语音信号矢量量化毕业设计及实现算法的matlab仿真

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1、语音信号矢量量化毕业设计及实现算法的matlab仿真引言21世纪是信息的社会各种科技领域的信息大爆炸数字信号的数据量通常很巨大对存储器的存储容量通信信道的带宽及计算机的处理速度带来压力因此必须对其进行量化压缩来紧缩数据存储容量较快地传输各种信号并使发信机功率降低矢量量化VQ是一种极其重要的信号压缩方法其在语音信号处理中占有十分重要的地位广泛应用于语音编码语音识别语音合成等领域在许多重要的课题中VQ都起着非常重要的作用采用矢量量化技术对信号波形或参数进行压缩处理可以获得非常高的效益VQ不仅可以压缩表示语音参数所需的数码率而且在减少运算量方

2、面也是非常高效的它还能直接用于构成语音识别和说话人识别系统语音数字通信的两个关键部分是语音质量和传输数码率但这两者是矛盾的要获得较高的语音质量就必须使用较高的传输码率相反为了实现高效地压缩传输数码率就很难得到良好的语音质量但是矢量量化却是一种既能得到高效压缩的数码率又能保证语音质量的方法量化可以分为两大类一类是标量量化一类是矢量量化VQ标量量化是把抽样后的信号值逐个进行量化而矢量量化是先将k个抽样值组成k维空间中的一个矢量然后将此矢量进行量化它可以极大的降低数码率优于标量量化各种数据都可以用矢量表示直接对矢量进行量化可以方便的对数据进行

3、压缩矢量量化属于不可逆压缩方法具备比特率低解码简单失真较小的优点矢量量化的发展大致可以分为两各阶段第一阶段约为1956至1977年1956年steinhaus第一次系统的阐述了最佳矢量量化的问题1957年在loyd的PCM中的最小平方化一文中给出了如何划分量化区间和如何求量化值问题的结论约于此同时也得出同样的结果虽然他们谈论的都是标量量化问题但他们的算法对后面的矢量量化的发展有着深刻的影响1964年NEWMAN研究了正六边形原理1977年berger的率失真理论一书出版总体来说这一阶段的工作多是理论性的但它为第二阶段的发展奠定了一定的基

4、础第二阶段约为1978年至今1978年buzo第一个提出实际的矢量量化器他提出的量化系统组成分为两步第一步将语音信号做线性预测分析求出预测系数第二步对这些系数做矢量量化于是得到压缩数码的语音编码器1980年lindebuzo和gray将Loyd-算法推广发表了第一个矢量量化器的设计算法通常称为LBG算法这就将矢量量化的研究向前推动了一大步这一时期人们对矢量量化问题展开了全面的研究其中主要是对失真测度的探讨码书的设计各种矢量量化系统的研究快速搜索算法的寻找等等矢量量化研究的进展是很快的1980年美国加州公司在原来的编码速度为24kbs的线

5、性预测声编码器的基础上仅将滤波系数从标量量化改为矢量量化就可以使编码速率降低到800bs而声音质量基本未下降1983年美国BBN公司研制了一种分段式声编码器由于该声码器采用了矢量量化所以可以用150bs的速率来传送可懂的话音近几十年来在已经提出的各种矢量量化方法和系数的基础上更多更好的矢量量化方法渐渐出现在图像数据压缩和语音识别的应用方面矢量量化研究也得到了很快的发展提出各种各样的矢量量化系统用硬件实现矢量量化系统的方法也越来越多矢量量化压缩技术的应用领域非常广阔如军事部门和气象部门的卫星或航天飞机遥感照片的压缩编码和实时传输雷达图像和

6、军用地图的存储与传输数字电视和DVD的视频压缩医学图像的压缩与存储网络化测试数据的压缩和传输语音编码图像识别和语音识别等等第一章矢量量化器11矢量量化概述11矢量量化的基本概念要了解矢量量化首先要了解量化和标量量化等基本概念量化就是把一个模拟信号值的连续范围分为若干相邻并具有唯一量值的区间凡落在某区间的抽样信号样值都指定为该区间量值的过程量化分为两类标量量化和矢量量化一标量量化整个动态范围被分成若干个小区间每个小区间有一个代表值量化时落入小区间的信号值就用这个代表值代替或者叫被量化为这个代表值这时的信号量是一维的所以称为标量量化图1-1

7、标量量化原理图二矢量量化矢量量化若干个标量数据组成一个矢量矢量量化是对矢量进行量化它把矢量空间分成若干个小区域每个小区域寻找一个代表矢量量化时落入小区域的矢量就用这个代表矢量代替或者叫着被量化为这个代表矢量在输入信号序列中每K个连续样点可以组成一组K维欧式空间中的一个矢量矢量量化就是把这个K维输入矢量X映射成另一个K维量化矢量其中量化矢量构成的集合称为码书或码本码书中的每个矢量称为码字或码矢比如说当K2时所得到的是二维矢量所有可能的二维矢量就构成了一个平面记为a1a2所有可能的a1a2就是一个二维空间如图a所示矢量量化就是将平面分成M小

8、区域即从每个小区域中找出代表向量这些代表向量的集合就是有M个区间的二维矢量量化器若要对落在二维矢量空间中的一个模拟矢量进行量化首先要选择一个合适的失真测度而后利用最小失真原则分别计算用量化矢量替代X所带来的