录音设备在多音频环境下高质量再现技术浅析

罗曼

浙江传媒学院，浙江 杭州 310018

0 引言

人们的生活离不开声音。在人耳可以识别的音频范围内，人们多数情况下是通过语音来获取信息的，那么语音在复杂环境下的表现也就成为人们关注的焦点，如何最真实地在信号收发端录制以及播放语音信号就成为一个技术层面的热点问题。

进入21世纪以来，随着3G通信体制的高调出现，无线通信技术不论从信息收发技术角度来讲，还是终端设备的功能角度来说，都上升到了一个前所未有的层次，多媒体技术在提出若干年后，终于让人们看到了当初的美好憧憬，现在日益风靡的电子产品的消费就能说明这一点，我们也切实感受到了技术设备变革给我们带来的方便与快捷。

所有美好愿景的背后，是人们对于无线通信技术的依靠和信赖。人们渴望真实原始的声音，但是经过采样量化的数字化声音，数据量极为庞大。庞大的数据量对应模拟声音信号的多个频率，我们希望在某些时刻输出相应的音频信号，同时尽可能地抑制掉其它音频信号，这就需要自适应滤波技术，只需改变相应的抽头系数，就能实现这一目标，以下我们就自适应技术做一个简单的介绍。

1 自适应技术的概念及原理

自适应多码率（AMR）语音编码技术是欧洲电信标准协会提出的一种语音编解码标准，与固定码率编码技术相比，AMR提出了一种自适应的解决方案来跟踪快速变化的无线信道环境和本地流量情况，AMR语音编码基于码本激励线性预测CELP模型，具有多种编码速率模式，根据实时情况，AMR适时选择一种音频模式输出，从而达到语音编解码的最优组合，以满足我们对于音频信号处理的需求。

AMR各编码模式均基于码本激励线性预测CELP语音编码模型，CELP采用综合分析法，是一种典型的混合编码方案，在中低速率能够给出高质量的合成语音，且抗噪性能更好。

CELP声码器取样频率为8000Hz，语音帧长为20ms，每帧160个采样点，编码器对语音信号进行分析得到CELP模型中的各种参数，LP滤波器参数，自适应和固定码本标号及增益等。并将这些参数量化后编码传送到接受方，解码器对接受到的数据进行解码，重建出的激励信号通过LP滤波器，最后产生合成语音。AMR声码器采用非对称结构，即编码器远比解码器复杂，它包括以下模块：预处理、LPC分析、开环基音搜索、自适应码本搜索、固定码本搜索和滤波器更新等。

AMR技术的优势在于从多个音频信号中“拾取”出目标音频信号，然后对其放大，检波，输出，如果对于单音频信号，AMR技术不需要对其分拣，直接输出，这样就会造成编码速率的浪费，所以我们人为地在AMR中添加一个语音识别模块，对于低噪声环境或单音频模式，自动降低编码速率，节省系统带宽，可以利用这个带宽放置纠错码信息，以保护监督传送信息的准确性，最大限度地降低误码率，提高系统性能。

AMR技术的纠错码信息还有分类警示功能，在传送信息的同时，告知接收端如果信息出错，那么是在信息的那个部位发生了差错，通过反馈信道返回后，将这部分信息进行重新发送，直到准确为止，大大提高了系统的可靠性，同时也减轻了系统发送端的检错任务。如果系统带宽允许或传送信息量不是很大的时候，我们还可以增加纠错功能，在接收端判断信息错误位置后，同步进行纠错，这样就会节省传输时间，即系统的响应特性会大大改善。

AMR模式集中的每个声码器都有最佳的工作范围，在一定的信道条件范围内某一声码器通话器质量是所有合成语音中最优的，AMR编码模式的选择必须满足两个条件。

1）声码器的可识别范围要覆盖系统所有工作带宽；

2）模式之间切换要尽量使用软切换，和平滑过渡，不要在模式间切换时发生误码率急剧上升的现象。

同时还应注意模式集维数不能过大，否则用来确定工作模式的模式索引会占据过多频带资源，而且会造成整个系统不必要的频繁切换。

我们知道，如果不断进行工作模式的切换，就会造成系统输出特性抖动的现象，即输出电平不稳，这会大大影响输出端的误码率，对于数字通讯设备，如果发生门限效应，信噪比就会急剧恶化，语音信号在接收端也就不能理想输出。

有限的频带资源应该主要分配常用工作模式，并且要预留保护带宽，否则极易造成交互调制现象，影响信道特性，不能正常接收语音信号。

自适应技术在录音，即语音合成阶段的优势，主要是动态特性很好，能够根据不同场合，不同录制任务及时调节信道参数以适应音频的特性，使之最大程度与目标音频进行匹配，并同时尽可能多地滤除或抑制掉其它音频信号，达到即时切换目标语音都能够清晰输出的目的。

2 结论

自适应多速率编码技术的特点就在于能够自主识别目标语音信号并进行锁定输出，在信源编码和信道编码之间动态分配编码比特，编码模式切换灵活，不仅提高了合成语音质量，还提高了系统的效率，AMR技术不仅可以应用在多音频环境下的录音系统中，在其它系统和业务中也有很好的应用效果和表现。现在，语音编码技术不仅受到相关研究部门、应用部门的重视，而且相关标准的制订也提到了议程上，因为标准是工业生产的重要前提，对通信体制的确定有很大影响。目前，关于低速率语音编码的算法发展很快，其中AMR是其中非常重要的一种，应用的范围也是相当广泛，人们将从中获得极大的效益。这些对于推动语音编码技术的发展是十分有意义的。

[1]鲍长春.低比特率数字语音编码基础[M].北京：北京工业大学出版社，2001.

[2]樊昌信.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2005.

[3]李昌立.语音编码实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2008.