Báo cáo khoa học: "mã tín hiệu điện thoại"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mã hoá PCM truyền thống tốc độ bít là 64Kbps là ph-ơng pháp mã hoá đ-ợc sử dụng từ lâu, đây là ph-ơng pháp có chất l-ợng mã hoá cao song băng tần truyền dẫn lại lớn. Mã hoá tham số nguồn hiện nay đã đến giai đoạn hoàn thiện về mặt kỹ thuật với tốc độ bit rất thấp khoảng từ 4 đến13 Kbps đã và đang ứng dụng cho các dịch vụ viễn thông hiện đại nh- VoIP, thông tin di động, đIện thoại internet, iPAS ... ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "mã tín hiệu điện thoại"

m· tÝn hiÖu ®iÖn tho¹i KS. ®µo thanh to¶n Bé m«n Kü thuËt §iÖn tö - §H GTVT Tãm t¾t: M· ho¸ PCM truyÒn thèng tèc ®é bÝt lμ 64Kbps lμ ph−¬ng ph¸p m· ho¸ ®−îc sö dông tõ l©u, ®©y lμ ph−¬ng ph¸p cã chÊt l−îng m· ho¸ cao song b¨ng tÇn truyÒn dÉn l¹i lín. M· ho¸ tham sè nguån hiÖn nay ®· ®Õn giai ®o¹n hoμn thiÖn vÒ mÆt kü thuËt víi tèc ®é bit rÊt thÊp kho¶ng tõ 4 ®Õn13 Kbps ®· vμ ®ang øng dông cho c¸c dÞch vô viÔn th«ng hiÖn ®¹i nh− VoIP, th«ng tin di ®éng, ®IÖn tho¹i internet, iPAS ... Bμi b¸o nghiªn cøu nguyªn lý cña m· ho¸ tham sè nguån dùa trªn tÝnh chÊt cña tÝn hiÖu tiÕng nãi vμ ph−¬ng ph¸p l−îng tö ho¸ vector. Summary: The conventional coding method PCM - 64 Kbps has long been in use. It has high coding quality but its transmission bandwidth is great. The source parameter vocoder is perfect in terms of technology with very low bit speed of 4 to 13 Kbps, which is being applied in advanced telecoms services, such as VoIP, mobile information, Internet Telephony, iPAS… The newspaper presents the principles of source parameter coding based on characteristics of voice signal and vector quantification method. - TÝnh chÊt quan träng nhÊt mµ tÊt c¶ c¸c 1. M« h×nh c¬ quan ph¸t ©m vμ c¸c bé m· ho¸ khai th¸c ®ã lµ tÝnh chÊt d¶i tÇn h¹n chÕ:16 Hz - 20 kHz [1]. Mét ®é tÝnh chÊt cña tÝn hiÖu tiÕng nãi réng d¶i tÇn giíi h¹n cã nghÜa lµ nã cã Qu¸ tr×nh ph¸t ©m ®−îc m« h×nh ho¸ lµ mét thÓ ®−îc rêi r¹c ho¸ vÒ mÆt thêi gian víi m¹ch céng h−ëng cã tÇn sè céng h−ëng kh¸c mét tèc ®é giíi h¹n vµ ®−îc kh«i phôc l¹i nhau, ®−îc kÝch thÝch b»ng chuçi xung tuÇn hoµn hoµn toµn ®Çy ®ñ tõ c¸c mÉu cña nã víi hay nguån nhiÔu ngÉu nhiªn (h×nh 1). ®iÒu kiÖn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn lÊy mÉu Nyquiet, ¸p dông cho ph−¬ng ph¸p m· Hµm truyÒn m¹ch läc: ho¸ vïng thêi gian (PCM, ADPCM…). G (1) H(z) = - TÝnh chÊt th−êng dïng nhÊt lµ sù ph©n p 1 − ∑ ak z −k bè x¸c suÊt kh«ng ®Òu cña biªn ®é tiÕng k =1 nãi, cã sù tù t−¬ng quan gi÷a c¸c mÉu G - tham sè khuÕch ®¹i cña bé läc; liªn tiÕp, b¶n chÊt kh«ng ph¼ng cña phæ tÝn hiÖu tiÕng nãi sù tån t¹i cña c¸c thµnh ak - c¸c tham sè cña bé läc; phÇn ©m kªu (voiced) vµ ©m kh«ng kªu P - bËc cña bé läc th«ng th−êng gi¸ trÞ nµy lµ (unvoiced) vµ tÝnh chÊt tùa tuÇn hoµn cña 10 (GSM, LD-CELP). Bé läc nµy cßn cã tªn lµ bé c¸c tÝn hiÖu tiÕng nãi, ¸p dông cho läc dù ®o¸n tuyÕn tÝnh LPC[1,3]. ph−¬ng ph¸p m· ho¸ tham sè nguån (CELP) [1], [2]. TÝn hiÖu tiÕng nãi cã mét sè tÝnh chÊt cã thÓ khai th¸c ®−îc khi tiÕn hµnh m· ho¸ tÝn hiÖu nh− Ph©n tÝch b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh ph¸t ©m sau: kh«ng nh÷ng gióp cho viÖc m· ho¸ tÝn hiÖu tiÕng nãi mµ cßn ®ãng vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh tæng hîp tiÕng nãi, vµ nhËn d¹ng tiÕng nãi.
