准周期性波形的语音压缩方法技术

一种准周期性波形的语音压缩方法，是在一准周期性语音波形中取一个代表周期，其他的周期则用复制（Ｄｕｐｌｉｃａｔｅ）的方式产生，只记录振幅的变化及微小的周期变动，以达到压缩的目的。并可在Ｚ８０微处理器上做即时解压缩，只需简单的模拟至数字转换器（ＤＡＣ）即可播放，不需数字信号处理器（ＤＳＰ）及语音合成器（Ｓｐｅｅｃｈ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ），非常有利于中低档真人发音产品的应用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种语音压缩方法，特别是指一种。语音压缩是语音信号处理中一项非常重要的技术，几乎只要有语音的地方，都会使用到语音压缩技术，然而，以电子辞典为例，标榜以真人发音的功能，已成为电子辞典主要诉求的特色。为了提升中低档电子辞典在市场的竞争力，节省语音数据存储器并提高声音品质，一种只需简单的模拟至数字转换器(D/A Converter)即可实现即时解压缩及播放的语音压缩技术，遂成为一被关注的议题。本专利技术的语音压缩方法，为非固定(not constant；varying)压缩比特率(Bit Rate/Sec；bps)，其平均比特率视所需的压缩品质而定，对不同的语音可设定不同的压缩参数，可达到低于12kbps，记忆容量约为原音(8k Hz Sampling Rate，16bit，mono；128kbps)的1/10，并维持平均信号信噪比(Signal-to-Noise Ratio；SNR)约7-10dB以上，且其解压缩的运算量极低，目前已经以Z80程序处理撰写，并已实验证明可成功的在Z80微处理器上做即时解压缩，只需简单的D/A Converter即可播放，不需数字信号处理器(DSP)及语音合成器(Speech Synthesizer)。非常有利于中低档真人发音产品的应用。本专利技术提供一种，该方法至少包含下列步骤提供一语音(x)，并取一段该语音的音框(x’)(音框frame，取样的声波信号)； 计算该音框的周期，决定复制周期数(Duplicate)；从该周期中找出一代表周期，并计算该代表周期的长度(L)、数据(Data)与最大值(AMPmax)；计算每个该周期的最大值(AmpD)与变动量(ShiftD)；及依据一编码比特配置表进行参数编码，其中该周期的编码主要是以复制该代表周期的方式产生，依据该代表周期的该长度、该数据与该复制周期数进行编码，并记录每个该周期的该最大值与该变动量，最后填入FFH当作结束码。所述的准周期性波形的频谱变化现为固定不变。所述的该音框约20-25ms。所述的代表周期是利用一绝对振幅差异函数(Absolute MagnitudeDifference Function；AMDF)计算出。所述的计算每个该周期的该最大值与该变动量的步骤至少包含下列步骤(a)令D＝D+1；(b)令xp’＝x(MsMs+L-1)；(c)找出xp’的最大值(AmpD)；(d)令xp’＝xp’*AMPmax/AmpD，找出周期的变动量ShiftD及DistD(步骤150)，其中DistD=minshift(Σn(xp(n)-xp′(n+shift))2(xp2(n)+xp′2(n+shift)))]]>ShiftD=Indexof(minshift(Σn(xp(n)-xp′(n+shift))2(xp2(n)+xp′2(n+shift))))]]>shift～＝-P/4～P/4(e)计算已编码语音长度Ms＝Ms+L+ShjftD；(f)如果D＜D_min，回到步骤(a)；(g)回到步骤(a)直到DistD大于Dist Thrd为止。所述的编码比特配置表如下所示1.若D＞0，D≠FFH 其中D(Duplicate)复制份数L供复制的数据长度Data供复制的数据Amp 1第一份复制周期振幅Shjft 1第一份复制周期偏移量AmpD第D份复制周期振幅ShjftD第D份复制周期偏移量2.若D＝0，表示这个音框的数据全部为零； L零的个数 3.若D＝FFH，表示语音编码结束。 所述的原语音数据每个Sample是16时，压缩率＝数据长度/表长度＝[LD+(shift1+…+shiftD)]×2/(2+L+2D)。所述的原语音数据每个Sample是8时，压缩率＝数据长度/表长度＝[LD+(shift1+…+shiftD)]/(2+L+2D)。本专利技术如应用在语音合成的音素压缩上，可先把所有可共用的音素气音的部分移除。本专利技术可以在低阶的Z80微处理器上做在线(on-line)即时(real-time)解压缩及播放。本专利技术的有益效果为本专利技术提出一种，是特别针对有声语音信号做处理，首先，在PC上离线(off-line)对有声语音信号做波形编码，利用有声语音波形准周期性(quasi-periodic)的特性，利用相邻周期的波形的相似度，将数个周期以同一波形周期取代并记录每个周期的振幅变化及周期变化，以此编码方式来达到压缩的目的。