基于压缩感知的语音信号处理与应用

发布时间：2017-07-13 21:13

  本文关键词：基于压缩感知的语音信号处理与应用

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【摘要】：语音信号数字化取样技术是建立在Nyquist取样定理之上的,众所周知,用不低于语音信号最高频率两倍的速率取样所得的语音数据中有大量冗余,在存储或传输之前经常要进行压缩编码,以节约存储资源或节约传输带宽。压缩感知的提出为信息采集技术开辟了新的道路,让信号以低于奈奎斯特速率取样成为了可能。论文基于此,研究了压缩感知用于语音信号处理,设计了基于该理论的语音信号编码系统。主要内容如下：一、介绍压缩感知基本原理及其关键技术,紧接着对语音信号稀疏表示做了研究,主要研究了语音在DCT基和小波基上的稀疏性。二、研究压缩感知运用于语音处理。在这一部分分别研究了测量矩阵构造以及不同测量矩阵在语音重构中的作用；重构算法的分类以及不同重构算法在语音重构中的作用。使用matlab软件仿真,对比实验结果看出：同样条件下采用最优测量矩阵得到的重构信号失真最小,但随机测量矩阵是最容易构造的；同样测量矩阵下,凸优化类重构算法重构信号效果好,但贪婪追踪类重构算法的计算复杂度较低,用时更短。三、对压缩感知运用于语音压缩编码进行了研究,设计了新的编码系统。结合编码系统的具体要求选择适合的稀疏基、测量矩阵和重构算法,通过实验中对比原语音与重构语音,具体研究了该编码方案下不同参数设置对语音信号重构效果的影响。该编码方案在编码端采用随机高斯矩阵对语音信号进行观测,得到较少的观测值,然后使用矢量量化编码进一步压缩数据；在解码端,通过矢量量化解码得到观测值,根据语音信号在离散余弦域中的稀疏性,用正交匹配追踪算法重构语音信号。所用算法,在确保语音信号一定重构质量的条件下降低计算复杂度,减小时延。实验结果表明,对于取样率为44100Hz,量化位数为16bit,码速率为705.6Kbps单声道语音信号压缩到100Kbps左右仍具有较好的语音质量,同时算法时间延迟低。
【关键词】：压缩感知 离散余弦变换 矢量量化 正交匹配追踪
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8
• 1.2 压缩感知的研究现状8-9
• 1.3 压缩感知应用于语音信号处理的研究现状9-10
• 1.4 语音编码的发展概况10-11
• 1.5 论文的研究内容及章节安排11-14
• 1.5.1 论文的研究内容11-12
• 1.5.2 论文的章节安排12-14
• 第二章 压缩感知14-20
• 2.1 压缩感知的数学模型14-15
• 2.2 信号的稀疏表示15-16
• 2.3 测量矩阵16-18
• 2.3.1 RIP性质17-18
• 2.4 重构算法18
• 2.5 本章小结18-20
• 第三章 语音信号的稀疏表示20-34
• 3.1 语音的产生模型20-21
• 3.2 语音信号的基本特性21-22
• 3.3 语音信号在不同稀疏基上的稀疏性22-32
• 3.3.1 语音信号在DCT基上的稀疏性22-26
• 3.3.2 语音信号在小波基上的稀疏性26-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第四章 语音信号的观测与重构34-46
• 4.1 测量矩阵的比较34-40
• 4.1.1 测量矩阵分类34
• 4.1.2 随机测量矩阵的构造34-35
• 4.1.3 随机测量矩阵构造的改进方法35
• 4.1.4 确定性测量矩阵的构造35-36
• 4.1.5 最优观测36-39
• 4.1.6 测量矩阵的性能比较实验39-40
• 4.2 重构算法的比较40-45
• 4.2.1 重构算法的分类40-41
• 4.2.2 贪婪追踪类重构算法41-44
• 4.2.3 凸优化类重构算法44
• 4.2.4 重构算法性能比较实验44-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 基于压缩感知的语音信号编码46-58
• 5.1 编码系统设计46
• 5.2 矢量量化46-51
• 5.2.1 矢量量化原理46-47
• 5.2.2 失真测度47-48
• 5.2.3 LBG算法48-51
• 5.3 仿真实验51-56
• 5.4 本章小结56-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 总结58
• 展望58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间的研究成果64-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张春梅;尹忠科;肖明霞;;基于冗余字典的信号超完备表示与稀疏分解[J];科学通报;2006年06期

2 孙玉宝;肖亮;韦志辉;邵文泽;;基于Gabor感知多成份字典的图像稀疏表示算法研究[J];自动化学报;2008年11期

3 郭海燕;王天荆;杨震;;DCT域的语音信号自适应压缩感知[J];仪器仪表学报;2010年06期

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本文编号：538405