【正文】 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 34 趙曉群 教授 000in t[0 . 9 6 in t(0 . 2 5 / ) ] 。 ◆ 采用 DFT 時 ， 前面推導(dǎo)的 歸一化誤差應(yīng) 改寫 成 ： ◆ 也可 將幾個 相 鄰 諧波 頻帶 合并 成一個 頻帶 ， 根據(jù)該 頻 帶 總擬合誤差 作出該帶的 V/U 判決 。 故 按 下 列公式 確定 求和上限 q： 總擬合誤差 可以 改寫成 ： ◆ 對 10 個 候選基音頻率 ，逐個 計算 出 總擬合誤差 ， 使 其 最 小 的 ω0 是當(dāng)前幀 基音周期 的 精細(xì)估計值 。 因此， 最佳用下式 計算 ： ③ 計算 合成語音譜 。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 30 趙曉群 教授 110 2 / 2 5 6110( ) ( ) ( ) 。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 29 趙曉群 教授 圖 基音的精細(xì)估計 計算 Am(ω0) 計算 Xwr(l,ω0) ⊕ 計算 ε(ω0) 256點(diǎn) DFT 16384點(diǎn) DFT 產(chǎn)生 10個 ω0 候選值 minε(ω0) 0()mA ? 0( , )wrXl?0?0()??()RwnIT( ) ( )Rx n w n ()wXl0?0()?? ??0 { 9 / 8 , 7 / 8 , .. ., 7 / 8 , 9 / 8 , }I I I IT T T T T? ? ? ? ? ① 計算 窗 選 語音 和 窗函數(shù) 的 離散 Fourier 變換 。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 28 趙曉群 教授 0 0 00 0 00? ? ?( / ) 0 .8 5 ( / ) 1 .7 ( )? ? ?( / ) 0 .4 ( / ) 3 .5 ( )?( / ) 0 .0 5 F F FF F FFCE T n CE T n CE TCE T n CE T n CE TCE T n???和和00? ? / , ( 2 , 3 , 4 , 5 ) T T n n ?0? /T n D?0? /Tn0? /FT T n? 0?FTT? (2) 基音的 精細(xì) 估計 ?圖 ： 基音精細(xì)估計 的方框圖。 ,T T T T T T T T D? ? ? ? ?0 0 1 1 2 2? ?( ) ( ) ( ) ( )FCE T E T E T E T? ? ?12? ?,TT0?T?為防止 倍基音周期 ， 考慮 取 的可能性 。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 26 趙曉群 教授 。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 24 趙曉群 教授 圖 初始基音周期估計 后向 基音跟蹤 前向 基音跟蹤 比較基音 估計值 計算 誤差函數(shù) ( ) ( )LIx n w n()ETBTFTIT ① 計算 誤差函數(shù) ◆ 根據(jù) 歸一化總誤差能量 定義 ， 誤差函數(shù) E(T) 定義 為： 式中 wI(n) —— 歸一化三角形窗 函數(shù) ， 滿足 。 ?相鄰語音幀之間的 重疊量 是窗長的 函數(shù) ， 重疊量 = 窗長 幀移動量 （ 160 個 樣點(diǎn) ） 。 ?初始估計 得到 初始基音周期 ： TI， TI∈ D ={21,…,114} ， 精度 ： 1/2 采樣周期 ； 再 由 精細(xì)估計 得出 歸 最終 基音周期 ， 精度 ： 1/4 采樣周期 。 ?基音跟蹤算法 ： 在確定當(dāng)前幀的基音周期時要考慮 相鄰的 過去幀 和 將來幀 的影響。 6 177。 1 177。 高通濾波器 的 截止頻率 約 10 Hz， 傳遞函數(shù) 為 ： 2. 低通濾波 ◆ 低通濾波器 輸出的信號按下式計算 ： 低通濾波器 是 21 階 FIR 數(shù)字濾波器 ，其系數(shù)值列于 表 。 ?數(shù) 碼率較低 時（ kbit/s以下 ）， 精確到 1/4 ~ 1/8 樣 點(diǎn) 也就滿足要求了，這樣運(yùn)算量可以減少很多。 ◆ 采用 無偏擬合誤差公式 如下： ◆ 采用此修正后， 歸一化總誤差能量 應(yīng)寫成下列形式： 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 19 趙曉群 教授 2221()2( ) ( ) ( )dwnkXw n x n T k T??? ? ? ??????? ? ? ? ? ????????224( ) ( ) ( )1 ( )nkuBnw n x n T k TT w n????? ?? ? ???? ????????? ? ? ?224 2 2( ) ( ) ( )1 1 ( ) ( ) ( )( ) d2uB n kuBw nnw n x n T k TT w n w n x nX??????????