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基于压缩感知的语音信号压缩

作　者: 赵翠
导　师: 李刚
学　校: 浙江工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 语音压缩 压缩感知 稀疏性 字典 重构语音
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


语音是人类通信时最重要的信息载体,历来受到人们的重视。语音信号的处理经历了从模拟到数字的技术变革,然而语音数字化后给系统数据的存储和传输造成了很大的压力,因此语音压缩编码是语音数字信号处理的重要研究方向之一。语音信号自身存在的较大的冗余度和人耳的听觉感知机理,是语音可以进行压缩编码的基本依据。通常人们总希望设计出的语音压缩编码系统能在编码速率尽可能低的情况下,得到尽可能高的重构语音质量,同时尽量减小延时和复杂度。2006年压缩感知理论一经提出,便在信号处理领域产生了巨大的影响,其理论研究及其应用研究已成为当今信息处理的热点。本文在研究压缩感知理论和语音信号的相关知识的基础上,提出了基于压缩感知的语音信号压缩系统,主要的工作和创新如下：1.分析研究了压缩感知理论的基本知识,从信号的稀疏表示、观测矩阵、重构算法等方面展开,重点分析研究了信号的两种稀疏分解字典：完备字典和过完备字典。并对语音信号的基本特性、常用的处理技术、编码方式等语音知识进行了基础研究。2.针对语音信号的特点,基于线性预测分析技术,设计了适合语音信号的稀疏分解字典—ALP基。与LP基相比,更加注重了语音信号的帧间相关性,在保证了与LP基相同的稀疏逼近效果的情况下,减小了所需的数据量,降低了字典构造的复杂度。至于DCT基,虽然其固定、简单,但是稀疏逼近的效果差于前两者。3.提出了基于压缩感知的ALP基语音压缩系统。该系统充分结合了压缩感知技术和语音压缩的目的,有效地对语音信号进行了压缩。分析比较了基于ALP、LP、 DCT基这三种字典的语音压缩系统的语音重构性能,并研究了随着压缩比M/N的改变,重构语音质量的变化情况。

全文目录


摘要  7-8
ABSTRACT  8-15
第1章 绪论  15-20
  1.1 选题背景和意义  15-16
  1.2 国内外的研究现状  16-18
    1.2.1 压缩感知发展概况  16-17
    1.2.2 语音压缩技术发展概况  17-18
  1.3 研究目标和内容  18-19
  1.4 论文章节安排  19-20
第2章 压缩感知基本理论  20-28
  2.1 压缩感知理论模型  20-22
  2.2 稀疏分解字典  22-25
    2.2.1 稀疏表示概述  22-23
    2.2.2 完备正交基  23-24
    2.2.3 过完备字典  24-25
  2.3 观测矩阵  25-26
    2.3.1 观测矩阵的构造准则  25-26
    2.3.2 常用的观测矩阵  26
  2.4 重构算法  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 语音压缩编码基础  28-40
  3.1 语音基础知识  28-32
    3.1.1 语音的基本特性  28-30
    3.1.2 语音信号数学模型  30-31
    3.1.3 语音的感知  31-32
  3.2 语音信号分析  32-36
    3.2.1 短时分析技术  32-34
    3.2.2 短时能量和平均幅度  34
    3.2.3 短时平均过零率  34-35
    3.2.4 短时自相关分析  35-36
  3.3 语音压缩编码分类  36-38
  3.4 语音编码质量评价  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 语音信号的稀疏分解字典设计  40-51
  4.1 语音信号变换分析  40-42
    4.1.1 DCT分析  40-41
    4.1.2 KLT分析  41-42
  4.2 自适应LP基的分析研究  42-49
    4.2.1 LP基  42-44
    4.2.2 自适应LP基  44-45
    4.2.3 关键问题研究  45-49
  4.3 不同字典下的语音稀疏逼近效果比较  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章 基于压缩感知的语音压缩系统设计  51-60
  5.1 自适应LP基的语音压缩系统  51-52
  5.2 系统模块分析  52-54
    5.2.1 观测矩阵与CS重构  52-53
    5.2.2 语音存储或传输模块  53-54
  5.3 仿真与性能测试  54-59
  5.4 本章小结  59-60
第6章 总结与展望  60-62
  6.1 总结  60-61
  6.2 进一步研究与展望  61-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
攻读学位期间参加的科研项目和成果  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理
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