7.7.2 Mulli-pulse Excited LPCAtal s

7.7.2 Mulli-pulse Excited LPC

Atal showed that, no matter how well the pulse is positioned, exci-
tation by a single pulse per pitch period produces audible distortion. He there-
fore suggested using more than one pulse, typically eight per period, and
adjusting the individual pulse positions and amplitudes sequentially to mini-
mize a spectrally weighted mean square error. This technique called the multi-
pulse excited LPC (MPE-LPC) results in better speech quality, not only because
the prediction residual is better approximated by several pulses per pitch period,
but also because the multi-pulse algorithm does not require pitch detection. The
number of pulses used can be reduced, in particular for high pitched voices, by
incorporating a linear filter with a pitch loop in the synthesizer.



7.7.3 Code-Excited LPC
In this method, the coder and decoder have a predetermined code book of
stochastic (zero-mean white Gaussian) excitation signals [Sch85b]. For each
speech signal the transmitter searches through its code book of stochastic sig-
nals for the one that gives the best perceptual match to the sound when used as
an excitation to the LPC filter. The index of the code book where the best match
was found is then transmitted. The receiver uses this index to pick the correct
excitation signal for its synthesizer filter. The code excited LPC (CELP) coders
are extremely complex and can require more than 500 million multiply and add
operations per second. They can provide high quality even when the excitation is
coded at only 0.25 bits per sample. These coders can achieve transmission bit
rates as low as 4.8 kbps.
Figure 7.8 illustrates the procedure for selecting the optimum excitation
signal. The procedure is best illustrated through an example. Consider the cod-
ing of a short 5 ms block of speech signal. At a sampling frequency of 8 kHz, each
block consists of 40 speech samples. A bit rate of 1/4 bit per sample corresponds
to 10 bits per block. Therefore, there are 2m = 1024 possible sequences of length
40 for each block. Each member of the code book provides 40 samples of the exci-
tation signal with a scaling factor that is changed every 5 ms block. The scaled
samples are passed sequentially through two recursive filters, which introduce
voice periodicity and adjust the spectral envelope. The regenerated speech sam-
ples at the output of the second filter are compared with samples of the original
speech signal to form a difierence signal. The difference signal represents the
objective error in the regenerated speech signal. This is further processed
through a linear filter which amplifies the perceptually more important frequen-
cies and attenuates the perceptually less important frequencies.

Block diagram illustrating the CELP code book search.
Though computationally intensive, advances in DSP and VLSI technology
have made real-time implementation of CELP codecs possible. The CDMA digi-
tal cellular standard (lS-95) proposed by QUALCOMM uses a variable rate
CELP codec at 1.2 to 14.4 kbps. In 1995, QUALCOMM proposed QCELPI3, a
13.4 kbps CELP coder that operates on a 14.4 kbps channel.


7.7.4 Residual Excited LPC
The rationale behind the residual excited LPC (RELP) is related to that of
the DPCM technique in waveform coding [Del93]. In this class of LPC coders,
after estimating the model parameters (LP coefficients or related parameters)
and excitation parameters (voiced/unvoiced decision, pitch, gain) from a speech
frame, the speech is synthesized at the transmitter and subtracted from the orig-
inal speech signal to from a residual signal. The residual signal is quantized,
coded, and transmitted to the receiver along with the LPC model parameters. At
the receiver the residual error signal is added to the signal generated using the
model parameters to synthesize an approximation of the original speech signal.
The quality of the synthesized speech is improved due to the addition of the
residual error. Figure 7.9 shows a block diagram of a simple RELP codec.

