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模擬結果與分析比較

第四章 ACELP 碼簿脈衝位置之快速搜尋法

4.3 模擬結果與分析比較

所以這種預選加上代換兩個脈衝的搜尋方法總搜尋迴圈數為 40+(6+32)×2=116 次,此計算迴圈數遠小於 G.729 語音編碼器使用的 焦點搜尋法,而我們關心的語音品質在下一節中作詳細的分析比較。

圖4-2 預選-脈衝代換搜尋法流程圖

我們先準備 15 組語音檔,其中包括男聲、女聲,男女聲中還包 括不同人所說話的聲音。我們將這些語音轉換成8kbps 取樣率的 PCM 格式後,再輸入各種不同脈衝搜尋方式的語音編碼器,包括巢狀搜尋 法、焦點搜尋法、最深樹狀搜尋法、脈衝代換搜尋法、代換2 根脈衝 搜尋法、預選-代換 1 根脈衝搜尋法、預選-代換 2 根脈衝搜尋法(預 選-脈衝代換搜尋法)以及不考慮自相關函數矩陣Φ的脈衝搜尋方 法。解碼後的語音再拿來與G.729 語音編碼器編碼出來的語音比較,

求取訊號雜訊比(SNR)與片段訊號雜訊比(SegSNR),以及以人耳聽 覺為準評分的MOS(Mean Opinion Score)。各種脈衝搜尋方式的計算 迴圈數如表4-1 所示,表中Φ欄為此搜尋法是否需要計算(4.1)式分母 之自相關函數矩陣,比率指的是各種搜尋法的計算迴圈數與焦點搜尋 法比較的比率。而以 15 個語音平均得到的語音品質結果如表 4-2 與 圖4-3 所示,圖中 X 座標軸的編號為各種脈衝位置搜尋方式如表 4-2。

圖4-4 及圖 4-5 為焦點搜尋法與預選-脈衝代換搜尋法的 15 組語音品 質比較。

在表4-1 及表 4-2 中,我們也將不考慮自相關函數時的簡易搜尋 列入其中比較。其中我們發現,不僅可以省去Φ的計算量,在搜尋時 也只需要 40 次的計算迴圈數以及省略很多繁複的乘法運算。而其語

音品質雖然在訊號雜訊比中明顯低於其他搜尋法,但在人耳聽覺上卻 感受不到明顯差異。

由表4-1 可知,使用脈衝代換搜尋法可以讓搜尋迴圈數降到很低 的次數,其中只代換一根脈衝的方法可使得其計算量只有焦點搜尋法 的5.6% 而已,而在表 4-2 的語音品質比較上,其 SNR 與 SegSNR 都 與焦點搜尋法得出品質相差不多,也就是可以盡量維持原本的語音品 質,在MOS 的主觀聽覺上,更是幾乎相同。

我們提出的預選-脈衝代換搜尋法,其計算迴圈數只有焦點搜尋 法的8.1% 的低比率,而其語音品質比只代換一根脈衝時的脈衝代換 搜尋法還更接近焦點搜尋法的語音品質,如圖 4-4 與圖 4-5。因此我 們的方法的確符合了(1)維持高語音品質而大量降低計算量,以及(2) 在各種不同ACELP 碼簿中皆可使用此脈衝搜尋法。固定碼簿原本在 使用焦點搜尋法的 G.729 語音編碼器中佔了 21% 的計算量,而使用 我們提出的預選-脈衝代換搜尋法後,在原本 G.729 語音編碼器編碼 端的計算量分布重新計算如圖4-6 所示,固定碼簿搜尋只佔了整個編 碼器的7.6% 左右。

表 4-1 各種脈衝搜尋法之計算迴圈數比較

脈衝搜尋方法 Φ 計算迴圈數 比率

巢狀搜尋法

8192 568.9%

焦點搜尋法(G.729)

1440 100%

最深樹狀搜尋法(G.729A)

320 22.2%

脈衝代換搜尋法

80 5.6%

預選-代換1 根脈衝搜尋法

64 4.4%

代換2 根脈衝搜尋法

308 21.4%

預選-脈衝代換搜尋法

116 8.1%

不考慮自相關函數計算

×

40 2.8%

表4-2 各種脈衝搜尋法之語音品質比較

脈衝搜尋方法 SNR(dB) segSNR(dB)

1. 巢狀搜尋法 7.3942 5.2781

2. 焦點搜尋法(G.729) 7.4066 5.2863 3. 最深樹狀搜尋法(G.729A) 7.3186 5.2233

4. 脈衝代換搜尋法 7.2832 5.1947

5. 預選-代換 1 根脈衝搜尋法 7.2261 5.1453 6. 代換 2 根脈衝搜尋法 7.2777 5.1983

7. 預選-脈衝代換搜尋法 7.3085 5.1515

8. 不考慮自相關函數計算 6.9597 4.9080

7.394 7.407 7.319 7.283 7.226 7.278 7.309 6.96

5.278 5.586 5.223 5.195 5.145 5.198 5.152 4.908

0 2 4 6 8

1 2 3 4 5 6 7 8

dB

SNR segSNR

圖 4-3 各種脈衝搜尋法編碼器之語音品質比較

焦點搜尋法 預選-脈衝代換搜尋法

0 2 4 6 8 10 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

speech index

SNR(dB)

圖4-4 焦點搜尋法與預選-脈衝代換搜尋法之 SNR 比較

0 2 4 6 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 speech index

segSNR

焦點搜尋法 預選-脈衝代換搜尋法

圖4-5 焦點搜尋法與預選-脈衝代換搜尋法之 segSNR 比較

圖4-6 預選-脈衝搜尋法編碼端計算量分布圖

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