Nghiên cứu kĩ thuật mã hoá tiếng nói trong di động

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG II
_______________

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGHÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NIÊN KHOÁ: 2008-2013

Đề tài:
NGHIÊN CỨU KĨ THUẬT MÃ HOÁ TIẾNG
NÓI TRONG DI ĐỘNG

Mã số đề tài: 12 408160072


NI DUNG:
-  GII THIC V X NG
- O TI
-  
-  THNG GSM
- NG



Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đại Hoà
MSSV: 408160072
Lớp: Đ08VTA2

Giáo viên hƣớng dẫn: Phạm Thanh Đàm
MỤC LỤC

LờI Mở ĐầU 1
: GII THIC V X NG . 2
1.1 S  2
 3
1.3 T chc cm 4
 5
1.5 M 6
u ch 7
: O TI 9
2.1 Chui thoi 9
 10
 11
2.2.2 Vocal tract 12
 13
 13
2.2.3.2 Ph  15
2.2.3.3 Ph ng 17
2.2.3.4 Ph  18
2.3 Dng b lc ngun 18
2.3.1 Vocal tract 18
 18
2.3.3 Dng b lc ngun t 19
:   20
  20
 21
3.1.1.1 PCM (Pulse Code Modulation) 21
3.1.1.2 DM (Delta Modulation) 22

3.1.1.3 DPCM (Differential PCM) 22
3.1.1.4 ADPCM (Adaptive Differential PCM)-G.726 23
3.1.2  23
3.1.3 (Hybrid) 24
 25
a, D n hn STP (Short Term Predictor) 26
b, D n LTP (Long Term Predictor) 32
3.2. . 33
3.2.1 . 

t b 

 33
3.2.2. 





 34
3.2.3. 














 34
3.2.3.1. (MOS) 35
3.2.3.2. 



 35
  THNG GSM 36
4.1 C  tuyn cho h thng GSM 36
4.1.1 SBC- APCM 36
4.1.2 SBC-ADPCM 36
4.1.3 MPE-LTP 36
4.1.4 RPE-LTP 36
4.2 B -LTP 37
4.2.1 Tin x  37
4.2.2 L 39
4.2.3 Lc  41
 43
4.3B gi-LTP 45
4.3.1Gi 46
4.3.2Lc tng hp LTP 46
4.3.3Lc tng hp STP 47
4.3.4Hu x  47
: NG 50
KếT LUậN 52
TÀI LIệU THAM KHảO 53

CHữ VIếT TắT 54
MỤC LỤC HÌNH

u trong GSM 2
i A/D 3
i 3
 4
u ti 6
o thoi 9
a vocal tract 10
n thou thanh) ngn 11
 ph ca mn thou thanh) ngn 12
i gian ca /I/ trong t  14
 ph ca /I/ trong t  14
i gian ca /U/ trong t  15
 ph ca /U/ trong t  15
i gian cu t  16
 ph cu t  16
i gian c  17
ng b lc ngun t 19
 ng tng hp AbS 25
 th  t ca 8 h s  30
i quan h gia khung, a s Hamming 31
 -LTP 38
 ln hn 41
ng tn s (phi) ca b lc trng s 44
 u trong 4 chui con 44
 gi-LTP 46
ng 50

MỤC LỤC BẢNG

Bng  co th i cng Anh 13
Bng 2.2 V  ng Anh 17
Bng 2.3 V  ng trong ting Anh 17
Bng 2.4 V i vi ph ting Anh 18
Bng 4.1 37
Bng t  s LAR
c
(i) 40
Bng 4.3 N LAR (J=khi hin ti) 40
Bng 4.4 Bng t cho tham s khui LTP 42
Bng 4.5 V  a b -LTP trong khung
thoi 20ms 48


LI M U


SVTH: NGUY L Trang
1

Lời mở đầu

, 






















 

 
r




 , n thoi qua
ng, qua Internet hay qua v tinh, M







 





cu

 . ,  





 
cu



 



 



 .    ,








 



















.






