Разработка быстродействующих алгоритмов компрессии звуковых данных на основе дельта-преобразований второго порядка

• Автор: Хаджинов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.17, 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 201 с. : ил.

1.1. Особенности компрессии звуковых данных

1.2. Избыточности аудиосигналов

1.3. Методы оценки качества кодирования

1.4. Основные классы аудиосигналов.

1.5. Обзор стандартов кодирования речевых сигналов.

1.5.1. Импульснокодовая модуляция.

1.5.2. Л дантисты дифференциальная ИКМ АД1 ЛКМ

1.5.3. Дельтапреобразование первого порядка.

1.5.4. Вокодерное кодирование

1.6. Кодирование широкополосных речевых сигналов.

1.7. Кодирование широкополосных аудиосигналов

1.8. Методы определения активности звуковых фрагментов.
1.9. Выводы
2. РАЗРАБОТКА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ АЛГОРИТМОВ КОМПРЕССИИ
ЗВУКОВЫХ ДАННЫХ А ОСНОВЕ ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ДЕЛЬТАПРЕОБРАЗОВАНИЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА.
2.1. Особенности обработки аудиосигналов алгоритмами дельтапреог,разований.
2.2. Основные достоинства и недостатки известных алгоритмов дельтапреобразования.
2.3. Постановка задачи дельтапреобразования второго порядка.
2.4. Алгоритмы оптимизированных дельтапреобразований второго порядка
2.5. Принципы обработки аудиоданных модифицированным алгоритмом
ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ДЕЛЬТЛПРЕОБРЛЗОВЛНИЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА.
2.6. Алгоритмы кодирования аудиоданных с использованием оптимизированных
дельтапреобразований второго порядка
2.6.1. Алгоритм определения активности звукового фрагмента.
2.6.2. Алгоритм выбора веса кванта цифрового преобразования звукового фрагмента
2.6.3. Алгоритм поиска промежуточной частоты дискретизации входных аудиоданных
2.6.4. Алгоритм стыковки фрагментов аудиоданных
2.7. Выводы
3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ
КОМПРЕССИИ ЗВУКОВЫХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗИРОВАННЫХ
ДЕЛЬТАПРЕОБРАЗОВАНИЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА
3.1. Основные требования к программной модели разработанного метода
АУДИОКОДИРОВАНИЯ.
3.2. Структурная схема кодека звуковых данных
3.3. Формат храненияпередачи закодированных данных
3.4. Комплексная схема программной реализации кодека звуковых данных.
3.5. Анализ трудоемкости основных процедур разработанной программной модели
6 кодека звуковых данных.
3.6. Выводы
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗРАБОТАННОЙ ПРОГРАММНОЙ МОДЕЛИ АУДИОКОДЕКА НА ОСНОВЕ
ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ДЕЛЬТАПРЕОБРАЗОВАНИЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА.
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований
4.2. Анализ влияния длины фрагмента звуковых данных алгоритма дельтапреобразования второго порядка на качественные характеристики кодирования аудиосигналов различного типа
4.3. Анализ влияния шага сглаживания алгоритма дельтапреобразования второго порядка на качественные характеристики кодирования аудиосигналов различного типа
4.4. Анализ влияния соотношений между средней второй разностью и весом кванта цифрового преобразования алгоритма дельтапреобразования второго порядка на качественные характеристики кодирования аудиосигналов различного типа.
4.5. Сравнение характеристик алгоритмов определения активности звуковых фрагментов
4.6. Анализ режима компрессии с переменной скоростью выходного битового потока
4.7. Сравнительный анализ времени суммарной задержки
4.8. Выводы.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КОДЕКА АУДИОДАННЫХ НА ОСНОВЕ АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ДЕЛЬТАПРЕОБРАЗОВАНИЙ ВТОРОГО
ПОРЯДКА
5.1. Реализация модуля компрессии аудиоданных в виде системного кодека
5.2. Применение кодека аудиоданных в приложениях операционной системы
5.3. Разработка универсального интерфейса управления параметрами аудиокодека
5.4. Применение кодека аудиоданных для системы ВКС
