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《語音信號矢量量化設(shè)計及實現(xiàn)算法的matlab仿真畢業(yè)設(shè)計說明書》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、引言21世紀(jì)是信息的社會，各種科技領(lǐng)域的信息大爆炸。數(shù)字信號的數(shù)據(jù)量通常很巨大，對存儲器的存儲容量，通信信道的帶寬及計算機的處理速度帶來壓力，因此必須對其進行量化壓縮來緊縮數(shù)據(jù)存儲容量，較快地傳輸各種信號,并使發(fā)信機功率降低。矢量量化（VQ）是一種極其重要的信號壓縮方法，其在語音信號處理中占有十分重要的地位，廣泛應(yīng)用于語音編碼，語音識別，語音合成等領(lǐng)域。在許多重要的課題中，VQ都起著非常重要的作用。采用矢量量化技術(shù)對信號波形或參數(shù)進行壓縮處理，可以獲得非常高的效益。VQ不僅可以壓縮表示語音參數(shù)所需的數(shù)碼率，而且在減少運算量方
2、面也是非常高效的，它還能直接用于構(gòu)成語音識別和說話人識別系統(tǒng)。語音數(shù)字通信的兩個關(guān)鍵部分是語音質(zhì)量和傳輸數(shù)碼率。但這兩者是矛盾的：要獲得較高的語音質(zhì)量，就必須使用較高的傳輸碼率；相反，為了實現(xiàn)高效地壓縮傳輸數(shù)碼率，就很難得到良好的語音質(zhì)量。但是矢量量化卻是一種既能得到高效壓縮的數(shù)碼率，又能保證語音質(zhì)量的方法。量化可以分為兩大類：一類是標(biāo)量量化，一類是矢量量化VQ。標(biāo)量量化是把抽樣后的信號值逐個進行量化，而矢量量化是先將k個抽樣值組成k維空間中的一個矢量，然后將此矢量進行量化，它可以極大的降低數(shù)碼率，優(yōu)于標(biāo)量量化。各種數(shù)據(jù)都可
3、以用矢量表示，直接對矢量進行量化，可以方便的對數(shù)據(jù)進行壓縮。矢量量化屬于不可逆壓縮方法，具備比特率低，解碼簡單，失真較小的優(yōu)點。矢量量化的發(fā)展大致可以分為兩各階段：第一階段約為1956至1977年。1956年steinhaus第一次系統(tǒng)的闡述了最佳矢量量化的問題。1957年，在loyd的“PCM中的最小平方化”一文中給出了如何劃分量化區(qū)間和如何求量化值問題的結(jié)論。約于此同時MAX也得出同樣的結(jié)果。雖然他們談?wù)摰亩际菢?biāo)量量化問題，但他們的算法對后面的矢量量化的發(fā)展有著深刻的影響。1964年，NEWMAN研究了正六邊形原理。19
4、77年，berger的‘率失真理論’一書出版。總體來說，這一階段的工作多是理論性的，但它為第二階段的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。第二階段約為1978年至今。1978年，buzo第一個提出實際的矢量量化器。他提出的量化系統(tǒng)組成分為兩步：第一步將語音信號做線性預(yù)測分析，求出預(yù)測系數(shù)，第二步，對這些系數(shù)做矢量量化，于是得到壓縮數(shù)碼的語音編碼器。1980年，linde,buzo和gray將Loyd-max算法推廣，發(fā)表了第一個矢量量化器的設(shè)計算法，通常稱為LBG算法。這就將矢量量化的研究向前推動了一大步。這一時期，人們對矢量量化問題展開了
5、全面的研究，其中主要是對失真測度的探討，碼書的設(shè)計，各種矢量量化系統(tǒng)的研究，快速搜索算法的尋找等等。矢量量化研究的進展是很快的，1980年，美國加州公司在原來的編碼速度為2.4kb/s的線性預(yù)測聲編碼器的基礎(chǔ)上，僅將濾波系數(shù)從標(biāo)量量化改為矢量量化，就可以使編碼速率降低到800b/s，而聲音質(zhì)量基本未下降。1983年，美國BBN公司研制了一種分段式聲編碼器。由于該聲碼器采用了矢量量化，所以可以用150b/s的速率來傳送可懂的話音。近幾十年來在已經(jīng)提出的各種矢量量化方法和系數(shù)的基礎(chǔ)上，更多更好的矢量量化方法漸漸出現(xiàn)。在圖像數(shù)據(jù)壓
6、縮和語音識別的應(yīng)用方面，矢量量化研究也得到了很快的發(fā)展，提出各種各樣的矢量量化系統(tǒng)，用硬件實現(xiàn)矢量量化系統(tǒng)的方法也越來越多矢量量化壓縮技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，如軍事部門和氣象部門的衛(wèi)星(或航天飛機)遙感照片的壓縮編碼和實時傳輸、雷達圖像和軍用地圖的存儲與傳輸、數(shù)字電視和DVD的視頻壓縮、醫(yī)學(xué)圖像的壓縮與存儲、網(wǎng)絡(luò)化測試數(shù)據(jù)的壓縮和傳輸、語音編碼、圖像識別和語音識別等等。第一章矢量量化器1.1矢量量化概述矢量量化技術(shù)涉及到許多學(xué)科的技術(shù)和理論知識，且應(yīng)用范圍非常廣泛。由于矢量量化的數(shù)據(jù)壓縮具有編碼簡單，效率高，壓縮比大等優(yōu)點，
7、所以矢量量化最先在語音，圖像，視頻這些媒體信息的壓縮中取得了巨大的應(yīng)用。由于矢量量化的高壓縮比，使得它可以應(yīng)用在民用的高清電視，網(wǎng)絡(luò)視頻的實時傳輸上，也可以應(yīng)用在軍用國防的衛(wèi)星遙感，雷達監(jiān)測等方面。矢量量化技術(shù)在其他方面的應(yīng)用也發(fā)展十分迅速，如矢量量化技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于語音識別，說話人識別，數(shù)字水印，文件檢索，紋理壓縮，移動通信等眾多科學(xué)領(lǐng)域。矢量量化的三大關(guān)鍵步驟和技術(shù)是：碼書設(shè)計，碼字搜索和碼字索引分配前兩項是矢量量化過程中的關(guān)鍵。碼書設(shè)計可以看成是一個統(tǒng)計聚類的過程。從另一個角度來看，碼書設(shè)計也是一個迭代過程，碼書可以
8、視為一個類似函數(shù)優(yōu)化的問題，所以要搜索最優(yōu)化的全局碼書，就需要一種全局算法。從以上分析可以看出，碼書的優(yōu)化是一個很重要的任務(wù)。人們試圖找到各種新的碼書優(yōu)化的算法和策略。多種理論研究都應(yīng)用到了碼書算法，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊集合論，遺傳算法等。此外，先進的預(yù)測技術(shù)也是提高壓縮比的一種方法。1.1
