基于壓縮感知的語(yǔ)音信號(hào)重構(gòu)方法研究.pdf

1、蓬勃發(fā)展的壓縮感知(CompressedSensing)理論提供了一種非常簡(jiǎn)單有效的信號(hào)獲取方式，借助于重構(gòu)算法它可以用低于奈奎斯特率的采樣來(lái)恢復(fù)原始信號(hào)。隨著CS理論在信號(hào)處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在音頻和語(yǔ)音信號(hào)處理的研究中，該理論的應(yīng)用也日趨流行并成熟。
　　 本文主要將壓縮感知理論應(yīng)用到語(yǔ)音信號(hào)的重構(gòu)中，首先介紹CS理論的基本知識(shí)，然后深入研究語(yǔ)音信號(hào)在不同基上的稀疏性和測(cè)量矩陣及重構(gòu)算法對(duì)語(yǔ)音信號(hào)重構(gòu)效果的影響，最后還討論了

2、CS理論在移動(dòng)通信系統(tǒng)語(yǔ)音信號(hào)處理中的應(yīng)用。論文主要研究的工作概括如下：
　　 ·分析語(yǔ)音信號(hào)在不同基上的稀疏性，使用DCT及小波變換對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行稀疏分解，討論隨機(jī)、循環(huán)和托普利茲矩陣作為測(cè)量矩陣進(jìn)行非相關(guān)測(cè)量的效果，對(duì)比采用BP、OMP和StOMP重構(gòu)算法恢復(fù)信號(hào)效果的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)采用循環(huán)矩陣作為測(cè)量矩陣進(jìn)行重構(gòu)的結(jié)果較其他兩種矩陣具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和較低的誤差率；采用的改進(jìn)的逐步正交匹配追蹤算法(StOM

3、P算法)在運(yùn)行時(shí)間上大大縮減，但是效果較其他算法沒(méi)有太大差異。
　　 ·研究測(cè)量矩陣選取對(duì)語(yǔ)音信號(hào)重構(gòu)效果的影響，在介紹了結(jié)構(gòu)化隨機(jī)矩陣的相關(guān)知識(shí)后，對(duì)傳統(tǒng)隨機(jī)、托普利茲、循環(huán)等測(cè)量矩陣進(jìn)行改進(jìn)，并將稀疏對(duì)角矩陣應(yīng)用于測(cè)量矩陣完成對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的非相干測(cè)量。在語(yǔ)音信號(hào)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別采用稀疏對(duì)角結(jié)構(gòu)測(cè)量矩陣和傳統(tǒng)測(cè)量矩陣，對(duì)比它們使用StOMP算法重構(gòu)語(yǔ)音信號(hào)的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用改進(jìn)的稀疏對(duì)角循環(huán)矩陣重構(gòu)語(yǔ)音信號(hào)，較傳統(tǒng)矩陣重

4、構(gòu)的精確度有明顯提高，運(yùn)行時(shí)間也有明顯縮短。
　　 ·設(shè)計(jì)一個(gè)基于壓縮感知理論的移動(dòng)通信系統(tǒng)，將CS理論應(yīng)用到這種新型移動(dòng)通信系統(tǒng)語(yǔ)音信號(hào)處理的設(shè)計(jì)中，在傳輸端使用CS調(diào)制來(lái)壓縮語(yǔ)音信號(hào)并在接收端解CS調(diào)制來(lái)重構(gòu)原始信號(hào)，在不丟失重要信息的情況下實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)重構(gòu)并提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率。在真實(shí)語(yǔ)音信號(hào)上的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以誤差較小的有效重構(gòu)語(yǔ)音信號(hào)，且與小波壓縮相比CS的性能更好，在使用不同參數(shù)具有相同壓縮率時(shí)誤差更最