ЛИНЕЙНА ПРОГНОЗА НА РЕЧТА В СОФТУЕРЕН МОДЕЛ НА НИСКОСКОРОСТЕН ВОКОДЕР НАД ХИДРОАКУСТИЧНА КОМУНИКАЦИЯ
Vocoder е устройство за синтез на реч, базирано на произволен сигнал с богат спектър. Понастоящем съществуват както хардуерни, така и виртуални реализации на това устройство. Това устройство ви позволява да осигурите голяма честотна лента на комуникационния канал чрез компресиране на информационния поток, а също така ви позволява да кодирате предадената информация, което е особено важно в момента, във връзка с активното използване и продължаващото развитие на комуникационната технология, като безжични мобилни комуникации.
1. Видове вокодери
Виртуалните вокодери се използват активно от производителите на музикално оборудване. Вокодерът като музикален ефект позволява свойствата на един (модулиращ) сигнал да бъдат пренесени в друг сигнал, който се нарича носител. Човешкият глас се използва като модулатор на сигнала, а сигнал, генериран от музикален синтезатор или друг музикален инструмент, се използва като носител.
По-късно виртуалните вокодери са разработени от хардуерни, така че често имат подобна структура. Те се състоят от предаваща и приемаща част. Приемащата страна включва синтезатор на реч, който се състои от генератор на тонове, генератор на шум и банка от филтри. Генераторът на тонове се използва за възпроизвеждане на гласни, докато генераторът на шум се използва за възпроизвеждане на съгласни [6].
Има следните видове вокодери:
1. Band Vocoder.
2. Формант вокодер.
3. Хармоничен вокодер.
4. Корелационен вокодер.
5. Хомоморфен вокодер.
6. Вокодер, базиран на линеен предиктор.
Разработва се софтуерен модел на вокодер, тоест виртуален вокодер, базиран на един от видовете вокодери.
Основните изисквания за вокодер са:
- способността да се променя честотата на предавания сигнал, така че сигналът да преминава през хидроакустичния комуникационен канал с най-малки загуби;
- липса на зависимост от езика на речта;
- възможност за контрол на скоростта на предаване;
- проста интерпретация на структурата в програмна форма.
Помислете за някои видове вокодери и оценете съответствието им с изискванията.
Спектърът на речевия сигнал на лентовия пропускащ вокодер в предаващия край е разделен от теснолентови филтри (FP) на честотни ленти (спектрални канали), във всеки от които средната интензивност на сигнала се определя чрез откриване и изглаждане с ниска -пропускащи филтри. Средните стойности на интензитета (времеви пликове) се предават в аналогова или импулсна форма чрез комуникационен канал. В допълнение, в предавателния край, височината на основния тон се определя с помощта на сепаратор на височината (BOT) и естеството на спектъра на възбуждащия сигнал (тонал или шум) с помощта на сепаратор тон-шум (VTS). Тези сигнали се предават и по канала. При приемане сигналът, характеризиращ основния тон, контролира честотата на импулсния генератор (GOP), а превключването на входните филтри към изхода на GG или генератора на шум (SN) се извършва с помощта на тона към шума сигнал. Широколентовият сигнал, създаден от един от генераторите (възбудителен сигнал), е разделен на честотни ленти от гребен (комплект) от PF. От изхода на последния, честотните компоненти на възбуждащия сигнал се подават към модулаторите (М), в които техните амплитуди се контролират с помощта на времевите обвивки на спектралните канали. За да се елиминират нежеланите модулационни продукти, на изхода на модулаторите се включва друга лента лентови филтри. Полученият синтезиран сигнал отразява приблизително първоначалния естествен сигнал [1].
Основният недостатък на лентовите вокодери е техническата сложност и тромавото изпълнение поради големия брой използвани филтри. Качеството на реконструираната реч може да намалее поради факта, че в честотната лента на филтъра на тоналните звуци може да има няколко хармоника на основния тон и броят на тези хармоници може да варира във времето.
Принципите на конструиране на формантен вокодер в много отношения са подобни на принципите на естественото производство на реч и приемането на речта. При формандния вокодер от речевия сигнал се извличат управляващи сигнали (сигнал - параметри), които при приемане въздействат на резонансните контури и възпроизвеждат необходимата обвивка на спектъра. За да се прехвърлят параметри на форманта, са необходими честотни ленти, които са по-тесни, отколкото за лентовите вокодери; по отношение на заетата ширина на канала, формандните вокодери ще имат предимство пред лентовите вокодери [7].
Основният недостатък на формандния вокодер е трудността при точното и надеждно идентифициране на формантите. Също така, за да се приложи възможността за намаляване на скоростта на предаване, е необходимо да се намали речника. Също така е важно форматираният вокодер да има повишена чувствителност към грешки в комуникационния канал. Потенциален недостатък на тези вокодери е, че речта, синтезирана от приемащата страна, няма да съдържа индивидуалните характеристики на гласа на говорещия.
Степента на компресия на хармоничния вокодер е 1,7 пъти по-голяма от тази на лентовия проход. Спектралната обвивка на речевия сигнал може да бъде представена като сбор от ортогонални функции. В този случай, за разлика от конвенционалните лентови и формантни вокодери, спектралната обвивка на рецепцията се възпроизвежда не от отделни ординати, а като сбор от същите ортогонални функции. В момента най-добре разработеният метод за представяне на спектралната обвивка като сбор от хармонични функции.
За хармоничен вокодер е достатъчно да има комуникационен канал с честотна лента не повече от 2000 бита/сек. Въпреки това хармоничните вокодери не са намерили практическо приложение поради липсата на значителни предимства пред лентовите или форматираните вокодери. Но за софтуерна реализация структурата на хармоничен вокодер е по-удобна и тези незначителни предимства при хардуерното внедряване стават по-значими.