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

7.7.2 Mulli-pulsa bersemangat LPCAtal menunjukkan bahwa, tidak peduli seberapa baik denyut nadi diposisikan, exci-tation oleh satu pulsa per periode pitch menghasilkan terdengar distorsi. Dia ada-kedepan menyarankan menggunakan lebih dari satu pulsa, biasanya delapan per periode, danmenyesuaikan posisi individu pulsa dan amplitudo secara berurutan untuk mini-pertumbuhan tanaman kesalahan spectrally tertimbang mean square. Teknik ini disebut multi-pulsa bersemangat LPC (MPE-LPC) hasil dalam pidato kualitas, bukan hanya karenaPrediksi sisa lebih baik diperkirakan oleh beberapa pulsa per periode pitch,tetapi juga karena algoritma multi pulse tidak memerlukan deteksi pitch. Thejumlah pulsa yang digunakan dapat dikurangi, khususnya untuk suara bernada tinggi, denganmenggabungkan filter linear dengan pitch loop di synthesizer.7.7.3 kode-senang LPCDalam metode ini, coder dan decoder memiliki buku telah ditetapkan kodeStochastic (nol-berarti putih Gaussian) eksitasi sinyal [Sch85b]. Untuk masing-masingpidato sinyal pemancar pencarian melalui kode buku stokastik sig-nals untuk salah satu yang memberikan persepsi terbaik pertandingan dengan suara ketika digunakan sebagaiEksitasi untuk LPC filter. Indeks Kode buku mana yang terbaik cocokditemukan kemudian ditransmisikan. Penerima menggunakan indeks ini untuk memilih yang benarEksitasi sinyal untuk para filter synthesizer. Kode bersemangat coders LPC (CELP)sangat kompleks dan dapat memerlukan lebih dari 500 juta multiply dan menambahkanoperasi per detik. Mereka dapat menyediakan berkualitas tinggi bahkan ketika eksitasikode di hanya 0.25 bit per sampel. Coders ini dapat mencapai transmisi yang sedikitharga serendah 4.8 kbps.7.8 gambar menggambarkan prosedur untuk memilih eksitasi optimalsinyal. Prosedur yang paling tepat digambarkan melalui contoh. Pertimbangkan cod-ing blok pendek 5 ms pidato sinyal. Pada frekuensi sampling 8 kHz, masing-masingblok terdiri dari 40 pidato sampel. Bit rate yang 1/4 bit per sampel sesuaiuntuk 10 bit per blok. Oleh karena itu, ada 2 m = 1024 mungkin sekuens panjang40 untuk setiap blok. Masing-masing anggota kode buku memberikan contoh-contoh 40 exci-tation sinyal dengan faktor skala yang berubah setiap blok 5 ms. Skalasampel yang berurutan melewati dua rekursif filters, yang memperkenalkansuara periodisitas dan menyesuaikan spektral amplop. Sam telah dibentuk pidato-ples pada output dari filter kedua yang dibandingkan dengan sampel yang aslipidato sinyal untuk membentuk sinyal difierence. Mewakili perbedaan sinyalobjektif kesalahan dalam sinyal atau pidato. Ini adalah diproses lebih lanjutmelalui linear filter amplifies yang frequen perseptual lebih penting -Cies dan melemahkan frekuensi perseptual kurang penting.Blok diagram menggambarkan Penelusuran Buku kode CELP.Meskipun produk intensif, kemajuan teknologi DSP dan VLSItelah membuat real-time pelaksanaan codec CELP mungkin. CDMA digi-Tal seluler standar (lS-95) diusulkan oleh QUALCOMM menggunakan variabel tingkatCELP codec di 1.2 untuk 14,4 kbps. Pada tahun 1995, QUALCOMM diusulkan QCELPI3,13.4 kbps CELP coder yang beroperasi pada saluran 14.4 kbps.7.7.4 sisa bersemangat LPCAlasan di balik sisa bersemangat LPC (RELP) berkaitan dengan yangDPCM teknik dalam gelombang coding [Del93]. Di kelas LPC coders,setelah memperkirakan parameter model (LP coefficients atau parameter terkait)dan parameter eksitasi (disuarakan/nirsuara keputusan, Lapangan, gain) dari pidatobingkai, pidato disintesis di pemancar dan dikurangi dari orig-pidato Inal sinyal dari sisa sinyal. Sinyal sisa terkuantisasi,kode, dan dikirim ke penerima dengan parameter model LPC. DiPenerima sinyal kesalahan sisa ditambahkan ke sinyal yang dihasilkan menggunakanmodel parameter untuk mensintesis perkiraan sinyal pidato asli.Kualitas disintesis pidato ditingkatkan karena penambahansisa kesalahan. 7,9 angka menunjukkan diagram blok codec RELP sederhana.