錄音設(shè)備在多音頻環(huán)境下高質(zhì)量再現(xiàn)技術(shù)淺析

羅曼

浙江傳媒學(xué)院，浙江 杭州 310018

0 引言

人們的生活離不開聲音。在人耳可以識別的音頻范圍內(nèi)，人們多數(shù)情況下是通過語音來獲取信息的，那么語音在復(fù)雜環(huán)境下的表現(xiàn)也就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，如何最真實地在信號收發(fā)端錄制以及播放語音信號就成為一個技術(shù)層面的熱點(diǎn)問題。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著3G通信體制的高調(diào)出現(xiàn)，無線通信技術(shù)不論從信息收發(fā)技術(shù)角度來講，還是終端設(shè)備的功能角度來說，都上升到了一個前所未有的層次，多媒體技術(shù)在提出若干年后，終于讓人們看到了當(dāng)初的美好憧憬，現(xiàn)在日益風(fēng)靡的電子產(chǎn)品的消費(fèi)就能說明這一點(diǎn)，我們也切實感受到了技術(shù)設(shè)備變革給我們帶來的方便與快捷。

所有美好愿景的背后，是人們對于無線通信技術(shù)的依靠和信賴。人們渴望真實原始的聲音，但是經(jīng)過采樣量化的數(shù)字化聲音，數(shù)據(jù)量極為龐大。龐大的數(shù)據(jù)量對應(yīng)模擬聲音信號的多個頻率，我們希望在某些時刻輸出相應(yīng)的音頻信號，同時盡可能地抑制掉其它音頻信號，這就需要自適應(yīng)濾波技術(shù)，只需改變相應(yīng)的抽頭系數(shù)，就能實現(xiàn)這一目標(biāo)，以下我們就自適應(yīng)技術(shù)做一個簡單的介紹。

1 自適應(yīng)技術(shù)的概念及原理

自適應(yīng)多碼率（AMR）語音編碼技術(shù)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會提出的一種語音編解碼標(biāo)準(zhǔn)，與固定碼率編碼技術(shù)相比，AMR提出了一種自適應(yīng)的解決方案來跟蹤快速變化的無線信道環(huán)境和本地流量情況，AMR語音編碼基于碼本激勵線性預(yù)測CELP模型，具有多種編碼速率模式，根據(jù)實時情況，AMR適時選擇一種音頻模式輸出，從而達(dá)到語音編解碼的最優(yōu)組合，以滿足我們對于音頻信號處理的需求。

AMR各編碼模式均基于碼本激勵線性預(yù)測CELP語音編碼模型，CELP采用綜合分析法，是一種典型的混合編碼方案，在中低速率能夠給出高質(zhì)量的合成語音，且抗噪性能更好。

CELP聲碼器取樣頻率為8000Hz，語音幀長為20ms，每幀160個采樣點(diǎn)，編碼器對語音信號進(jìn)行分析得到CELP模型中的各種參數(shù)，LP濾波器參數(shù)，自適應(yīng)和固定碼本標(biāo)號及增益等。并將這些參數(shù)量化后編碼傳送到接受方，解碼器對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，重建出的激勵信號通過LP濾波器，最后產(chǎn)生合成語音。AMR聲碼器采用非對稱結(jié)構(gòu)，即編碼器遠(yuǎn)比解碼器復(fù)雜，它包括以下模塊：預(yù)處理、LPC分析、開環(huán)基音搜索、自適應(yīng)碼本搜索、固定碼本搜索和濾波器更新等。

AMR技術(shù)的優(yōu)勢在于從多個音頻信號中“拾取”出目標(biāo)音頻信號，然后對其放大，檢波，輸出，如果對于單音頻信號，AMR技術(shù)不需要對其分揀，直接輸出，這樣就會造成編碼速率的浪費(fèi)，所以我們?nèi)藶榈卦贏MR中添加一個語音識別模塊，對于低噪聲環(huán)境或單音頻模式，自動降低編碼速率，節(jié)省系統(tǒng)帶寬，可以利用這個帶寬放置糾錯碼信息，以保護(hù)監(jiān)督傳送信息的準(zhǔn)確性，最大限度地降低誤碼率，提高系統(tǒng)性能。