 , vi m  
nh thc hi 
trong ng
N m 4  :
- Gii thic v x u trong ng.
- o ti
-  
-  thng GSM.
 c t c c hi
ting Matlab.
Em y Phng dn, t
  n th
thc hiu thit mong s nh th



I THIC V X NG


SVTH: NGUY L Trang

2
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONGDI
ĐỘNG

  





1Hình 1.1 Quá trình biến đổi tín hiệu trong GSM


1.1 Số hoá và mã hoá tiếng nói
c microphone bin  d.
Microphone bao gm mng t cut trong khe t ng ca mt
 ging d liu cn thing vu qua
b ldi trong khong tn s t c
biu s bng b bii
tn s ly mi mu bu s sau
c bi 104 kbps.
u s  a b bi i bng
b u thoi  dng s.
u c m bo thi gian th chp
nhi ta s dc ca k thu
ng s t ti truy c
i thm y, chui bit truy ng
s gim xung.

S 
n



M
T chc
cm
u ch
Gi
ngun
Gi

Gi
xen
Gii mt

u chnh
Giu
ch
Ti
Ti
I THIC V X NG


SVTH: NGUY L Trang
3

2Hình 1.2 Biến đổi A/D

u s  a b bi 
ty mn chng 160 mu).
 truyi ta s thay th t ca b l
y, 260 bit mng vi t truyn tht s 











3Hình 1.3 Mã hoá thoại

1.2 Mã hoá kênh
     i t  n truyn mt s      
khoa b t m m

sc nhiu l
B chuyi
A/D
Lu trong
khong t
(300Hz  3.4kHz)
B l
di
8000 ln/s
13 bit/mu
u s
104kbps
B chuyn
i A/D
u s
104kbps

LPC
RPE
L
T
P
B i





20 ms block
I THIC V X NG

SVTH: NGUY L Trang
4
B n b 
c bo v
c bo v), da theo tm quan trng cc t m ch
it lo
u ca loc bo v b n l
c t
3

bit lon l (185 bit) c b 
c: g
1
(x)=1+x
3
+x
4

2
(x)=1+x+x
3
+x
4
t
c bo vu ra c 
ng vi 22,8 kbps.

4Hình 1.4 Mã hoá kênh

1.3 Tổ chức cụm
Khi MS cn truy xu m c h thng cung cp cho mt khe thi
gian. Mi khe th 
ch chi       ng th   c g   
khong thi gian bo v 
Tu theo mi lo chc c
i cng GSM:
 Cụm thường (Normal Burst)

TB
3

57 
F
1
Chui ng dn
26 bit
F
1
57 

TB
3
GP
8.25
Cụm thƣờng (NB)
CRC3
Convolution
coder
50 bit
132 bit
78 bit
456 bit
I THIC V X NG


SVTH: NGUY L Trang
5
t  i cm.
Chung d nh khe thu
chu thu.
Mi cng ch57
bit, xen git chung dn chi u cm s
du.
 Cụm điều chỉnh tần số (Frequency Correction Burst)
Ca 142 bit c u khii tt
c s d
TB
3



TB
3
GB
8.25
Cụm điều chỉnh tần số (FC)
 Cng b (Synchronization Burst)
c s d ng b thi gian cho trng. Cm chc
m FN (s khung) ca TDMA 
nhn dng trm gc). Cc s d truy
TB
3

39 
Chung b
64 bit
39 
TB
3
GB
8.25
Cụm đồng bộ (SB)
 Cm truy xut (Access Burst)
c s du khin 1 chii.
TB
3

Chung b
41

36

TB
3
GP
68.25
Cụm truy xuất (AB)
 Cm gi (Dummy Burst)
C chc gi
tin gi, s dn hc s di gian ri.
TB
3

n hp
58
Chung dn
26 bit
n hp
58
TB
3
GP
8.25
Cụm giả (DB)
1.4 Ghép xen
 ng cng xy ra tng
ct bin ch hiu qu nh
hia chi ng m l i
v i ta chia khi bn tin cn gm ngn r  cm
I THIC V X NG

