解过程能够更好地对特征波序列进行多尺度的描述,有利于增强编码效果。借助基于时域设计的最小相位滤波器对特征波平面进行多级分解与重构,解决了用小波变换方法产生较大延迟的问题,有利于实时编码。

基于SVD的低复杂度语音特征波形分解方法

WI编码器中特征波形(CW-Characteristic Waveform)的分解与量化一直是该编码器研究的热点问题.传统的WI编码器将残差信号表示为渐变的特征波形,然后通过线性相位非因果FIR低通滤波器把CW分解为慢渐变波形和快渐变波形,分别表示语音的准周期成分和类噪声成分.这种分解方法不仅不能完全去除SEW与REW之间的相关性,而且还增加了额外一帧的延时,本文通过对现有的基于奇异值分解(SVD-Singular Value Decomposition)的特征波形分解方法的研究,深入剖析了CW奇异值分解后U、∑和V的物理意义,并提出一种有效降低SVD复杂度的算法.

语音特征波形的分解与量化

波形内插语音编码模型作为当今最具潜力的低速率语音编码方案之一,因其良好的性能,越来越受到人们的重视。基于波形内插(WI)语音编码算法,全面总结和分析了现存的特征波形分解和量化的方法,这将为该领域的研究人员提供重要的参考。

语音压缩编码技术研究进展

为了满足数字通信及其它商业应用的需求,语音压缩编码技术得到了迅速发展。介绍了目前语音压缩编码技术的研究进展,主要包括连续可变斜率增量调制(CVSD)、小波分析、多脉冲激励线性预测编码、散布脉冲码激励线性预测(DP-CELP)、多重脉冲散布非均匀代数码本激励线性预测(MPD-USACELP)、波形内插(WI)、线谱对(频率)(LSP)的量化。对以上算法进行了分析比较,总结了它们的特点和适用范围,并介绍了其中一些算法在DSP上的实时实现。