C¶ ba lÜnh vùc c«ng nghÖ nµy ®ang ®−îc c¸c nhµ nhiÒu vµo ng−êi nãi, vµ c¸c bé vi xö lý ph¶I cã khoa häc rÊt quan t©m. tèc ®é th× míi thùc hiÖn ®−îc, kü thuËt m· ho¸ vÉn ®ang trong qu¸ tr×nh hoµn thiÖn. C¬ vßng Bøc x¹ MiÖng r¨ng Qóa tr×nh ph¸t ©m Buång céng h−ëng Thanh qu¶n Nguån kh«ng ©m Nguån nhiÔu Loa ngÉu nhiªn KhuÕch Céng h−ëng ®¹i: G Bé dao ®éng tÝch tho¸t M« pháng qu¸ tr×nh ph¸p ©m Nguån ©m §Þa chØ ®−îc sè ho¸ vµ truyÒn ®i H×nh 1. M« h×nh c¬ quan ph¸t ©m vμ mét mÉu ©m thanh: "A" giai ®o¹n kÕt thóc ©m thu ®−îc tõ ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu cña t¸c gi¶. 2. Ph©n lo¹i 3. Ph−¬ng ph¸p m· ho¸ tham sè nguån Bé m· ho¸ tiÕng nãi ®−îc ph©n thµnh hai C¸c hÖ thèng xö lý tÝn hiÖu tiÕng nãi nãi lo¹i lín: bé m· ho¸ d¹ng sãng vµ bé m· ho¸ chung gåm c¸c qu¸ tr×nh chÝnh: tham sè nguån. Sè ho¸ -> xö lý tÝn hiÖu sè -> bit truyÒn Bé m· ho¸ d¹ng sãng nh»m t¹o ra d¹ng Ph−¬ng ph¸p l−îng tö ho¸ truyÒn thèng nh− sãng thêi gian cña tÝn hiÖu tiÕng nãi cµng gièng PCM: rêi r¹c ho¸ víi tÇn sè 8 kHz, sau ®ã l−îng víi tÝn hiÖu ban ®Çu cµng tèt nh− PCM (®iÒu chÕ tö víi mçi mÉu 8 bit theo c¸c luËt nÐn gi·n A hay xung m·), ADPCM (PCM vi sai thÝch nghi...), μ.. chóng ®−îc thiÕt kÕ ®éc lËp víi nguån tÝn hiÖu (cã Cßn m· ho¸ tham sè nguån, c¸c bé m· ho¸ nghÜa lµ cã thÓ ¸p dông cho c¶ lo¹i tÝn hiÖu kh¸c) vµ gi¶i m· cã cïng chung mét quyÓn s¸ch m· nªn chÊt l−îng kh«ng phô thuéc nhiÒu vµo nguån (codebook) ®· x¸c ®Þnh tr−íc, ®−îc ®¸nh chØ sè tÝn hiÖu. −u ®iÓm lµ chÊt l−îng æn ®Þnh víi ph¹m (gièng nh− cã mét quyÓn tõ ®iÓn) ch÷a th«ng tin vi réng cña c¸c ®Æc tr−ng tiÕng nãi vµ c¸c m«i ®¬n vÞ gäi lµ c¸c vector, mét vector bao gåm: tÝn tr−êng cã ®é ån kh¸c nhau. Tuy nhiªn b¨ng tÇn hiÖu ngÉu nhiªn (nhiÔu tr¾ng) (unvoiced), chuçi truyÒn dÉn l¹i lín, cho nªn sÏ kh«ng kh¶ thi trong xung (voiced), th«ng tin vÒ cao ®é cña ©m (pitch), m«i tr−êng m¹ng viÔn th«ng cã giíi h¹n vÒ b¨ng th«ng tin vÒ c¸c tham sè bé läc (tham sè ai), tÇn. th«ng tin vÒ biªn ®é (G) c¸c th«ng tin nµy cã Ph−¬ng ph¸p m· ho¸ tham sè nguån: ®©y lµ ®−îc lµ nhê qu¸ tr×nh luyÖn tËp, thèng kª víi ph−¬ng ph¸p m· ho¸ dùa trªn b¶n chÊt cña tÝn nhiÒu ng−êi vµ nhiÒu ng«n ng÷ kh¸c nhau, vector hiÖu tiÕng nãi, c¸c ph−¬ng ph¸p hay dïng: gièng nh− mét tõ trong quyÓn tõ ®iÓn [4], [5]. LD-CELP, CS-ACELP, Q-CELP. Nh×n chung c¸c Trong mçi kho¶ng l−îng tö ho¸, bé m· ho¸ ph−¬ng ph¸p nµy ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ vÒ mÆt b¨ng t×m trong sæ m· (codebook) cña nã mét m·, mµ tÇn tuy nhiªn chÊt l−îng cña chóng phô thuéc m· nµy cho c¶m nhËn tèt nhÊt hoµ hîp víi ©m
