基于语音质量估测模型的水声语音通信平台概述

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1、基于语音质量估测模型的水声语音通信平台概述第一章绪论1.1研究意义及背景近年来，由于民用、军事以及海洋开发等的要求，水下通信系统的研究与开发越来越受重视。例如环境污染监测、水声语音通信、海上平台以及水下机器人的指令传送、海岸遥测系统等民事运用，使水下通信的商用价值日益增大，需求大幅度增加；例如水雷遥控、潜艇或其它平台之间的水下信息传输等军事应用，使水下数据通信的研究越来越重要[1]。水声通信技术是水声技术领域中的一个复杂研究课题，主要原因在于水声信道是一个十分复杂的时一空一频变参随机多径传输的信道，水声信道的噪声高、传输时延大，同时，信道带宽窄、可用载波频率较低[2]，复杂多变的海

2、洋环境所造成的多途径干扰与环境噪声给可靠有效的水声通信系统带来很大的困难。水下语音通信是各种水声通信形式中尤其重要的一种方式，这是因为在能见度较低的水下环境中，语音通信成为人与人之间最直接的交流手段[3][4]。在水声通信技术的发展过程中，水声语音通信被广泛运用于海洋科考、海洋资源勘探、蛙人潜水以及潜艇舰船军事训练等许多方面，它破除了水下潜器之间、水下潜器与陆地通信设备的语音交流屏障，极大的方便了水下活动的开展。因此，如何在复杂的水声信道中有效的进行语音通信成为当前水声通信研究中的热门课题。为了解决在恶劣水声信道环境下的可靠语音通信难题，本文基于客观语音通信质量评价的水声语音通信模

3、型的研究具有很大的实际意义。..1.2国内外研究进展概况第二次世界大战初期，水下通信的军事需求使水声通信技术得到迅速发展，水声语音通信的发展经历了从最初的模拟语音通信阶段到现在的数字语音通信阶段[5]。其中，模拟系统的主要缺点是功率利用率较低，通常需要上百瓦的发射功率用于供应几千米距离的通信；数字系统在近几十年得到迅速发展，其经济效益逐渐超过模拟通信系统，字通信便于数字信号处理、抗干扰能力强且易于实现集成化，极大地方便了综合业务通信网的实现[6]。早期的语音通信以模拟的方式进行，20世纪30年代末随着脉冲编码调制和声码器概念的提出，语音数字编码技术便一直沿这两个方向发展，语音编码标

4、准的制定对数字语音技术的实用化和发展起到推动作用。现有的语音编码器大体可以分三种类型：波形编码器、参量编码器（声码器）和混合编码器。一般来说，波形编码的方法简单，话音质量高，但数据率也很高；参量编码器编码码率很低，但复杂度比较高，合成语音质量较差，尽管其音质较差，但因保密性能好，一般用于军事领域；混合编码器使用参量编码器和波形编码器技术，数据率和音质介于二者之间[7]。语音编码性能指标主要有比特速率、时延、复杂性和还原质量。声码器是不同于波形编码器的高效编码方式，因保密性能好，一般用于军事领域，其要求重建的语音信号具有尽可能高的可懂度，而对于重建语音波形与原始语音波形的相似度并无要

5、求。声码器的主要优点是可以达到极低的编码速率而语音依然可懂，主要缺点是重建语音的合成质量差。典型的声码器有通道声码器、共峰声码器与线性预测声码器等，声码器的一项突出进展是矢量量化编码的提出，它使编码速率可以得到进一步的压缩。现代语音编码技术主要向低速率方向发展，近年来国内外众多专家学者对码速率在4kbit/s以下的语音编码方案进行了大量研究。其中代表性的算法包括：正弦变换编码器（STC)、多带激励（MBE)编码器、混合激励线性预测（MELP)编码器以及波形内插（odel的性能参数.........554.1.2语音编码的性能参数.........564.2数字水声语音通信质量估測模

6、型的建立与仿真.........594.2.1数字水声语音通信质量估测模型.........594.2.2数字水声语音通信质量估测仿真实验.........624.3本章小结.........75第五章总结与展望.........765.1研究工作总结.........775.2后续工作展望.........78第四章数字水声语音通信质量估测方法的研究及仿真4.1数字语音通信系统的相关参数E-Model与PESQ不同，属于非干扰式质量评价方法，PESQ通过输出语音测试得到语音质量，E-Model则依据网络参数估计网络语音的质量，E-Modd仿真界面如图4.1所示。对于VOIP环境，

7、语音质量影响因素分为网络因素和非网络因素，网络因素如网络延迟、丢包、抖动等，非网络因素如语音编码等。IP主要的网络损伤因素包括语音编码、延时、回音、丢包和噪声，语音的编码算法有许多，低速率编码是以使用有损的压缩算法削弱语音质量为代价，减少信号的占用带宽；延时是IP包从网络入口点到出口点所需的传输时间，E-Model采用固定缓冲区的方法将抖动的影响转化为延时；回音是网络电气反射引起的，当回声延时超过16ms时会对语音质量造成影响；丢包是影响语音质量的一个关键因素，当丢包