Кіріспе
Сөйлеуді кодтау алгоритмі
Кодты қоздыратын сызықтық болжау (CELP) – 1985 жылы Манфред Р. Шредер және Бишну С. Атал ұсынған сызықтық болжау сөйлеуді кодтау алгоритмі. Ол кезде ол, қалдықпен қоздырылатын сызықтық болжау (RELP) және сызықтық болжау кодтамасы (LPC) вокодерлері (мысалы, FS 1015) сияқты бұрынғы төмен біт жылдамдығындағы алгоритмдерге қарағанда айтарлықтай жақсы сапаны қамтамасыз етті. Алгебралық CELP, жеңілдетілген CELP, төмен кешігуі бар CELP және векторлық қосындымен қоздырылатын сызықтық болжау сияқты түрлерімен бірге, қазіргі уақытта ол ең көп қолданылатын сөйлеуді кодтау алгоритмі болып табылады. Ол сондай-ақ MPEG 4 Audio сөйлеу кодтауында қолданылады. CELP көбінесе нақты кодек емес, алгоритмдер класы үшін қолданылатын жалпы термин ретінде қолданылады.
CELP декодері
CELP-тің күрделі кодтау процесін зерттемес бұрын, декодермен таныстырамыз. 1-суретте типік CELP декодері сипатталған. Қоздыру тұрақты (ә.қ.а. стохастикалық немесе инновациялық) және бейімделетін (ә.қ.а. питч) код кітаптарының үлестерін қосу арқылы жасалады: мұнда тұрақты (ә.қ.а. стохастикалық немесе инновациялық) код кітабының үлесі ал эми бейімделетін (питч) код кітабының үлесі. Тұрақты код кітабы – кодекке (жасырын немесе ашық түрде) тікелей енгізілген векторлық кванттау сөздігі. Бұл код кітабы алгебралық (ACELP) болуы немесе нақты сақтала алады (мысалы, Speex). Бейімделетін код кітабындағы жазбалар қоздырудың кешіктірілген нұсқаларынан тұрады. Бұл дауыстық сигналдар сияқты периодтық сигналдарды тиімді кодтауға мүмкіндік береді. Қоздыруды қалыптастыратын сүзгіде түріндегі барлық полюстік модель бар, мұнда болжау сүзгісі деп аталады және сызықтық болжау (Левинсон-Дурбин алгоритмі) арқылы алынады. Барлық полюстік сүзгі адамның дауыс жолын жақсы бейнелеуі және оны есептеудің қарапайымдығы себепті қолданылады.
where is the fixed (a. k. a. stochastic or innovation) codebook contribution and is the adaptive (pitch) codebook contribution. The fixed codebook is a vector quantization dictionary that is (implicitly or explicitly) hard coded into the codec. This codebook can be algebraic (ACELP) or be stored explicitly (e. g. Speex). The entries in the adaptive codebook consist of delayed versions of the excitation. This makes it possible to efficiently code periodic signals, such as voiced sounds. The filter that shapes the excitation has an all pole model of the form , where is called the prediction filter and is obtained using linear prediction (Levinson–Durbin algorithm). An all pole filter is used because it is a good representation of the human vocal tract and because it is easy to compute.
CELP кодтаушысы
CELP-тің негізгі принципі синтез арқылы талдау (AbS) деп аталады және кодтау (талдау) жабық циклде декодталған (синтез) сигналды сезімдік тұрғыдан оңтайландыру арқылы жүзеге асырылады. Теориялық тұрғыдан алғанда, ең жақсы CELP ағыны барлық мүмкін бит комбинацияларын тексеріп, ең жақсы дыбыстайтын декодталған сигналды таңдау арқылы жасалады. Бұл, әрине, екі себеппен іс жүзінде мүмкін емес: қажетті күрделілік қазіргі кездегі барлық аппараттық құралдардың мүмкіндігінен асып түседі, ал "ең жақсы дыбыс" таңдау критерийі адам тыңдауын білдіреді. Шектелген есептеу ресурстарын пайдаланып, нақты уақыт режимінде кодтауды жүзеге асыру үшін CELP іздеуі қарапайым сезімдік салмақтау функциясын қолдана отырып, кішірек, басқарылатын, тізбекті іздеулерге бөлінеді. Әдетте, кодтау келесі ретпен орындалады: Сызықтық болжам коэффициенттері (LPC) есептеліп, әдетте сызықтық спектрлік жұптар (LSP) түрінде квантталады. Адаптивті (пич) код кітабы ізделіп, оның үлесі алынып тасталады. Тұрақты (инновациялық) код кітабы ізделіп қарастырылады.
Linear prediction coefficients (LPC) are computed and quantized, usually as line spectral pairs (LSPs). The adaptive (pitch) codebook is searched and its contribution removed. The fixed (innovation) codebook is searched.
Шудың салмағы
Қазіргі заманғы аудиокодектерінің көпшілігі (егер барлығы болмаса) кодтау шуын адам құлағы сезе алмайтын жиілік аймақтарында пайда болуы үшін өзгертеді. Мысалы, құлақ спектрдің күшті бөлігіндегі шуға төзімдірек, ал әлсіз бөлігіндегі шуға сезімтал. Сондықтан, қарапайым квадраттық қателікті азайтудың орнына, CELP сезімдік салмақталған домендегі қателікті азайтады. W(z) салмақ сүзгісі, әдетте, жолақты кеңейту арқылы LPC сүзгісінен туындайды:
мұнда .