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ????????????設(shè) 窗函數(shù) w(n) 長為 2N+1， 以 原點(diǎn)對稱 。 ◆ 令 頻率加權(quán)函數(shù) G(ω)=1，上式化簡為： ◆ 子帶判決： ◆ 可以將相鄰的幾個諧波頻帶 合并 成一個 子頻帶 ， 用上述同樣的方法 提取 ︱ Am ︳ 或 Am，并 進(jìn)行 V/U 判決 。 ◆ 因而，還需要對 T0/ T0/ … 處的 ε0 進(jìn)行 校核 ， 以判斷 正確 的 基音周期 ，從而確定 最佳基音周期 。 ?對于 假定 基音頻率 ω0 的每一個諧波， 計算 ︱ Am ︳ 或 Am ， 再求 出 各次諧波內(nèi) 的最小誤差 。此時， 應(yīng)選 噪聲 為激勵。 (M+1) ◆ 設(shè) 每個 分帶 [am, bm] 中 Hwr(ω) 保持不變， Hwr(ω)= Am， 則有： 式中 ε ——總的 加權(quán)方均譜 誤差； εm —— 第 m子帶 加權(quán)方均譜 誤差， 或 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 11 趙曉群 教授 21 ( ) ( ) ( ) d2mmbm w m w ra G X A E? ? ? ? ?? ???? ???21 ( ) ( ) ( ) d2mmbm w m w ra G X A E? ? ? ? ?????MmmM????? ?僅考慮 幅度譜 時 考慮 幅度、 相位譜 時 ?令 或 ， 由上兩式可分別 解得 一組 最佳 和 ： 或 ◆ 若 第 m 次諧波 的能量顯 周期性 ，則其能量集中在該諧波附近 。 ?本節(jié)主要內(nèi)容： 頻域分析 時域分析 INMARSATM 改進(jìn) MBE 模型分析算法 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 10 趙曉群 教授 頻域分析 1. 基音估計及各次諧波幅度的計算 ?設(shè) 基音周期 為 T0（ 基音角頻率 ω0=2π/T0 ）。 ?常用 次優(yōu) 算法，分兩步完成參數(shù)的提?。? ① 確定 基音頻率 和 每個分帶 的 譜包絡(luò) 參數(shù)，用 AbS 法 提取 ； ② 對 每個分帶 進(jìn)行 V/U 判決 。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音模型 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 6 趙曉群 教授 ?圖 ： 典型的 濁音 、 清音 和 混合語音 段的分析 合成情況。 ?激勵信號是 周期性信號 與 非周期性噪聲 按不同頻帶混合而成。 兩者皆從 原始語音信號 中分析 提取 。重點(diǎn)介紹 INMARSATM Voice Codec 標(biāo)準(zhǔn) 的算法。 ?1988 年 MIT 林肯實(shí)驗(yàn)室 提出 多帶激勵 （ MBE） 語音編碼 ， ◆ 突破 二元激勵的局限性，對 多個頻帶 逐個進(jìn)行 V/U 判決 ， 故稱為多帶激勵模型。 ?以上編碼器，當(dāng)噪聲較大時，因無法準(zhǔn)確提取參數(shù)， 性能 嚴(yán)重惡化 ； ?其它聲碼器，如 通道聲碼器 、 同態(tài)聲碼器 等也有同樣弱點(diǎn)。 ◆ 關(guān)鍵技術(shù)： 是保持了合成語音與原始語音波形的相似性。 ◆ 這類 混合編碼 ，在 ~16 kbit/s 碼率內(nèi)獲得巨大成功。 ◆ SNR 較高時， kbit/s 及以下碼率，語音 可懂度 相當(dāng)高。 ◆ 當(dāng)用 二元譜 來擬合時，合成語音 缺乏自然度 。 ?本章主要內(nèi)容： MBE 原理 ， 參數(shù)提取 方法， 合成語音 的方法。 ◆ 重建語音信號譜 Xwr(ω) 可表示為： 式中 Hwr(ω) —— 合成濾波器 的 系統(tǒng)函數(shù) ； Ewr(ω) —— 合成濾波器的 激勵信號 的 Fourier 變換 。 ◆ 清音帶： 用 白噪聲譜 作為 激勵信號譜 ； ◆ 濁音帶： 用 周期性 的 Pw(ω) 作為 激勵信號譜 。 ?若還利用譜的 相位 信息，則能夠合成出高質(zhì)量的語音。 第 11章 多帶激勵聲碼器 多帶激勵語音模型 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 7 趙曉群 教授 圖 MBE聲碼器語音編 /解碼器原理圖 清語音合成 濁語音合成 基音周期估計 諧波產(chǎn)生 頻帶劃分 幅度估計 清 /濁判決 相位計算 FFT ? 傳 輸 ? 輸出 Hamming窗 ()xn0TkA/VUk?0TkA/VUk?()wxn同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院