1200 bit/ sn hızlı bir düşük bit hızlı konuşma kodlayıcı tasarımı

Abstract

1200 bit/sn HIZLI BİR DÜŞÜK BİT HIZLI KONUŞMA KODLAYICI TASARIMI (Doktora Tezi) Selma ÖZAYDIN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÖZET 4 kbit/sn altındaki bit hızlarında konuşma kodlama, telsiz ve kablolu haberleşme, uydu haberleşmesi, ve sayısal ses depolama sistemleri gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Böyle servisler, konuşma sinyalini aktarmadan yada depolamadan önce etkin olarak kodlamak için yüksek kaliteli düşük bit hızlı kodlayıcıların kullanımını gerektirirler. Böyle kodlayıcıların çoğu, doğrusal öngörülü kodlamaya (linear predictive coding-LPC) dayalı algoritmalar kullanırlar. Bu tezde, LPC algoritmasına dayalı 1.2 kbit/sn hızında kaliteli konuşma kodlama için dizayn edilmiş yeni bir konuşma sıkıştırma tekniği sunulmuştur. Bir 1.2 kbit/sn MBC (matrix based coder) kodlayıcı, C programlama dili kullanılarak tasarlanmıştır. Performans sonuçları, 2.4 kbit/sn MELP (mixed excitation linear prediction) kodlayıcı ve 2.4 kbps LPC kodlayıcı karşılaştırma için kullanılarak, sübjektif dinleme testleri ile kontrol edilmiştir. 1.2 kbit/sn MBC kodlayıcı, yukarıdaki 2.4 kbit/sn kodlama şemaları ile karşılaştırıldığında yüksek anlaşılırlık ve doğallık ile iyi kalitede ses vermektedir. Çizgi spektrum frekans (line spectral frequency-LSF) parametrelerinin kodlanmasında bit hızım azaltmak amacıyla yeni bir metot geliştirilmiştir. Bitişik pencerelerin LSF vektörleri arasındaki ilişki kullanılarak bir artık sinyal vektör bulunmuştur. Nicemleme bit hızını azaltmak için artık çok aşamalı matris nicemleme metoduna dayalı yeni bir kodlama modeli kullanılmıştır. İki bitişik pencerenin LSF parametreleri yüksek kalite etkinlik elde etmek için gruplanmış ve birlikte nicemlenmiştir. Bu metodun etkinliği ve sınırlamaları her bir dizayn edilen kod çizelgesi için izgel distorsiyon ve aykırı değer hesaplamaları yapılarak araştırılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki, R-MSMQ tekniği kullanılarak izgel distorsiyon 18 bit/pencere için 1 dB seviyelerine kadar düşmektedir. Doğrusal sınıflandırıcı metodu ve perde peryodu kodlama tablosu ile, seslilik bilgisi aktarmak için sadece 1 bit kullanılmıştır. Bilim Kodu : 0609 Anahtar Kelimeler : Sayısal konuşma kodlama, düşük bit hızı, vektör nicemleme, matris nicemleme, artık sinyal Sayfa Adedi : 200 Tez Yöneticisi : Doç.Dr. Buyurman BAYKAL

IMPLEMENTATION OF A 1200 bps LOW BIT RATE SPEECH CODING ALGORITHM (Phd. Thesis) Selma ÖZAYDIN GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY ABSTRACT Speech coding at bit rates below 4 kbps is widely used in applications such as digital wireless and wireline communications, satellite communications and digital voice storage systems. Such services require the use of high quality low bit rate coders to efficiently code the speech signal before transmission or storage. The majority of such coders employ algorithms that are based on linear predictive coding (LPC). In this thesis, we present a new speech compression technique designed for good quality speech coding at 1.2 kpbs based on the LPC algorithm. A 1.2 kbps matrix based coder (MBC) has been simulated using the C programming language. We have verified our performance results using subjective listening tests, in which 2.4 kbps MELP (mixed excitation linear prediction) coder and 2.4 kbps LPC coder has been used for comparison. 1.2 kbps MBC coder has produced good quality coded speech with a high degree of intelligibility and naturalness when compared to the coding schemes above operating at 2.4 kbps. We explore a method to decrease the bit rate of LSF (line spectral frequency) parameters coding. We found a LSF residual vector using the correlation between adjacent frame LSF vectors. A new coding model based on the residual multi stage matrix quantization (R-MSMQ) method is used to decrease the bit rate of quantization. LSF parameters of two adjacent frames are grouped and jointly quantized in order to obtain a high quality efficiency The effectiveness and limitations of this method are investigated by calculating the spectral distortion and outliers for each designed codebook. Results indicate that codebook spectral distortion can be decreased as low as 1 dB at 1 8 bits/frame with R- MSMQ technique. With using the linear discriminant voicing classification method and pitch period coding table, only 1 bit is used to code voicing information. Science code : 0609 Key Words : Digital speech coding, low bit rate, vector quantization, matrix quantization, residual signal Page number : 200 Adviser : Assoc. Prof. Buyurman BAYKAL