SVTH: NGUY L Trang
6
m ca khi by ra cm li bn tin ch
mt cm nh, phi ca bn tin v
phc lp xp lm ca bn tin theo th t  ph
c g
c t chc l
theo 8 na cm. Mi na cm cha 57 bit. Vic thc hin
c sau:

- Nh
-   450
- Nh, 11, 19  451
-   452
- Nh, 13, 21  453
-   454
- Nh, 15, 23  455
-   456
 mc th 2.  
thy bu ca mt t  th  u
a bn cm, b a bn cm tip theo.
Phi c u c 
v truyt mt t i cn 8 cp.

5Hình 1.5 Ghép xen tín hiệu tiếng nói
1.5 Mật mã hoá
I THIC V X NG

SVTH: NGUY L Trang
7
Ma mo mu trng truyn. Khi
p vt mi cuc gi

 thc hin m o ra mt chuu gi ngu
 kt hp vi chuu cn truyn.  u thu muc lu
i bit chui ng u thu, do vy chui ngc g
m
Mc bng cng XOR gia chui ngi 114 bit
ca c gii mt i ta thc hiu
thu vi chui ng
1.6 Điều chế
u ch n i t mu mang tin tc sang mu
i v tin tc mang theo.
u ch s    liu s   
p vn. K thut truyu
ch s  thut truy
Dng t
s(t) = A(t).cos[
0
 (1.1)


0
f :tn s 

Giu ch s c li vu ch s nhm phc hng
bit t dt, mhiu s  ng hoc
nhiu.

GSM s du ch n pha cc tiu GMSK (Gaussian
     u ch p d thut
u ch d gic h
 u ch i v

s(t) = A.cos[
0
(t) + 
0
] (1.2)
 i.

0
f n s 
(t)  thung s u ch

0
u
I THIC V X NG


SVTH: NGUY L Trang
8
i vu ch pha bn tr(t) = n
vng vu ch 
i vu ch (t) 

y
t
= k

i
f
i
(t - iT)
i
å

(1.3)
u ch 
i-1
, d
i
, d
i+1

k
i
= 1 nu d
i
= d
i-1

k
i
= -1 nu d
i
 d
i-1

f
i
(t)=
p
2T
b
t
, T
b
ng thi gian ca bit
Ta thy,  MSK nu u ch  th thc
(t) s i tuy n c li nu ch  th
(t) s i tuy n -
S  u ch MSK cng di tn s theo quan h

0
(t) + 
0
)
Nu chuu ch  1 hoc s n s sau:

1
f
1

0
+ 
b
)
Nu chuu ch 

tn s sau : 
2
f
2

0
- 
b
)
 thu hp ph tn cu ch, luu ch 
qua b lc Gauss.  GSM, b l  c s dng  d   
BT= rn.
M t dch tn nh.


O TI


SVTH: NGUY L Trang
9
CHƢƠNG 2: QUÁ TRÌNH TẠO TIẾNG NÓI

 hin phi hiu
ci, hiu v , sinh
c ng di
hin nay.
c to ra dvocal tract (tuy
ci hn cu thoi.
2.1 Chuỗi thoại
 i hi thoi vi nhau, mt

i nghe. Chui thoc t
 sp xnh xem th anh ta mun
t nht d bn ,
cm t  


6Hình 2.1 Quá trình tạo thoại
t hp v i d
u khi 

O TI


SVTH: NGUY L Trang
10
i t
 n
 n bit, hi 
c hi tip l
tip t  nhu chp. S hi ti
t cn thi  d 

