自由空間光通信中語音編碼技術(shù)的研究

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1、自由空間光通信中語音編碼技術(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：肖沙里教授專業(yè)：光學(xué)工程學(xué)科門類：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)，因為其具有巨大的軍事和商業(yè)價值，我國從上世紀(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興起的研究熱點(diǎn)。由于波長為200到300nm的光通過大氣層時會被完全過濾，故稱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，同時該波

3、段光獨(dú)有的大氣信道非直線傳播特性使其可以完成非直視通信。在語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音編碼的重大意義，對自由光通信和日盲紫外光通信進(jìn)行了較深入的研究，對語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)編碼中的線性預(yù)測編碼算法作為本文研究的重點(diǎn)。本文對系統(tǒng)構(gòu)建和算法研究方面所做的工作將為后續(xù)的自由空間語音光通信系統(tǒng)實用化打下基礎(chǔ)。本文所做的主要工作如下：①對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)計了單工、雙工通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外，本文還對可重復(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平臺和MA24126-P1語音編解碼平臺，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算法語音通信原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)全雙工語音通信，近距離傳輸條件下，連續(xù)工作時長大于兩小時，傳輸速率11.25kbit/s，按MOS評分標(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)計了μ律算法的FPGA程序，并使用波長為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語音通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過了相關(guān)的仿真與測試，并在短距離通信實驗中驗證了系統(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，通話時間可長達(dá)數(shù)小時，按MOS評分標(biāo)準(zhǔn)得分大于3.0。④根據(jù)線性預(yù)測編碼的基本原理，設(shè)計了語音參數(shù)提取、編碼和傳輸?shù)腇PGA程序，并對核心的計算模塊進(jìn)行了仿真驗證，同時結(jié)合光電器件、266nm波長的MPL-F-266型日盲紫外光脈沖激光器和FPGA平臺搭建了完整的非直視線性預(yù)測編碼算法語音光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用脈沖位置調(diào)制方式對脈沖激光器進(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，線性預(yù)測編碼II英文摘要ABSTRACTFreespaceopticalcommunicationhasbeenahotresearchareaandwidelydeveloped.Becauseofitshugemilitaryandcommercialvalue,Chinaalsostrengthenedtheresearchsince1990s.Asoneformatofthefre

7、espaceopticalcommunication,ultravioletcommunicationhasbeenanimportanthotspot,becauseultravioletlightwiththewavelengthof200to300nmwascompletelyfilteredbytheatmosphereforitsscatteringproperties,henceultravioletcommunicationwhichhaslittlebackgroundnoisecanbeusedasNLOScommunication

8、.Inthespeechcodecalgorithmresearch,themainresearchdire