Кіріспе

Аралас қоздырудың сызықтық болжамы (MELP) – АҚШ Қорғаныс министрлігінің сөйлеуді кодтау стандарты, көбінесе әскери қолданыстарда, спутниктік байланыста, құпия дауыс және құпия радио құрылымдарында қолданылады. Оның стандартына келтірілуі мен одан әрі дамуына NSA және НАТО жетекшілік етті және қолдау көрсетті. Қазіргі "жетілдірілген" нұсқасы MELPe деп белгіленеді.

Тарих

Алғашқы MELP-ті 1995 жылы Алан МакКри Джорджия Техника институтының Сигнал және бейне өңдеу орталығында аспирант болып оқып жүргенде ойлап тапты, ал бастапқы MELP-ке қатысты патенттердің мерзімі қазір аяқталды. Бұл бастапқы сөйлеу кодтаушысы 1997 жылы стандартталды және MIL STD 3005 деп аталды. Ол АҚШ Қорғаныс министрлігінің конкурсында басқа дауыс кодтаушылардан басып өтті, олардың ішінде: (а) Жиіліктік селективті гармоникалық кодтаушы (FSHC), (b) Күрделі көп жолақты қозу (AMBE), (c) Күшейтілген көп жолақты қозу (EMBE), (d) Синусоидты трансформациялаушы кодтаушы (STC) және (e) Субдиапазонды LPC кодтаушы (SBC). Waveform Interpolative (WI) кодтаушысынан қарағанда төмен күрделілігі болғандықтан, MELP вокодері Қорғаныс министрлігінің конкурсында жеңіске жетіп, MIL STD 3005 стандарты үшін таңдалды.

MIL-STD-3005

1998 және 2001 жылдар аралығында жарты жылдамдықпен (яғни 1200 бит/с) жаңа MELP негізіндегі вокодер құрылды, сондай-ақ SignalCom (кейіннен Microsoft сатып алды), Compandent және AT&T Corporation компаниялары MIL STD 3005 стандартына маңызды жақсартулар енгізді, олар: (а) жарты жылдамдықпен (яғни 1200 бит/с) қосымша жаңа вокодер, (б) едәуір жақсартылған кодтау (талдау), (в) едәуір жақсартылған декодтау (синтез), (г) фондық шуды жоюға арналған шуды алдын ала өңдеу, (д) 2400 бит/с және 1200 бит/с ағындары арасында транскодтау және (е) жаңа постфильтр. Бұл маңызды жетістік жарты жылдамдықпен жаңа кодек құруға және оны ескі MELP стандартымен үйлесімді етуге бағытталған. Бұл жетілдірілген MELP (сондай-ақ MELPe деп те аталады) 2001 жылы MIL STD 3005 ретінде қабылданды, ол түпнұсқа MIL STD 3005 стандартына қосымшалар мен толықтырулар түрінде жасалды, бұл бұрынғы 2400 бит/с MELP-ге тең сапаны жарты жылдамдықпен қамтамасыз етуге мүмкіндік берді. Жаңа 2400 бит/с MELPe-нің басты артықшылықтарының бірі – ол MELP-мен бірдей бит форматын қолданады, сондықтан бұрынғы MELP жүйелерімен өзара әрекеттесе алады, бірақ екі жағынан да жақсы сапа береді. MELPe, әсіресе ұрыс алаңы, көлік құралдары және ұшақтар сияқты шулы ортада, барлық ескі әскери стандарттардан әлдеқайда жақсы сапаны қамтамасыз етеді.

STANAG-4591 (НАТО)

