MELP (MELPe) 600, всё про него Опции

[kaktus_M]

Уважаемые форумчане!

Мозг требует постоянных движений в динамике,сложа руки сидеть никогда и не подумывал, а доступных исходников на MELP 600 бит/с я не видел.
Научные статьи на эту тему, которые довелось мне видеть, содержат финальные результаты и в кратце то, что было проделано.
Никакой конкретики нет и не было.

Поэтому осмелился восполнить пробел и сделать MELP 600 бит/с самому.
За основу были взяты исходники от MELP 2400 бит/с (референтный код, с плавающей точкой).
Заставив его собираться в GCC, начал эксперименты.

Как известно, исходный фрейм в MELP 2400 - это 22,5 мс, что соответствует 180 одноканальным семплам.
Биты фрейма расписываются так:
Линейно-спектральные частоты - 7+6+6+6 бит = 25 бит (10 LSF частот типа float(4 байта) векторно квантуются в 4 стадии)
Магнитуды Фурье: 10 бит
Энергия фрейма: 5 + 3 бита - квантуется по половине фрейма
Основной тон - 7 бит
Фильтры по 4-м полосам: 4 бита
Джиттер: 1бит
Синхробит - 1 бит

Путём экспериментов выяснил, несколько важных моментов:

1) Магнитуды Фурье можно выкинуть, вместо них домножить на 1.0
2) Синхробит- вообще не нужен
3) Джиттер - информация тривиальная и получается вычислением других данных

Получается, вместо 56 бит можно использовать только 44 бита без заметного ухудшения качества и распознаемости речи.

Далее, известно, что параметры человеческой речи могут быть описаны стационарно без потерь разборчивости на фреймах длительностью не более 40 мс.
Что соответствует 320 семплам при Fs=8кГц.
Именно фреймы такой длины используются в кодеке Codec2 (опции с малыми битрейтами).

Выбор между Codec2 и MELP2400 в качестве отправной точки тоже неслучаен.
Эксперименты показали, что Codec2 крайне не поддается шумоподавлению с помощью адаптивных фильтров - флуктуации помехи на фоне полезного сигнала сохраняются и ведут к резкому падению речевой разборчивости.
Зато MELP2400 отлично работает с адаптивным шумоподавителем, речь без дополнительных фоновых звуков.

Основная трудность: создание своей собственной кодовой книги путём векторного квантования.
Нужно из речевых фрагментов получать 10 LSP коэффициентов, затем их преобразовывать в LSF-коэффициенты.
Всё это отражено в исходниках MELP2400.

Проблема возникла на этапе векторного квантования LSF - было непонятно, как из векторов LSF оставить только те, которые нетривиальныпо отношению друг к другу.
Читал про LGB-алгоритми про центроиды: кроме теории практических примеров - ноль, не говоряуже о том что квантование должно быть мульти-стадийным.

Завершилась эпопея с кодовой книгой - путем скачивания с pudn.com программы одного китайского гражданина, которая после допиливанияделала то что надо!
А именно: из LSF-векторов строила кодовую книгу - оставляла нетривиальные вектора, да и причем уровень разрядности и количество стадий можно кастомно задать!

Не буду напрягать промежуточными изысканиями, скажу что данного битового распределения хватает чтобы получить MELP600:

LSF: 8 бит - одноуровневое векторное квантование (256 элементов кодовой книги из голоса конкретного диктора)
Gain: 5 бит - усиление усредняетсяза2 полуфрейма и квантуется скалярно 32 значениями
Pitch: 7 бит- тут без изменений
BPV: 4 бит- тоже без изменений

Итого 24 бита- ровно 3 байта на 1 фрейм.
Фрейм взят 40 мс - 320 семплов.

При таком раскладе получаем MELP со скоростью 600 бит/с.

Сделал несколько наглядных иллюстраций : 2 прикрепленых архива.
В каждом: оригинал + синтезированная вокодером запись.

Брал голоса дикторов (женский голос).

 Vahonina_Elvira.rar ( 913.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 56


Собственно вот в чём вопрос:

1) годится ли полученный MELP 600 бит/с в качестве вокодера для служебной радиосвязи?
2) какова разборчивость в процентах от всего звукового образца?

3) Помогите с векторным квантованием четырёх величин - по какому алгоритму можно проквантовать уровни громкости в 4-х соседних фреймах?

Звуковая иллюстрация второго диктора:

 Baldenkova_Svetlana.part1.rar ( 700 килобайт ) Кол-во скачиваний: 49

 Baldenkova_Svetlana.part2.rar ( 571.63 килобайт ) Кол-во скачиваний: 44

[_pv]

я сварщик не настоящий,
но 5E-17Вт на входных 50Омах это 50нВ, в полосе 1кГц это 1.6nV/rtHz, что в 1.75раз больше чем тепловой шум этих же 50Ом, соответственно 1кГц*log2(1+1.75) = 1.4кБит/с.
как получилось 12600?

[Dr.Alex]

А теперь со всем этим барахлом мы попытаемсо взлететь :-)))))))))))
— 50 Ом
— 50 нВ
— 1 кГц
— 1.6 nV
— rtHz

всё это здесь ненужный хлам.

Если уж так хочется в ваттах, то ладно.
-133 дБм вы прально посчитали: 5е-17 Вт,
теперь произведём ещё одно столь же бесполезное действие и узнаем,
что мощность теплового шума в ваттах есть 4е-21 Вт/Гц (а по праздникам вообще-то -174 дБм/Гц)

Далее. С какой стати вы заранее задали полосу в 1 кГц? Ну ладно, будь по-вашему.
Ошибка-то в другом месте, так что оставим.
Значит шум в этой полосе будет 4е-18 Вт. Итого у нас сигнал сильнее в 12.5 раз, а вовсе не в 1.75.

1кГц*log2(1+12.5) = 3755 бит/c

Если примете полосу численно равной скорости
(которая заранее не известна при вашем методе расчёта, но я уже посчитал 12600),
то шум окажется равным 4е-21 * 12600 = 5е-17 Вт, то есть равен сигналу.

Ну и 12600 * log2 (1 + 1) = 12600