5.6. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Задача компрессии речевых и аудиоданных не теряет своей значимости, несмотря на постоянный рост пропускных способностей сетей передачи данных. Главная задача сокращения расхода битов для представления звуковых отсчетов необходимость минимизации стоимости их передачи или хранения и обеспечение возможности передачи такого рода данных по сетям с ограниченной и постоянно изменяющейся пропускной способностью. Сокращение расхода битов для цифрового представления сигналов не только позволяет использовать цифровые сети передачи данных более эффективно, но и делает такую передачу менее чувствительной по сравнению с аналоговыми сигналами. Сжатие цифровых аудиоданных позволяет существенно расширить возможности использования пропускной способности сети передачи данных. Разработка алгоритмов компрессии ориентирована на использование в прикладных программах на персональных компьютерах и в рамках компьютерных сетей. В связи с высокой надежностью этих технических средств и достаточно низкой вероятности возникновения сбоев или ошибок в процессе работе в данной работе не рассматриваются аспекты работы алгоритмов компрессии в неустойчивых режимах. В то же время, работа рассматриваемых алгоритмов практически малочувствительна не уловима на слух к появлению редких одиночных ошибок. Дополнительные требования малая задержка при кодированиидекодировании, плавное снижение качества сигнала при ухудшении качества связи в мобильных сетях и при радиовещании. Задача компрессии звуковых данных может быть решена за счет устранения избыточностей, присутствующих в аудиосигналах. Избыточности аудиосигналов
Анализ звуковых сигналов показывает, что при переходе от одного отсчета к другому проявляется значительная статистическая избыточность. Например, коэффициент корреляции между соседними отсчетами речевого сигнала, следующими с частотой 8 кГц, составляет в общем случае 0. Это указывает на возможность значительной экономии полосы передачи, что можно осуществить за счет эффективных методов кодирования. В дополнение к корреляции для уменьшения скорости передачи кодированного аудиосигнала можно использовать и несколько других видов избыточности 2, 3. Большая часть отсчетов с малыми значениями, например в речевых сигналах, обусловлена паузами в разговоре. Отношение сигналшум при квантовании растет с увеличением амплитуды сигнала, поэтому система с равномерным квантованием создает избыточное качество. Болес эффективное использование кодового пространства достигается при использовании не одинаковых, а увеличивающихся по мере увеличения отсчетов шагов квантования. Данный принцип положен в основу алгоритмов импульснокодовой модуляции с компандированием. Хотя для передачи речевого сигнала требуется полоса в диапазоне 0. Гц , в любой момент времени определенные звуки могут быть построены только из колебаний нескольких частот в пределах этой полосы. Если звук имеет только несколько основных частот, то наблюдается сильная корреляция между большим числом отсчетов, относящихся к нескольким периодам колебаний, показанная на рисунке 1
Кодеры, использующие избыточность, обусловленную периодичностью речи, являются более сложными устройствами, чем кодеры, предназначенные только для удаления избыточностей в соседних отсчетах. Особенно большую часть сигнала паузы занимают в телефонных разговорах, когда при дуплексном соединении один абонент говорит, а другой слушает. Поэтому в таких системах широко используется цифровое статистическое уплотнение, при котором определяется речевая активность и передача отрезков речи ведется только при наличии активности. Физически маскировка слуха объясняется тем, что маскирующий звук вызывает подъем порога слышимости в области частот, близких к частоте маскирующего звука, в результате чего составляющие полезного звука, имевшие ранее уровень выше порогового, оказываются теперь либо вообще лежащими ниже порога слышимости, т. Рисунок 2 иллюстрирует процесс маскировки. Составляющая частоты2 не
будет воспринята вовсе, поскольку ее уровень ниже порога слышимости при маскировании. Составляющая частоты у будет восприниматься со значительно пониженным уровнем ощущения.