2.2 Phát âm
Do ho a m
nhau. Khi ch phi s vocal tract 
u thot phc tp. B
hii ta thy r ng theo tn s trong mn thoi ng
nhiu dn theo tn s c g t. Ph
 tp trung  tn s cao, tn s thp hoc  t di tn s 
a ph  ng ca ca tho

i c t khc phi ta sp xp
c vng
cu tho.
 n hong ca vocal tract phi

 t ph ngt lu


7Hình 2.2 Phát âm của vocal tract

O TI


SVTH: NGUY L Trang
11
2.2.1 Kích thích
u tho phc bi
vocal tract  
rung t nhiu
tn s  cn s  thu chuyng ca vocal
tract.
T    ng: h 
o ra do s ng cc gu thanh. Tt
c t s ph c t
phi do s rung c vocal tract co thc gi
 m c
ph thu
- c chia nh lu phi ta tu
 thc hii
- Lu phu lon to ra do s co tht

vocal tract thc hi

mt dng hn hp c 
ch  t hay vng mt c
u thanh.
Pich
Tn s cc ta tuc gng
thi gian gim bm kng
 tic g

8Hình 2.3 Dạng sóng tiếng nói của đoạn thoại (âm hữu thanh) ngắn
O TI


SVTH: NGUY L Trang
12
2.3 cho ta di gian ca mn thou
thanh. Trc thi gian (ms). Tr  cao  m bt
n s ng 100 Hz.
2.2.2 Vocal tract
Kh t trong hai h s quan trn ti
u thanh hovocal tract i s 
 a vocal tract  n s cng
ng ca vocal tract i theo.
n s cnh ph nm  n s ng vi tng dng
va vocal tract. Tn s c c g    n s ca
c gn s formant.

9Hình 2.4 Log cƣờng độ phổ của một đoạn thoại (âm hữu thanh) ngắn

 trong mn ngn cu thanh. Trc x t 0
n 4000 Hz. Tr cng tn snh hu nhau 120
c pitch. Ba fo v 
Cách phát âm
Trong vocal tract, s co thng d t
tc to ra bi vocal tract ph
d c to ra b vocal
tract   hn ch  thuc
n s formantc ln tu
c to ra do mt s s co tht.
O TI


SVTH: NGUY L Trang
13
Phụ âm dừng c tt lu
cht ngt. Ph  

Phụ âm mũi c to ra do lu    gi
chuy
Vị trí phát âm
 m
co tht. V a vocal tract s ta ti.
t nh i t co th:
- M 
- M 
- M 
Trong t i s cha min sau c
o ra s co th
c to ra do v vocal tract  co thc thc hi dng

luc khi 

i  gi
i  sau ming
2.2.3 Âm vị
Chng c  tm c.
y, m
ng m.
2.2.3.1 Nguyên âm
 . Bng
 co th i.





Bng 1Bảng 2.1 Độ co thắt và vị trí lƣỡi của các nguyên âm trong tiếng Anh
n th d ph c
i gian cho thy tn s cu so vi /U/.
V 
Co tht
c
Gia
Sau
Cao
/i/ beet
/ER/ bird
/u/ boot

/E/ bet

/UH/ but
/OW/ bought
Thp
/ae/ bat

/a/ father
O TI


SVTH: NGUY L Trang
14

10Hình 2.5(a) Dạng sóng thời gian của /I/ trong từ “bit”




11Hình 2.5(b) Log cƣờng độ phổ của /I/ trong từ “bit”



O TI


SVTH: NGUY L Trang
15

12Hình 2.6(a) Dạng sóng thời gian của /U/ trong từ “foot”

13Hình 2.6(b) Log cƣờng độ phổ của /U/ trong từ “foot”
2.2.3.2 Phụ âm xát
Ph  yu tu lon ca luc g 
 c to ra do lu vocal tract co tht, bao gm c 
O TI


SVTH: NGUY L Trang
16
hu thanh l ng t li
b chung c.
 ph ca mt m
i gian giu ng ng
ng ph nh ph khong 2800 Hz.

