語音低速率編碼技術和數字水印技術的研究

2021-05-22 14:01:29 字數 2450 閱讀 4932

今天,我們無處不享受著數字通訊

系統和網路給我們帶來的便利以及數位化多**產品帶給我們的多彩的生活。數位化的觸角已深入到我們生活的各個部分。「數位化」的廣為應用是因為數碼訊號易於儲存和傳輸,沒有積累失真,數位化儲存的資訊可高品質的還原等。

在語音頻號處理

是目前國際上的乙個熱點,隨著網路的高速發展,其應用將越來越廣泛。研究數字水印具有廣闊前景。

語音壓縮編碼技術在過去幾十年裡得到了迅猛發展。一般來說,語音編碼技術可分為三大類,即波形編碼,引數編碼和混合編碼。波形編碼以重構語音波形為目的;而引數編碼是將語音頻號分段,提取表徵語音段特徵的引數,在解碼端重構乙個新的相似的聲音但波形不盡相同的語音頻號。引數編碼與波形編碼相比,其優點是編碼速率低,但其合成的語音質量差。而混合編碼演算法是結合了二者的優點,克服了各自的弱點的新一代語音演算法。

語音壓縮編碼

技術,最典型的演算法都利用了線性**,採用合成分析方法構成,這些語音編碼器能在4kb/s~16kb/s的中速率上得到高質量的合成語音,如多脈衝線性**編碼(mplpc),規則脈衝激勵線性**(rpelpc),碼本激勵線性**編碼(celp)等。80年代以來,低速率(1.2kb/s~4kb/s)的引數編碼技術也在迅速發展,提出了一些新的語音模型和方法,如混合激勵線性**(melp)聲碼器,正弦變換編碼器(stc)和多帶激勵(mbe)聲碼器。

根據不同的應用,語音編碼技術應遵循不同的語音編碼標準。目前,語音編碼標準主要有三類:長途通訊網語音編碼標準,數字蜂窩系統的語音編碼標準以及保密**語音編碼標準。

長途通訊網語音編碼標準有itu-t制定,對其演算法的要求是高質量和低時延。主要有以下幾種:

g.711標準:2023年制定的64kb/s pcm。

g.721標準:2023年制定的32kb/s adpcm。

g.728標準:2023年制定的16kb/s ld-celp。其主要特點是時延較低(小於等於5ms),且語音質量與g.721相當。

g.723標準: 2023年制定的6.3kb/s mp-mlq 和 5.3kb/s acelp。

g.729標準:2023年制定的8kb/s cs-acelp。其主要特點是固定碼本採用的是代數結構,增益量化採用的是共軛結構量化,其語音質量也與g.721相當。

由於數字蜂窩系統的可用頻寬有限,數字蜂窩系統的語音編碼標準對其演算法的要求使速率不能太高,從而對語音質量及延時的要求略寬。其主要演算法有以下幾種:

etsi-gsm全速率標準:2023年制定的13kb/s rpe-lpc。

tia is54半速率標準:2023年制定的7.95kb/s vselp。

etsi-tch-hs標準:2023年制定的5.6kb/s vselp。

tia is96標準:2023年制定的8.5,4.0,2.0,0.85kb/s qcelp。

rcr pdc全速率標準:2023年制定的6.7kb/s vselp。

rcr pdc半速率標準:2023年制定的3.45kb/s psi-celp。

窄帶保密**應用於頻寬受限通道。目前只有美國公布了所用保密**的標準。主要有:

fs-1015標準:2.4kb/s lpc。

fs-1016標準:4.8kb/s celp。

及2.4kb/s melp。

上述演算法各有其優缺點。為了使編碼器在位元率、複雜度、時延和質量上達到最佳匹配,世界各國科研人員均做了不少工作,提出了許多新的演算法。

2023年11月,mpeg(motion picture experts group)小組公布了新的活**象和音訊訊號的壓縮編碼標準:mpeg-4。制定這個標準的主要目的是為了使得使用者在不同速率的網路傳輸條件下,都能得到相應的較為滿意的影象與音訊訊號。mpeg小組在mpeg-4標準中針對不同速率的傳輸速度分別制定了不同編碼率的影象和音訊編碼標準。其中,對速率在2~6kb/s範圍的低速語音編碼採用了諧波向量激勵編碼(harmonic  vector  excitation  coding,hvxc)演算法。

hvxc屬於lpc類演算法,但在對激勵訊號進行處理時也汲取了stc類演算法的思想。其特點是對有聲段的lpc殘差訊號進行諧波編碼,而對無聲段進行向量激勵編碼。hvxc標準的核心是2kb/s速率的編碼演算法,在此基礎上,對引數提取後產生的殘差訊號再次進行引數提取和編碼,構成了4kb/s速率的演算法。同時,在2kb/s速率演算法的基礎上,通過對背景雜訊幀的低速編碼,實現了1.2~1.7kb/s速率的 語音編碼。

而在數字水印的研究方面,自從數字水印技術正式提出,其研究工作主要是在歐美一些著名大學和研究機構,如美國的mit,purdue大學,英國劍橋大學,德國erlangen_nuremberg大學,nec研究所,ibm研究所等,並取得了一定的成果。

當前,圍繞數字水印技術尚待深入研究解決的問題包括:具體應用中的水印選擇與宿主可容量估計;水印檢測差錯率估計與快速檢測演算法;包含hvs,has特性利用在內的水印系統模型;水印演算法安全性論證;水印攻擊和水印頑健性評價;多重水印鑑別;水印與密碼系統的結合;水印與信源通道編碼技術的結合;水印與印刷技術的結合;水印技術的標準化;水印應用中的第三方認證及有關法律問題等。

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