然后，可在低阶的微处理器(如Z80微处理器)上做在线(on-line)即时(real-time)解压缩及播放，不需数字信号处理器(DSP)及语音合成器(Speech Synthesizer)，非常有利于中低档真人发音产品的应用。首先，输入语音x(步骤100)，设定Duplicate最小值D_min(步骤102)，设定误差边界值(Distortion Threshold)Dist Thrd(步骤104)，令已编码语音长度Ms＝0(步骤106)，令Duplicate＝0(步骤108)，并自x(Ms)点起取一段约20-25ms的语音音框长度M(步骤110)，再利用绝对振幅差异函数(Absolute Magnitude Difference Function；AMDF)，找出代表的周期长度P(步骤120)，其中AMDF(k)=Σn=0M-1|x′(n)-x′(n-k)|]]>P=indexof(mink(AMDF(k)))]]>k为可能的周期范围，对8kHz取样的语音而言，通常为k＝20，21…150；M为x’的语音长度。接着找出代表的周期xp＝x’(c1c2)(步骤130)，首先，找出x’的最大值AMPmax；接着在AMPmax位置前1/2-3/4周期间找出切点c1，并设定切点条件为x’(c1)＞0且x’(c1-1)≤0；并在AMPmax位置后1/2-3/4周期间找出切点c2，并设定切点条件为x’(c2+1)＞0且x’(c2)≤0。找出代表的周期xp＝x’(c1c2)(步骤130)后(长度为L＝c2-c1+1)，接着进行计算第D个周期的最大值AmpD(步骤140)，与周期的变动量ShiftD及DistD(步骤150)，其执行步骤为(a)令D＝D+1；(b)令xp’＝x(MsMs+L-1)；(c)找出xp’的最大值(AmpD)；(d)令xp’＝xp’*AMPmax/AmpD，找出周期的变动量ShiftD及DistD(步骤150)，其中DistD=minshift(Σn(xp(n)-xp′(n+shift))2(xp2(n)+xp′2(n+shift)))]]>ShiftD=Indexof(minshift(Σn(xp(n)-xp′(n+shift))2(xp2(n)+xp′2(n+shift))))]]>shift～＝-P/4～P/4(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准周期性波形的语音压缩方法，该方法至少包含下列步骤： 提供一语音（ｘ），并取一段该语音的音框（ｘ’）； 计算该音框的周期，决定复制周期数； 从该周期中找出一代表周期，并计算该代表周期的长度（Ｌ）、数据与最大值（ＡＭＰｍａｘ）； 计算每个该周期的最大值（ＡｍｐＤ）与变动量（ＳｈｉｆｔＤ）；及 依据一编码比特配置表进行参数编码，其中该周期的编码主要是以复制该代表周期的方式产生，依据该代表周期的该长度、该数据与该复制周期数进行编码，并记录每个该周期的该最大值与该变动量，最后填入ＦＦＨ当作结束码。

【技术特征摘要】
1.一种准周期性波形的语音压缩方法，该方法至少包含下列步骤提供一语音(x)，并取一段该语音的音框(x’)；计算该音框的周期，决定复制周期数；从该周期中找出一代表周期，并计算该代表周期的长度(L)、数据与最大值(AMPmax)；计算每个该周期的最大值(AmpD)与变动量(ShiftD)；及依据一编码比特配置表进行参数编码，其中该周期的编码主要是以复制该代表周期的方式产生，依据该代表周期的该长度、该数据与该复制周期数进行编码，并记录每个该周期的该最大值与该变动量，最后填入FFH当作结束码。2.如权利要求1所述的准周期性波形的语音压缩方法，其特征在于所述的准周期性波形的频谱变化现为固定不变。3.如权利要求1所述的准周期性波形的语音压缩方法，其特征在于所述的该音框约20-25ms。4.如权利要求1所述的准周期性波形的语音压缩方法，其特征在于所述的代表周期是利用一绝对振幅差异函数计算出。5.如权利要求1所述的准周期性波形的语音压缩方法，其特征在于计算每个该周期的该最大值与该变动量的步骤至少包含下列步骤(a)令D＝D+1；(b)令xp’＝x(MsMs+L-1)；(c)找出xp’的最大值(AmpD)；(d)令xp’＝xp’*AMPmax/AmpD，找出周期的变动量ShiftD及DistD，其中DistD=minshift(Σn(xp(n)-xp′(n+shift))2(xp2(n)+xp′2(n+shift)))]]>ShiftD=Indexof(minshift(&Sig...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凰琳，
申请(专利权)人：无敌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]