14Hình 2.7(a) Dạng sóng thời gian của /sh/ trong âm bắt đầu từ “shop”


15Hình 2.7(b) Log cƣờng độ phổ của /sh/ trong âm bắt đầu từ “shop”
O TI


SVTH: NGUY L Trang
17
Co tht

u thanh

/f/ fit

/v/ vat

/THE/ thaw
/TH/ that
ng
/sh/ sap
/zh/ vision

/h/ help


Bng 2Bảng 2.2 Vị trí co thắt và phụ âm xát trong tiếng Anh
2.2.3.3 Phụ âm dừng
Ph  ngt ngt do co th
ch nhn xut hiu d 
 ng trong tic cho trong bng 2.3. S co th
nh v ng. Bng t ng gu
 ng.
Co tht

u thanh

/p/ pat
/b/ bat

/t/ tap
/d/ dip
ng
/k/ cat
/g/ good

Bng 3Bảng 2.3 Vị trí co thắt và phụ âm dừng trong tiếng Anh
 dt ch yt
xung kim. Do ch dng trong khong thi gian ngng l
u xut hin  cui mt t o
ra.

16Hình 2.8 Dạng sóng thời gian của /t/ khi phát âm từ “tap”
O TI


SVTH: NGUY L Trang
18
2.2.3.4 Phụ âm mũi
o ra do vocal tract 
 u thanh. Bng 2.4 li ng Anh. Do
ming th u thanh
t hp v 
vc.

Co tht
u thanh

/m/ map

/n/ no
ng
/ng/ hang

Bng 4Bảng 2.4 Vị trí co thắt đối với phụ âm mũi trong tiếng Anh

2.3 Dạng bộ lọc nguồn
 d u thoi, hu ht b  ng
vocal tract. D hu h
   i
vi gi   o li thoi
u.
Mt dng to thoc s dng nhng b lc ngun. B lc
ngung giu cung cp cho b lc ngun
u 
2.3.1 Vocal tract
C hc c t
c n s c
nhau. Tn s c s u khin
vocal tract t.
2.3.2 Kích thích
i vi tiu thanh, dn vocal
tract. D   rung. Dng
u trng. Nhiu trng ng
 bng phng  mi tn s t. Gi s nhiu trc to ra
 phn co tht. Mt s c to ra va bi mt
act co thc g
pha try, nhim v u
n c
O TI


SVTH: NGUY L Trang
19
2.3.3 Dạng bộ lọc nguồn tổng quát
 ng minh rng lu hia mt b lc ngun

tc ch  
i tu theo s i cu thoi. Dn
o ra mt di dinhi
 c v ng ph bng phng.   
 quynh trn. Tho 
c ca thoi gc, khnh tr kt hp v
 tp.










17Hình 2.9 Dạng bộ lọc nguồn tổng quát
ng, b lc ngun s kt hp quynh c
i vi mn thong ha khnh
trt chuyn mch v
c cung c to ra mt b lc vocal tract. B
lc s  cu thoi gc. Thc t
vocc to ra bng mt s m mt d 
 c lc b  to ra thoi tng h n tai
i nghe sao cho giu thou nht.


tu
Quynh

trn
Nhi

Vocal tract
Pitch

ti

Thoc
tng hp

vocal tract
  TI


SVTH: NGUY L Trang
20
CHƢƠNG 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP CƠ SỞ MÃ HOÁ TIẾNG NÓI

3.1 Các phƣơng pháp cơ sở mã hoá tiếng nói




 3 :
 

(waveform).
 (source).
 (hybrid): 






n.











 

 







 



 



 .  








  . 

















 . 
 



,   



 . B 






 (PCM),  (DM)  ,
  

 









 , 

16kbit/s.
B 











 . 




 (vocoder), 



  

 (Linear
Prediction Coding -  



 






  bit ln
1kbps.  


















, 
 






 n. 

1982, Atal
 

 , 





 .
, 





  . 








   






  




 ch, 





 , 






. Vi

 

 





  



(Analisis by Synthesis)
hi







 













  thu







.
Chỉ tiêu đánh giá thuật toán mã hoá:
- Hai m : 

  


. 









 .  




bps. 










 

















 


 . Vi












 . 








 

 

 