AMR技術(shù)的糾錯碼信息還有分類警示功能，在傳送信息的同時，告知接收端如果信息出錯，那么是在信息的那個部位發(fā)生了差錯，通過反饋信道返回后，將這部分信息進(jìn)行重新發(fā)送，直到準(zhǔn)確為止，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，同時也減輕了系統(tǒng)發(fā)送端的檢錯任務(wù)。如果系統(tǒng)帶寬允許或傳送信息量不是很大的時候，我們還可以增加糾錯功能，在接收端判斷信息錯誤位置后，同步進(jìn)行糾錯，這樣就會節(jié)省傳輸時間，即系統(tǒng)的響應(yīng)特性會大大改善。

AMR模式集中的每個聲碼器都有最佳的工作范圍，在一定的信道條件范圍內(nèi)某一聲碼器通話器質(zhì)量是所有合成語音中最優(yōu)的，AMR編碼模式的選擇必須滿足兩個條件。

1）聲碼器的可識別范圍要覆蓋系統(tǒng)所有工作帶寬；

2）模式之間切換要盡量使用軟切換，和平滑過渡，不要在模式間切換時發(fā)生誤碼率急劇上升的現(xiàn)象。

同時還應(yīng)注意模式集維數(shù)不能過大，否則用來確定工作模式的模式索引會占據(jù)過多頻帶資源，而且會造成整個系統(tǒng)不必要的頻繁切換。

我們知道，如果不斷進(jìn)行工作模式的切換，就會造成系統(tǒng)輸出特性抖動的現(xiàn)象，即輸出電平不穩(wěn)，這會大大影響輸出端的誤碼率，對于數(shù)字通訊設(shè)備，如果發(fā)生門限效應(yīng)，信噪比就會急劇惡化，語音信號在接收端也就不能理想輸出。

有限的頻帶資源應(yīng)該主要分配常用工作模式，并且要預(yù)留保護(hù)帶寬，否則極易造成交互調(diào)制現(xiàn)象，影響信道特性，不能正常接收語音信號。

自適應(yīng)技術(shù)在錄音，即語音合成階段的優(yōu)勢，主要是動態(tài)特性很好，能夠根據(jù)不同場合，不同錄制任務(wù)及時調(diào)節(jié)信道參數(shù)以適應(yīng)音頻的特性，使之最大程度與目標(biāo)音頻進(jìn)行匹配，并同時盡可能多地濾除或抑制掉其它音頻信號，達(dá)到即時切換目標(biāo)語音都能夠清晰輸出的目的。

2 結(jié)論

自適應(yīng)多速率編碼技術(shù)的特點(diǎn)就在于能夠自主識別目標(biāo)語音信號并進(jìn)行鎖定輸出，在信源編碼和信道編碼之間動態(tài)分配編碼比特，編碼模式切換靈活，不僅提高了合成語音質(zhì)量，還提高了系統(tǒng)的效率，AMR技術(shù)不僅可以應(yīng)用在多音頻環(huán)境下的錄音系統(tǒng)中，在其它系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中也有很好的應(yīng)用效果和表現(xiàn)?，F(xiàn)在，語音編碼技術(shù)不僅受到相關(guān)研究部門、應(yīng)用部門的重視，而且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂也提到了議程上，因為標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)生產(chǎn)的重要前提，對通信體制的確定有很大影響。目前，關(guān)于低速率語音編碼的算法發(fā)展很快，其中AMR是其中非常重要的一種，應(yīng)用的范圍也是相當(dāng)廣泛，人們將從中獲得極大的效益。這些對于推動語音編碼技術(shù)的發(fā)展是十分有意義的。

[1]鮑長春.低比特率數(shù)字語音編碼基礎(chǔ)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[2]樊昌信.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[3]李昌立.語音編碼實用教程[M].北京：人民郵電出版社，2008.