thanh, khi dïng nh− mét bé kÝch thÝch ®Çu vµo qu¸ tr×nh trªn lÆp ®i lÆp l¹i cho ®Õn khi: cña bé läc dù ®o¸n tuyÕn tÝnh LPC (Linear aj = Prediction Code), chØ sè sæ m· khi cã hoµ hîp tèt (Xem tiÕp trang 72) nhÊt, th× chØ sè cña vector nµy D¹ng tÝn hiÖu rêi r¹c sÏ ®−îc m· ho¸ vµ ph¸t ®i. PhÝa thu c¨n cø vµo c¸c chØ sè nµy ®Ó "lÊy" ra c¸c tham sè cña t vector t−¬ng øng vµ ®−a ®Õn bé tæng hîp ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu håi phôc (h×nh 2). C¸c ph−¬ng ph¸p m· ho¸ Mét vect¬ tham sè nguån kh¸c cã ®iÓm kh¸c chÝnh lµ ph−¬ng ph¸p t×m vector trong sæ m·. §Ó t×m c¸c §Þa chØ ®−îc gi¸ trÞ tèi −u, ta thùc hiÖn viÖc sè ho¸ vµ t×m gi¸ trÞ ®ã sao cho sai sè truyÒn ®i trung b×nh b×nh ph−¬ng MSE i (Mean Square Error) lµ nhá nhÊt (cùc tiÓu ho¸). Cã nhiÒu ®Ò xuÊt cho gi¶i thuËt t×m gi¸ trÞ tèi −u nµy nh− sö dông ph−¬ng thøc tù t−¬ng quan, ph−¬ng thøc ®ång ph−¬ng sai... tuy nhiªn ph−¬ng thøc tù t−¬ng quan víi gi¶i thuËt Levinson - Durbin hay ®−îc dïng h¬n c¶ v× nã phï hîp j víi ph−¬ng ph¸p lËp tr×nh cÊu tróc. H×nh 2. M« h×nh ho¸ cña l−îng tö ho¸ vector. a p víi j =1, ..., p Néi dung nh− sau: (8) j Ma trËn cña tham sè pháng ®o¸n tuyÕn tÝnh N R(i) = ∑ S(n)S(n − i) , t−¬ng quan cña mÉu LPC cã d¹ng: n =i ∑ a k R n (i − k ) = Rn(i) p pháng ®o¸n vµ mÉu cÇn m· ho¸. (2) k =1 KÕt qu¶ phÐp tÝnh t×m ®−îc ak cña (1). Lý do víi i = 1, ..., p b¨ng tÇn gi¶m ®−îc bëi khung thêi gian quan s¸t E0 = R(0) Khëi t¹o: (3) tÝn hiÖu cña nã th−êng tõ (10 - 30) ms, kh¸c víi PCM lµ 10-3 ms, sè bit lËp m· trung b×nh mét mÉu ⎛ ⎞ i−1 k = ⎜ R(i) − ∑ a ij−1R(i − j) ⎟ / E i−1 thÊp h¬n ph−¬ng ph¸p vïng thêi gian nhiÒu lÇn (4) ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ j =1 nh− GSM, QCELP (13 Kbps): 260/160 = 1,625 víi i = 1, ..., p bÝt/mÉu < 8bit/mÉu (PCM). a ii = ki (5) 4. Ph−¬ng ph¸p thùc hiÖn a ij−1 a ij ki a ii−1 = - (6) −j ( ) Ei = 1 − k i2 E i−1 (7)
