Введение к работе
Актуальность темы. Развитие различных сфер прикладного использования алгоритмов цифровой обработки речи породило ряд проблем, решение которых во многом определяет успешное развитие потребительской сферы. К числу подобных 'проблем можно отнести 'снижение скорости передачи в цифровом канале связи, уменьшение габаритов и энергопотребления устройств, уменьшение влияния акустических помех (АП).
На практике источник речевого сообщения зачастую подвержен действию мешающих звуковых сигналов - АП. При этом эффективность цифровой обработки речи резко снижается, приводя к ухудшению таких качественных характеристик, как разборчивость, передача индиг видуальных особенностей диктора и т.д. Проявляется данный эффект в устройствах, использующих цифровое представление акустических сигналов вследствие дополнительных нелинейных искажений при квантовании.
Поэтому актуальной является задача устранения вредного влияния АП на устройства цифровой обработки речи. Основополагающие исследования влияния АП на аналоговые системы связи были сделаны М.А.Сапожковым. Исследования математического аппарата винеровской И калмановской фильтрации, а также других методов подавления отдельных видов АП проведены Дж. С. Лимом, А.В.Оппенхаймом, Ю.Н.Прохоровым,- М.В.Назаровым. А.И.Величкиным и др. Однако непрерывное развитие отрасли речевых технологий привело к тому, что существенно изменились условия эксплуатации многих устройств обработки речи. Особенно это касается средств подвижной радиосвязи. При этом источник сообщения может быть зашумлен АП разного вида, создающими комплексное мешающее воздействие. Появилась необходимость в создании моделей помех, учитывающих многокомпонентную структуру последних. Кроме того, значительное количество кодеков речи, спроектированных исходя из работы в идеальных акустических условиях, может терять свою эффективность при воздействии АП. Следовательно, существует необходимость анализа функционирования кодеков в реальной акустической обстановке. Таким образом, актуальность темы обусловлена ярко выраженной практической направленностью исследований устройств цифровой обработки речевых сигналов (PC) при воздействии АП.
Цепь и задачи работы, Исследование особенностей функционирования алгоритмов цифрового представления PC в условиях реальной
- z -
акустической обстановки, разработка алгоритма, позволяющего повысить разСорчивость речи в системах связи при воздействии сложных АП. анализ особенностей практической реализации алгоритмов цифровой обработки речи.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
уточнение статистической модели PC;
разработка статистичекой модели сложных АП;
исследование известных кодеков PC при воздействии АП;
разработка системы .подавления сложных АП:
разработка алгоритмов фонетического представления PC б целях создания помехоустойчивых низкоскоростных систем связи:
разработка и исследование алгоритмов, улучшающих характеристики цифровых устройств обработки речи;
анализ возможностей практической реализации известных і предлагаемых алгоритмов.
Методы исследования, В работе используются методы теории ве=
роЯТНОСТеЙ. Теории СЛучаЙНЫХ Процессов, Теории фИЛЬТраЦИИ. ВЫЧЛС;
лительной математики и имитационного моделирования.
Научная новизна. В рамках данной работы впервые были получе ны следующие результаты: . .
-
Уточнена статистическая модель PC без учета пауз межд словами.
-
Исследованы статистические характеристики большинств распространенных АП на транспорте, производстве, в быту. Доказан многокомпонентная структура реальных АП. включающих широкополое .іую. узкополосную и импульсную компоненты.
-
Исследованы по показателю разборчивости средне и низкое коростные кодеки с расширенной полосой PC в идеальной акустичес кой обстановке и при воздействии АП.
-
Синтезирован алгоритм обнаружения PC на фоне комплекс АП. на основе которого разработана система подавления АП. позве ляющая повысить разборчивость зашумленной речи. Проведен аналі данного алгоритма при совместном функционировании с известньа кодеками PC.
-
Разработан алгоритм фонетического представления PC в ці лях создания низкоскоростных систем связи. Исследована его усто: чивость к АП. Предложены варианты практической реализации алг ритма, уменьшающие вычислительные затраты и объем памяти. -
-
Предложен и проанализирован.. модифицироанный кратер оценки параметров авторегрессионной модели.
-
Произведен синтез оптимальной весовой функции с учетом показателей качества, позволяющих минимизировать ошибку оценивания спектра сигнала.
-
Показана возможность оценивания параметров авторегрессионной модели речи по клиппированной реализации сигнала.
-
Предложен комплексный показатель оценки эффективности систем цифровой обработки PC, учитывающий потребительские и эксплуатационные характеристики, а также возможность действия АП.
Практическая ценность работы
-
Получена уточненная модель PC и разработана модель реальных АП для целей -построения устройств цифровой обработки PC в сложной акустической обстановке.
-
Проведен анализ разборчивости речи на выходе средне- и высокоскоростных кодеков в идеальной и реальной помеховой обстановке/ позволяющий наилучшим образом выбрать кодек.
-
Разработана система подавления комплекса АП и показана возможность ее совместного использования с большинством устройств цифровой обработки речи.
-
Предложен алгоритм фонетического представления PC. позво^ ляющий разрабатывать низкоскоростные системы связи со скоростями передачи, близкими к потенциальным.
-
Разработан ряд алгоритмов обработки PC, повышающих качественные показатели цифровых устройств и снижающих вычислительные затраты.
-
Проанализирована возможность практической реализации кодека речи совместно с разработанной системой подавления АП.
- Научные положения, выносимые на зашиту
1. Статистическая модель АП, включающая широкополосную, уз-коцолосную и импульсную компоненты.
2.-Результаты анализа разборчивости кодеков PC с расширенной полосой частот и в различной акустической обстановке.
-
Система подавления многокомпонентных АП, включающих широкополосную, узкополссную .и импульсную компоненты.
-
Акустическая модель фонетического представления PC.
-
Модифицированный критерий оценки параметров авторегрессионной модели PC.
6.' Оптимиальная весовая функция для повышения точности оценивания спектра PC.
7. Алгоритм оценки параметров авторегрессионной модели с использованием клиппированного FC.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертации внедрены в АООТ "Рязанский радиозавод" и учебный процесс РГРТА, что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Результаты работы докладывались автором на международных [1.4,14.15,161. Всероссийских [5.6,7.12,13], рес-публиканских[17.18], региональных [2]. научных конференциях и семинарах, а также на 33-й и 34-й конференциях профессорско-преподавательского состава Рязанской государственной радиотехнической академии.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы. Из ' них 3 статьи в центральной печати, 1 учебное пособие. 3 статьи в межвузовских сборниках и трудах конференции. 12 тезисов докладов на конференциях. 4 отчета о НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 111 наименований и четырех приложений. Диссертация содержит 189 с.. в том числе 142 с. основного текста, 4 таблицы и 35 рисунков.
