自由空間光通信中語(yǔ)音編碼技術(shù)的研究

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1、自由空間光通信中語(yǔ)音編碼技術(shù)的研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：郭成指導(dǎo)教師：肖沙里教授專(zhuān)業(yè)：光學(xué)工程學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)光電工程學(xué)院二O一六年五月StudyonspeechcodingtechnologyinfreespaceopticalcommunicationAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByGuoChengSupervisedbyProf.Xiao

2、ShaliSpecialty:OpticalEngineeringCollegeofOpt-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2016中文摘要摘要自由空間光通信是光通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，因?yàn)槠渚哂芯薮蟮能娛潞蜕虡I(yè)價(jià)值，我國(guó)從上世紀(jì)90年代起加強(qiáng)了在這方面的研究。自由空間光通信中的日盲紫外光非直視通信是近些年來(lái)興起的研究熱點(diǎn)。由于波長(zhǎng)為200到300nm的光通過(guò)大氣層時(shí)會(huì)被完全過(guò)濾，故稱(chēng)該波段為日盲紫外波段。使用該波段光在大氣層以下進(jìn)行通信具有極低的背景噪聲，同時(shí)該波

3、段光獨(dú)有的大氣信道非直線(xiàn)傳播特性使其可以完成非直視通信。在語(yǔ)音編解碼算法的研究中，目前的研究方向主要是中低速率和極低速率語(yǔ)音編碼。本文基于自由空間光通信中的日盲紫外光通信和中低速率語(yǔ)音編碼的重大意義，對(duì)自由光通信和日盲紫外光通信進(jìn)行了較深入的研究，對(duì)語(yǔ)音編碼算法也做了深入的探索，最終選取了μ律波形編碼算法和參數(shù)編碼中的線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼算法作為本文研究的重點(diǎn)。本文對(duì)系統(tǒng)構(gòu)建和算法研究方面所做的工作將為后續(xù)的自由空間語(yǔ)音光通信系統(tǒng)實(shí)用化打下基礎(chǔ)。本文所做的主要工作如下：①對(duì)自由光通信的基本原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，從理論上分析了200到300nm波段紫外光

4、散射的基本原理，設(shè)計(jì)了單工、雙工通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外，本文還對(duì)可重復(fù)配置和下載的FPGA技術(shù)進(jìn)行了深入研究。②基于自由空間光通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，本文利用Altera公司的FPGA平臺(tái)和MA24126-P1語(yǔ)音編解碼平臺(tái)，結(jié)合光源及其他基本的光電器件，搭建了完整的可連續(xù)工作的MELP算法語(yǔ)音通信原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全雙工語(yǔ)音通信，近距離傳輸條件下，連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)大于兩小時(shí)，傳輸速率11.25kbit/s，按MOS評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分大于3.0。③根據(jù)波形編碼的基本原理，本文設(shè)計(jì)了μ律算法的FPGA程序，并使用波長(zhǎng)為637nm的VA-I-DC-637分體型半導(dǎo)體紅

5、光激光器、聲光調(diào)制器等，構(gòu)建了完整的單工μ律算法FPGA語(yǔ)音通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)了相關(guān)的仿真與測(cè)試，并在短距離通信實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和編碼算法的正確性。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbit/s，通話(huà)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，按MOS評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分大于3.0。④根據(jù)線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼的基本原理，設(shè)計(jì)了語(yǔ)音參數(shù)提取、編碼和傳輸?shù)腇PGA程序，并對(duì)核心的計(jì)算模塊進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，同時(shí)結(jié)合光電器件、266nm波長(zhǎng)的MPL-F-266型日盲紫外光脈沖激光器和FPGA平臺(tái)搭建了完整的非直視線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼算法語(yǔ)音光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用脈沖位置調(diào)制方式對(duì)脈沖激光器進(jìn)行了內(nèi)調(diào)制。作為原

6、型系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠完成語(yǔ)音參數(shù)的提取與非直視傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸速率為2.5kbit/s。I重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)鍵字：自由空間光通信，紫外光通信，F(xiàn)PGA，μ律算法，線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼II英文摘要ABSTRACTFreespaceopticalcommunicationhasbeenahotresearchareaandwidelydeveloped.Becauseofitshugemilitaryandcommercialvalue,Chinaalsostrengthenedtheresearchsince1990s.Asoneformatofthefre

7、espaceopticalcommunication,ultravioletcommunicationhasbeenanimportanthotspot,becauseultravioletlightwiththewavelengthof200to300nmwascompletelyfilteredbytheatmosphereforitsscatteringproperties,henceultravioletcommunicationwhichhaslittlebackgroundnoisecanbeusedasNLOScommunication

8、.Inthespeechcodecalgorithmresearch,themainresearchdire