2002 жылы ауқымды бәсекелестік пен сынақтардан кейін 2400 және 1200 бит/с АҚШ Қорғаныс министрлігінің MELPe стандарты НАТО стандарты ретінде де қабылданды, ол STANAG 4591 деп белгіленді. НАТО-ның сынақ өлшемдеріне дауыстың түсініктілігі, дауыстың сапасы, сөйлеушіні тану, тілге және сөйлеушіге тәуелділік, 10 акустикалық шу ортасы, 1% кем BER трансляция арнасы, 16 кбит/с CVSD вокодерін қолданып, ыңғырастырып сөйлеу және нақты уақыт іске асыру кірді. Сынақ деректері 36 000-нан астам файлды, немесе әртүрлі жағдайлардағы және тілдердегі 500 сағат сөйлеуді қамтыды. Жаңа НАТО стандартын сынау барысында MELPe Францияның HSX (Гармоникалық Стохастикалық Стимуляция) және Түркияның SB LPC (Бөлінген Диапазондық Сызықтық Болжамды Кодтау) сияқты басқа кандидаттармен, сондай-ақ FS1015 LPC 10e (2,4 кбит/с), FS1016 CELP (4,8 кбит/с) және CVSD (16 кбит/с) сияқты ескі қауіпсіз дауыс стандарттарымен салыстырылды. Кейіннен MELPe НАТО бәсекесінде де жеңіске жетті, барлық басқа кандидаттардың және барлық ескі қауіпсіз дауыс стандарттарының (CVSD, CELP және LPC 10e) сапасын басып өтті. НАТО бәсекесі MELPe өнімділігін (дауыстың сапасы, түсініктілігі және шуға төзімділік тұрғысынан) айтарлықтай жақсартқанын, сонымен қатар өткізу қабілетінің талаптарын төмендеткенін көрсетті. НАТО сынағына өзара үйлесімділік сынақтары да кірді, онда 200 сағаттан астам сөйлеу деректері пайдаланылды және сынақтар әлемнің 3 зертханасында жүргізілді. Compandent Inc, NSA және НАТО үшін MELPe негізіндегі жобаларды жүзеге асырған компания ретінде, NSA және НАТО-ға MELPe-ді нақты уақытта іске асыру үшін алтын стандартты қамтамасыз ететін MELCODER деп аталатын арнайы сынақ платформасын ұсынды. Compandent компаниясы жасаған, MELCODER алтын стандартына негізделген, төмен құнға ие FLEXI 232 деректер терминалды жабдықтары (DTE) MELPe-ді нақты уақытта, әртүрлі арналар мен желілерде және дала жағдайларында бағалау және сынау үшін кеңінен қолданылады. 2005 жылы Thales Group (Франция) ұсынған 600 бит/с жылдамдықты MELPe нұсқасы (2400/1200 бит/с MELPe үшін жүргізілген ауқымды бәсекелестік пен сынақтарсыз) НАТО стандарты STANAG 4591-ге қосылды.

300 бит/с MELP

2010 жылы MIT Lincoln Labs, Compandent, BBN және General Dynamics DARPA үшін 300 бит/с MELP құрылғысын дамытты. Оның сапасы 600 бит/с MELPe-ден жақсырақ болды, бірақ алгоритмдік кешігуі ұзақ болды.

Қолданылу

MELPe көптеген қолданбаларда қолданылған, оның ішінде қауіпсіз радио құрылғыларында, спутниктік байланыста, VoIP және ұялы телефон қолданбаларында. Мұндай қолданбаларда канал қателерімен, пакеттердің жоғалуымен және синхронизацияның бұзылуымен күресу үшін қосымша білім мен тәжірибе қажет. Мұндай білім MELPe битінің қателерге сезімталдығын түсінуді талап етеді. 2400 бит/с және 1200 бит/с MELPe құрамына тізбектік байланыста пайдалы синхронизациялық бит кіреді.

Сығу деңгейі

MELPe сөйлеуді қысу үшін жасалған. 8 кГц жиілігімен үлгіленген аудио кіріс берілген кезде, MELPe кодегі 64 кбит/с μ Law G.711 дерек ағынына қатысты келесі қысу коэффициенттерін береді, протоколдық шығындарды ескермей:
Биттік жылдамдық G.711-ге қарағанда қысу коэффициенті Пайдалы жүктеме көлемі Пайдалы жүктеме интервалы 2400 бит/с 26.7 X 54 бит 22.5 мс 1200 бит/с 53.3 X 81 бит 67.5 мс 600 бит/с 106.7 X 54 бит 90 мс

Жалпы алғанда, сөйлеуді кодтау биттік жылдамдық, сөйлеу сапасы, кешігу (кадр көлемі және алдын қарау), есептеу күрделілігі, әртүрлі сөйлеушілер мен тілдерге төзімділік, әртүрлі фондық шуларға төзімділік, канал қатесіне төзімділік және пакеттер жоғалған жағдайда кодек күйін қалпына келтіру сияқты әртүрлі аспектілердің арасындағы айырбас болып табылады. MELPe-нің төменгі жылдамдықтары (600 және 1200 бит/с) 2400 бит/с жылдамдығының кеңейтілген жиынтығы болғандықтан, алгоритмнің күрделілігі (мысалы, MIPS-те) барлық жылдамдықтар үшін шамамен бірдей. Төменгі жылдамдықтар ұлғайтылған кадрлар мен алдын қарауды, сондай-ақ код кітапшасының көлемін пайдаланады, сондықтан оларға көбірек жад қажет.

Зияткерлік меншік құқықтары

MELPe (және/немесе оның туындылары) келесі компаниялардан ИҚП лицензиясына жатады: Texas Instruments (2400 бит/с MELP алгоритмі / бастапқы коды), Microsoft (1200 бит/с транскодері), Thales Group (600 бит/с жылдамдығы), Compandent және AT&T (Noise Pre Processor NPP).