Файл: Лавриненко О.Ю. - Алгоритми та програмні засоби фільтрації і стиснення сигналів в ТКС.pdf

ЗМІСТ 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СКОРОЧЕНЬ, ТЕРМІНІВ ................................ 8 

ВСТУП .............................................................................................................................. 9 

1. ОГЛЯД МЕТОДІВ СТИСНЕННЯ МОВНИХ СИГНАЛІВ ...................................... 12 

1.1. Надмірність мовного сигналу .............................................................................. 12 

1.2. Імпульсно-кодова модуляція ............................................................................... 15 

1.3. Дельта-модуляція ................................................................................................. 16 

1.3.1. Лінійна дельта-модуляція ................................................................................. 16 

1.3.2. Адаптивна дельта-модуляція ............................................................................ 16 

1.4. Диференційна ІКМ ............................................................................................... 17 

1.5. Адаптивна диференційна ІКМ............................................................................. 18 

1.6. Кодер АДІКМ ....................................................................................................... 20 

1.7. Декодер АДІКМ ................................................................................................... 22 

1.8. Кодування мовних сигналів на основі лінійного передбачення ........................ 23 

1.9. Методи аналізу на основі лінійного передбачення ............................................ 24 

Висновки до розділу 1 ......................................................................................... 28 

2. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВЕЙВЛЕТ-ПЕРЕТВОРЕННЯ ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ 
ФУР’Є ............................................................................................................................. 30 

2.1. Перетворення Фур'є ............................................................................................. 30 

2.2. Віконне перетворення Фур’є ............................................................................... 31 

2.3. Інтегральне вейвлет-перетворення ...................................................................... 32 

2.4. Основні ознаки вейвлет-функції ......................................................................... 36 

2.5. Дискретне вейвлет-перетворення ........................................................................ 40 

2.6. Кратномасштабне подання сигналів ................................................................... 43 

2.7. Швидке вейвлет-перетворення ............................................................................ 47 

2.8. Вейвлет-функція Добеши .................................................................................... 53 

Висновки до розділу 2 ......................................................................................... 56 

3. ДОСЛІДЖЕННЯ АЛГОРИТМА СТИСНЕННЯ МОВНИХ СИГНАЛІВ ............... 58 

3.1.

Алгоритм стиснення цифрового мовного сигналу ............................................. 58 

3.2. Обгрунтування вибору ВП в якості первинного методу обробки мовних 
сигналів в алгоритмі стиснення ................................................................................. 64 

3.3.

Програмна реалізація алгоритму стиснення мовного сигналу в середовищі 

MATLAB ..................................................................................................................... 70 

Висновки до розділу 3 ......................................................................................... 73 

4. ОХОРОНА ПРАЦІ ..................................................................................................... 74 

4.1. Вступ ..................................................................................................................... 74 

4.2. Аналіз умов праці на робочому місці інженера дослідника .............................. 74 

4.2.1. Опис робочого місця інженера дослідника...................................................... 74 

4.2.2. Перелік шкідливих та небезпечних виробничих чинників що діють на 
інженера дослідника ................................................................................................... 75 

4.3. Аналіз шкідливих та небезпечних виробничих чинників, що діють на  
робочому місці інженера дослідника ......................................................................... 75 

4.3.1. Недостатність природного освітлення ............................................................. 75 

4.3.2. Мікроклімат робочої зони................................................................................. 76 

4.3.3. Виробничий шум робочої зони ........................................................................ 77 

4.4. Розробка заходів з охорони праці........................................................................ 78 

4.4.1. Недостатність природного освітлення ............................................................. 78 

4.4.2. Мікроклімат робочої зони................................................................................. 78 

4.5. Пожежна безпека .................................................................................................. 78 

4.6. Розрахунок коефіцієнта природного освітлення для лабораторії інженера 
дослідника ................................................................................................................... 80 

Висновки до розділу 4 ......................................................................................... 84 

5. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ................................................. 85 

5.1. Класифікація електромагнітних  полів  і  випромінювань ................................ 85 

5.2. Нормування електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону .... 87 

5.3. Вплив електромагнітних полів та випромінювань на живі організми та на 
людину ......................................................................................................................... 92 

5.4. Захист від електромагнітних випромінювань..................................................... 94 

5.5. Розробка заходів для захисту від електромагнітних полів ................................ 96 

Висновки до розділу 5 ....................................................................................... 101 

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ ............................................................................. 102 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ .............................................................. 105 

ДОДАТОК .................................................................................................................... 107

8 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СКОРОЧЕНЬ, ТЕРМІНІВ 

ІКМ 

імпульсно-кодова модуляція; 

ДМ 

дельта-модуляція; 

ЛДМ 

лінійна дельта-модуляція; 

ВП 

вейвлет-перетворення; 

ВПФ 

віконне перетворення Фур’є;  

ДВП 

дискретне вейвлет-перетворення; 

ДПФ 

дискретне перетворення Фур’є;  

ЕОМ 

електронна обчислювальна машина; 

АДМ 

адаптивна дельта-модуляція; 

ДІКМ 

диференційна ІКМ; 

КМА 

кратномасштабний (багато масштабний) аналіз; 

АДІКМ  адаптивна диференційна ІКМ; 

ЗВП 

зворотне вейвлет-перетворення; 

ПВП 

пряме вейвлет-перетворення; 

ПФ 

перетворення Фур’є;  

ІВП 

інтегральне вейвлет-перетворення; 

ШВП 

швидке вейвлет-перетворення; 

ЕМП 

електромагнітні  поля; 

ШПФ 

швидке перетворення Фур’є. 

