【正文】 間，而且由于初始碼書是從訓(xùn)練序列中選出來得，所以沒有空胞腔的問題。 但這種方法也存在一些問題 ，就是很可能選到一些不是典型的矢量作為碼字，因此該胞腔只有很少的矢量，特別是只剩下一個初始碼字，造成在某些空間將胞腔劃分的太細(xì)致，碼字中有很多個碼字得不到充分的利用，而有 些空間將胞腔分的過大， 所以 該方法比較適用于相對比較平穩(wěn)的序列。 二 分裂法 該 方法是 1980 年由 Linde,Buzo,Gray 提出的，先取一個較少碼字的碼書，用 LBG算 法對其優(yōu)化，對優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行分裂，得到較大的體積，較優(yōu)化的碼書再， 重復(fù)優(yōu)化，分裂，再優(yōu)化過程。如此反復(fù)，經(jīng)過 2logN 次設(shè)計，就得到所要求的有 N 個碼字的初始碼書。用分裂法形 成的初始碼書，其性能較好， 當(dāng)然矢量量化器的性能 也 較好，只是計算工作量比較大，隨著馬書中碼字的增加，計算量也迅速增加。 下面進(jìn)行說明 [4]。其實在別的設(shè)計算法中。 覆蓋算法的實現(xiàn) 覆蓋算法的基本原理及實現(xiàn)流程 覆蓋算法 的基本原理如下 [5]： 第一歩 給定一個失真半徑 r? ，任選一個訓(xùn)練矢量作為第一個碼字 1Y ，計算出此碼字相對訓(xùn)練序列 TS 中各個矢量的失真，凡失真小于 r? 的那些 TS 中的矢量，均屬于胞腔 1Y ，這樣確定的胞腔 1S 為 11{ ( , ) , }rS X d X Y X T S?? ? ? 式（ 28） 第二歩 在剩余的矢量之中，選一個訓(xùn)練矢量作為第二個碼字 2Y ，仍以與上述相同的矢量半徑計算 2Y 相對剩余 TS 中各矢量的失真，以 確定第二個胞腔 2S ，即 22{ ( , ) , }rS X d X Y X TS?? ? ? 式（ 29） 第三歩 按上述步驟，構(gòu)成新的胞腔 3S ， 4S ，??， 要不斷的修改失真半徑 r? 反內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 14 復(fù)多次修改，直至選出的碼字個數(shù)滿足碼書大小 N 的要求為止。該算 法是刪除算法的一種，因為它在設(shè)計過程中不斷合并，這個合并的過程不斷進(jìn)行直到胞腔數(shù)目達(dá)到開始 初始化失真半徑 r? ，訓(xùn)練序列 TS 碼書大小 N，設(shè)置失真半徑 增量 r M 是否等于 N 結(jié)束 改變失真半徑rrr???? 劃分胞腔，凡小于 失真小于 r? 的那些 TS 中的矢量，均屬于胞腔 iY ，{ ( , ) , }i i rS X d X Y X T S?? ? ? 計算生成的碼字個數(shù) M N Y 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 15 要求 [7]。 設(shè)訓(xùn)練矢量集為 0 1 1{ , , ... .., }MX x x x ?? ,該算法描述如下： 步驟 1：令碼字?jǐn)?shù) n=M,每個胞腔的質(zhì)心 iiyx? ， 0,1,......., 1iM??。 PNN算 法流程圖如下所示： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 16 圖（ 23） PNN算法流程圖 開始 訓(xùn)練序列 TS, 0 1 1{ , , ... .., }MX x x x ?? 碼字?jǐn)?shù) n=M，設(shè)置 碼字 iiyx? 0,1,......., 1iM??。它將數(shù)值分析、 矩陣計算 、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非 線性 動態(tài)系統(tǒng)的 建模 和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué) 領(lǐng)域 提供了一種全面的解 決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如 C、Fortran）的編輯模式。 矢量量化器 LBG算法的仿真及仿真結(jié)果分析 程序設(shè)計思 路 為了使程序簡短，運行容易，初始碼書的選取采用隨機選取法； 考慮到輸入數(shù)據(jù)有正值有負(fù)值，失真測度采用歐氏距離 均方誤差 [8]。 設(shè)置碼本維數(shù)是 5，碼書大小為 16，通過不斷迭代來修改碼書，直到小于失真門限 停止迭代，此時的碼書是最終的碼書。 程序運行結(jié)果： 語音長度 = 秒 取樣頻率 =8000 取樣點 /秒 sample_num = 200 s 初始碼書 = 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 18 0 0 0 0 cpu_time= pj_distort 平均失真 = Columns 1 through 10 Columns 11 through 12 xd_shizhen 相對失真 = Columns 1 through 10 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 19 Columns 11 through 12 0 N1 每個碼書的樣本個數(shù) = 11 12 10 12 11 5 14 19 10 9 6 2 20 24 22 13 j2 循環(huán)次數(shù) = 12 final_codebook= 輸入語音與碼書波形如下圖所示： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 20 0 2 4 6 8 10 12 14 161 0 . 500 . 51時間幅度輸入語音0 0 . 0 0 1 0 . 0 0 2 0 . 0 0 3 0 . 0 0 4 0 . 0 0 5 0 . 0 0 6 0 . 0 0 7 0 . 0 0 8 0 . 0 0 9 0 . 0 11 0 . 500 . 51時間幅度碼書 圖（ 31） 輸入語音與碼書波形圖 仿真結(jié)果 在對實際語音信號進(jìn)行 MATLAB仿真的過程中，通過改變語音數(shù)據(jù)量大小，碼書維數(shù)，失真門限，量化壓縮比四個參數(shù)，比對分析實驗結(jié)果的數(shù)據(jù) . 