Nh− ®· ph©n tÝch m· ho¸ tèc ®é thÊp cã øng vùc xö lý tÝn hiÖu sè trong ®ã cã tÝn hiÖu tiÕng nãi dông trong rÊt nhiÒu dÞch vô viÔn th«ng, chóng (c¸c ph−¬ng thøc ®· tr×nh bµy chØ lµ ¸p dông c¸c ®−îc chia lµm hai m¶ng lín. biÕn ®æi Furier truyÒn thèng), gãp phÇn hoµn thiÖn cho kü thuËt m· ho¸ nµy, tèc ®é m· ho¸ Víi c¸c ®Çu cuèi cña thiÕt bÞ cÇm tay, xö lý ngµy cµng thÊp h¬n vµ chÊt l−îng ngµy cµng tèt tÝn hiÖu tiÕng nãi do mét chip ®¶m nhËn, sæ m· h¬n. sÏ ®−îc n¹p vµo bé nhí chØ ®äc (ROM) cña vi xö lý, thuËt to¸n phøc t¹p vµ ý nghÜa thùc tiÔn cña truyÒn tiÕng nãi lµ thêi gian thùc cho nªn c¸c chip ph¶i ®¹t tèc ®é nµo ®ã míi thùc hiÖn ®−îc th«ng Tµi liÖu tham kh¶o th−êng kho¶ng (10 - 30) MIPS (®¬n vÞ triÖu phÐp [1]. R. W Schafer & L. R. Rabiner Digital Processing of tÝnh trªn gi©y). Speech Signals. ISBN Editor,1976. Víi c¸c hÖ thèng ®i cïng c¸c øng dông kh¸c [2]. Biing Hwang Juang. Fundamentals of Speech nh− ®å gia dông nèi m¹ng, m¸y tÝnh... tÝn hiÖu Recognition. ISBN Editor,1990. tiÕng nãi ®−îc sè ho¸ nhê c¹c ©m thanh hay thiÕt [3]. www.lab-bells.com bÞ giao tiÕp, vµ thuËt to¸n thùc hiÖn chñ yÕu b»ng [4]. www.itu-t.int phÇn mÒm dùa trªn c¸c hµm hÖ thèng cña hÖ ®iÒu hµnh nh− hÖ ®iÒu hµnh Window ®· co s½n [5]. www.eee.wasshington.edu hµm cho nÐn theo chuÈn GSM, hoÆc còng cã thÓ x©y dùng c¸c modul riªng t¹o thµnh ch−¬ng tr×nh øng dông cô thÓ. HiÖn nay trªn m¹ng cã rÊt nhiÒu c¸c mhãm lµm viÖc chuyªn vÒ xö lý tÝn hiÖu tiÕng nãi nh− Tæ chøc Freely speak, Nhãm lµm viÖc cña microsoft, nhãm lµm viÖc cña ITU-T, c¸c s¶n phÈm ®−îc dïng phæ biÕn hiÖn nay, tÊt c¶ ®Òu miÔn phÝ sö dông: Yahoo messenger (www.messenger.yahoo.com) IP telephony(www.iptelphone.com), Freelyspeak(www.freelyspeak.org). 5. KÕt luËn Víi sù ph¸t triÓn m¹nh cña c«ng nghÖ chÕ t¹o phÇn cøng xö lý tÝn hiÖu sè nãi chung vµ xö lý tÝn hiÖu tiÕng nãi riªng còng ®¹t ®−îc rÊt nhiÒu thµnh tùu, gióp cho thùc hiÖn ®−îc c¸c thuËt to¸n tinh vi phøc t¹p. KÕt qu¶ nµy kh«ng nh÷ng thùc hiÖn ®−îc cho c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®a n¨ng mµ cßn gãp phÇn quyÕt ®Þnh cho c¸c lý thuyÕt viÔn th«ng ®i vµo thùc tÕ ch¼ng h¹n nh− ®iÖn tho¹i di ®éng thÕ hÖ thø ba (3G), ®iÖn tho¹i IP ®a dÞch vô qua vÖ tinh, hÖ thèng th«ng tin truy nhËp c¸ nh©n (iPAS)... GÇn ®©y ng−êi ta cßn chó ý nhiÒu ®Õn viÖc ¸p dông kü thuËt ph©n tÝch Walets vµo lÜnh