9 

ВСТУП 

Методи  цифрової  обробки  і  передачі  мовних  сигналів  в  даний  час  інтенсивно 

розвиваються.  Це,  насамперед,  обумовлено  прогресом  в  області  цифрової  мікро-

схемотехніки,  завдяки  якому  з'явилася  реальна  можливість  виготовлення  складної 

апаратури  передачі  повідомлень,  а  також  цифрових  пристроїв  розпізнавання  мови, 

синтезу  мови  та  ін.  Перші  зразки  таких  пристроїв,  які  вже  освоєні  промисловістю, 

викликали  підвищений  інтерес  розробників  до  вивчення  сучасних  методів  і 

алгоритмів  цифрової  обробки  мови.  Обробка  мовного  сигналу  передбачає  в  першу 

чергу  формування  опису  на  основі  деякої  моделі  з  наступним  перетворенням 

отриманого  подання  в  необхідну  форму.  Останнім  кроком  у  процесі  обробки  є 

виділення  і  використання  інформаційного  змісту  сигналу.  Слід  зауважити,  що 

кінцева мета цифрової обробки сигналів така ж, як і при аналогової обробці. 

Тому  цифрові  методи  обробки  вимагають  спеціального  вивчення  в  рамках 

загальних  методів  обробки  сигналу.  Для  цього  є  ряд  серйозних  причин.  Перша,  і 

можливо  найбільш  важлива,  полягає  в  тому,  що  використання  цифрових  методів 

дозволяє  реалізувати  досить  складні  алгоритми  обробки.  Це  також  пов'язано  з 

успішним розвитком технології виготовлення цифрових пристроїв. Цифрові системи 

надійні і компактні. Технологія виробництва інтегральних схем досягла в даний час 

такого рівня, коли складна система обробки може бути реалізована у вигляді однієї 

мікросхеми. Швидкість виконання логічних операцій в мікросхемотехніки настільки 

висока,  що  в  більшості  випадків  системи  обробки  мовних  сигналів  можуть 

функціонувати  в  реальному  масштабі  часу.  Основне  завдання  обробки  та  передачі 

мови  -  створення  систем  низкоскоростной  передачі  з  високою  якістю  сприйняття 

сигналу, здатних функціонувати в реальних умовах.  

Однією  з  ключових  проблем  обробки  мовних  сигналів  є  скорочення 

надмірності  мовного  сигналу.  Вирішення  цієї  проблеми  дозволить  в  умовах 

заданого  критерію  якості  зв'язку  збільшити  пропускну  здатність  лінійних  трактів  і 

каналів передачі. Саме для скорочення надмірності  і призначене стиснення мовних 

10 

сигналів.  Зменшення  швидкості  передачі  мовного  сигналу,  при  збереженні  досить 

хорошої якості сприйняття мови, дозволяє збільшити пропускну здатність. 

Одним  з  основних  завдань  стиснення  мовних  сигналів  є  зменшення  потоку 

переданих  даних  по  цифровому  каналу  зв'язку  при  незначному  погіршенні  якості 

відновленої  мови  на  приймальній  стороні.  Оскільки  мовний  сигнал  являє  собою 

нестаціонарний  випадковий  процес,  то  для  його  обробки  було  запропоновано 

використати  вейвлет-перетворення  (ВП),  яке  дозволяє  розкласти  сигнал  за 

функціями,  локалізованим  як  в  частотній  області,  так  і  в  часовій  області.  У  силу 

цього,  ВП  дозволяє  ефективно  виділяти  часові  і  частотні  особливості  мовного 

сигналу.  Властивості  частотно-часової  локалізації  і  добре  розроблені  алгоритми 

швидкого вейвлет-перетворення ( ШВП ) обумовлюють широке застосування ВП  в 

галузі  аналізу  нестаціонарних  сигналів.  У  даній  роботі  був  досліджений  алгоритм 

стиснення  та  фільтрації  мовного  сигналу  з  використанням  ВП,  що  враховує 

нестаціонарний характер мовних сигналів.  

ВП  володіє  істотними  перевагами  в  порівнянні  з  перетворенням  Фур'є  (ПФ), 

тому  що  з  його  допомогою  можна  аналізувати  короткочасні  локальні  особливості 

сигналів,  наприклад,  короткі  сплески  чи  провали,  розриви  і  т.д.  Унікальні 

властивості  ВП  дозволяють  сконструювати  базис,  в  якому  представлення  даних 

може  виражатися  невеликою  кількістю  ненульових  коефіцієнтів.  Ця  властивість 

робить  ВП  привабливим  для    використування  його,  як  метод  первинної  обробки 

мовного сигналу для підвищення ефективності його стиснення. Безпосередньо стиск 

виконується  після  ВП,  для  коефіцієнтів  вейвлет-розкладання  сигналу,  а  його 

відновлення за цими коефіцієнтам проводиться на етапі вейвлет- реконструкції . 

Наукове  значення  даної  роботи  полягає  у  розробці  методів  стиснення  мовних 

сигналів при передачі мовної інформації по каналам зв’язку.  

Практичне значення роботи полягає у розробці обґрунтованих рекомендацій по 

стисненню мовних сигналів при передачі по каналу зв’язку.   

Метою роботи є підвищення якості стиснення мовних сигналів  каналів зв’язку.  

Завданням даної роботи є: 



огляд методів і способів підвищення якості стиснення мовних сигналів;