一 改變數(shù)據(jù)量 改變數(shù)據(jù)量大小，碼書中碼字個數(shù)隨之變化， 保持 量化壓縮比不變 表（ 31） LBG算法改變數(shù)據(jù)量的仿真結(jié)果 語音文件 參數(shù)類型 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 語音長度 15s 15s 15s 15s 樣本個數(shù) 1000 2020 5000 10000 碼書中碼字個數(shù) 80 160 400 800 碼字維數(shù) 5 5 5 5 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 21 量化壓縮比 失真門限 循環(huán)次數(shù) 10 13 14 14 平均失真 相對失真 運算時間 數(shù)據(jù)分析： 改變數(shù)據(jù)量大小 ：試驗用的是同一段語音，保持量化壓縮比 不變，使輸入訓(xùn)練序列大小分別為 1000,2020,5000， 10000，則碼書中碼字個數(shù)為 80,160,400,800 其他參數(shù) 設(shè)置不變 .結(jié)果如 上 表所示，循環(huán)次數(shù)為 10,13,14,14 呈現(xiàn)遞增趨勢，平均失真沒有規(guī)律，相對失真為 ,， ， 呈現(xiàn)遞減趨勢，運算時間為 ， ， 呈現(xiàn)遞減趨勢。 進(jìn)行大量的仿真說明：壓縮比越大，循環(huán)次數(shù)越多，平均失真 越大，運算量（運算時間）越多 三 改變碼書維數(shù) 表（ 33） LBG算法改變碼書維數(shù)的仿真結(jié)果 語音文件 參數(shù)類型 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 語音長度 15s 15s 15s 樣本個數(shù) 10000 10000 10000 碼書中碼字個數(shù) 640 640 640 碼字維數(shù) 5 8 11 量化壓縮比 失真門限 循環(huán)次數(shù) 15 14 13 平均失真 相對失真 運算時間 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 23 數(shù)據(jù)分析： 改變碼字維數(shù) ：試驗用的是同一段語音，使碼字維數(shù)分別為 5,8,11，其他參數(shù)設(shè)置不變 .結(jié)果如 上 表所示，循環(huán)次數(shù)為 15,14,13 呈現(xiàn)遞減趨勢，平均失真為 ， , 呈現(xiàn)遞增趨勢，相對失真為 ， ， 呈現(xiàn)遞減趨勢，運 算時間為 ， ， 呈現(xiàn)遞減趨勢。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 24 進(jìn)行大量的仿真說明： 失真門限越小，平均失真越小，相對時間越小，循環(huán)次數(shù)越大，運算量（運算時間）越大 仿真結(jié)論 一 保持量化壓縮比不變，輸入的數(shù)據(jù)量越大，相對失真越小，循環(huán)次數(shù)越多，運算量（運算時間）越大 ； 二 壓縮比越大，循環(huán)次數(shù)越多，平均失真越大，運算量（運算時間）越多 ； 三 碼書維數(shù)越大，循環(huán)次數(shù)越少，平均失真越大，相對失真越小，運算量（運算時間）越大 ； 四 失真門限越小，平均失真越小，相對失真越小，循環(huán)次數(shù)越大，運算量（運算時間）越大 。 具體的，程序輸入為 秒長的 8 比特，單聲道語音，取樣頻率為 8000hz，通過隨機選取的方法選取大小為 200 的初始碼書 設(shè)置碼本維數(shù)是 5，初始失真半徑為 ，通過不斷增大失真半徑迭代來修改碼書，直到碼書大小滿足 碼書大小 16停止迭代，此時的碼書是最終的碼書。 程序運行結(jié)果： 劃分胞腔次數(shù) = 1754 最終碼書中碼字個數(shù) = 16 最終失真半徑 = 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 25 每個胞腔中的向量數(shù) = 138 14 6 1 7 4 5 4 1 2 1 4 2 2 1 3 cpu_time= 仿真結(jié)果 在對實際語音信號進(jìn)行 MATLAB仿真的過程中，通過改變語音數(shù)據(jù)量大小，碼書維數(shù)，初始失真半徑，量化壓縮比四個參數(shù)，比對分析實驗結(jié)果的數(shù)據(jù) . 一 改變數(shù)據(jù)量 改變數(shù)據(jù)量大小，碼書中碼字個數(shù)隨之變化， 保持 量化壓縮比 不變 表（ 35） 覆蓋算法算法改變數(shù)據(jù)量的仿真結(jié)果 語音文件 參數(shù)類型 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 8比特 單聲道 采樣率為 8000 語音長度 15s 15s 15s 15s 樣本個數(shù) 50 100 200 400 碼書中碼字個數(shù) 4 8 16 32 碼字維數(shù) 5 5 5 5 量化壓縮比 初始失真半徑 最終失真半徑 空胞腔個數(shù) 0 0 4 5 劃分胞腔次數(shù) 107 84 1563 2373 運算時間 數(shù)據(jù)分析： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計 說明書 26 改變數(shù)據(jù)量大小 ：試驗用的是同一段語音，保持量化壓縮比 不變，使輸入訓(xùn)練序列大小分別為 50,100,200， 400，則碼書中碼字個數(shù)為 4,8,16,32，其他參數(shù)設(shè)置不變 .結(jié)果如 上 表所示，劃分胞腔次數(shù) 107,84,1563,84 基本呈現(xiàn)遞增趨勢，最終失真半徑為 ,， ， 呈現(xiàn)遞減趨勢，運算時間為 ， ， ，呈現(xiàn)遞增趨勢。 進(jìn)行大量的仿真說明： 結(jié)論：碼書維數(shù)越大，劃分胞腔次數(shù)越多，最終失真半徑越大，運算量（