[發明專利]一種水聲實時數字語音通信方法

有效

• 申請號: 201310183216.1
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103310793A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 胡曉毅;黃李海;解永軍;王德清
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G10L19/24
• 分類號: G10L19/24;H04L27/26
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及水聲語音通信，特別是涉及一種綜合采用改進型低速率語音壓縮編碼算法---600bps混合激勵線性預測(600bps?Mixed?Excitation?Linear?Prediction，簡稱MELP600)算法、卷積碼編碼算法、交織和五倍分集的正交頻分復用(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，簡稱OFDM)多載波調制算法的低功耗水聲實時數字語音的通信方法。

背景技術

目前，在水下利用聲波進行數字語音通信還處在一個起步階段，這主要是由于水聲信道有限的通信帶寬及其時變、空變等特性所決定的。隨著現代軍事的發展和人類利用和開發海洋步伐的加快，岸基人員與水下平臺、水下潛水員間的實時語音傳輸變得更為迫切。尤其是在水下蛙人潛水、對潛通信等場合，語音通信是最直接的通信手段。對于多徑嚴重的水聲信道，其可用頻帶窄，水聲通信的信息傳輸速率往往只有幾百比特到幾kbps。因此，為了更直接可靠的傳遞指揮、命令等重要信息，研究實現水下實時語音通信系統具有重要應用研究價值。

中國專利CN101257354A公開一種利用接收端語音庫，根據傳輸的漢語拼音代碼或者漢字發音代碼來合成語音信號。公開的方法主要適合應用在遠距離通信、對通信速率要求不高的場合，但其通信質量在很大程度上取決于語音識別軟件對不同話音的識別能力，且合成語音為標準普通話音，不能分辨出不同講話人，極大地限制了語音應用場景。

2010年哈爾濱工程大學報道了一種基于AMBE-2000的OFDM水聲語音通信系統。這個系統僅在實驗室進行了聯調實驗，取得了較為理想的通話效果。系統使用硬件聲碼器對系統后期維護和使用性造成不便，欠缺靈活性，同時加大了開發的難度。

2012年伊朗的設拉子大學Shiraz?University提出基于OFDM語音傳輸系統的水下移動機器人的設計與實現，完成了一個全數字化的水聲信道語音傳輸系統。該系統在兩個機器人的筆記本電腦上基于軟件傳輸和接收語音，對使用者帶來了攜帶的不便，同時也并未實現實時語音通信。

發明內容

為了克服現有的水聲語音通信技術存在的不足，本發明旨在提供具有可懂度高、自然度好、實時性強、可靠性強、功耗低、攜帶便捷、低速率的一種水聲實時數字語音通信方法。

本發明包括以下步驟：

1）在通信發送端的上位機，用音頻編碼器CODEC對話筒采集的模擬語音信號進行無損語音壓縮，得原始數字語音信號；

2）在通信發送端的上位機，將步驟1)所得的原始數字語音信號通過改進型低速率語音壓縮編碼算法MELP600進行低速率壓縮編碼，得壓縮后的數字語音信號；

3）在通信發送端的上位機，對步驟2)所得壓縮后的數字語音信號先卷積碼編碼后交織編碼；

4）在通信發送端的上位機，對步驟3)所得數據采用五倍分集的OFDM調制方式，得調制信號；

5）在通信發送端的下位機，對步驟4)所得的調制信號經過D/A轉換和功率放大，并最終通過換能器將調制后信號轉換成聲波在海洋水聲信道中傳播；

6）在通信接收端的下位機，通過換能器將海洋水聲信道中傳播的微弱聲信號接收轉換成電信號并經過低噪自動增益控制AGC放大濾波，得模擬信號；

7）在通信接收端的下位機，對步驟6)接收到的模擬信號經過A/D轉換并作FFT變換，檢測到同步后，喚醒上位機工作；

8）在通信接收端的上位機，對步驟7)采集的信號進行五倍分集的OFDM多載波解調，得解調數據；

9）在通信接收端的上位機，對步驟8)所得的解調數據進行解交織和卷積碼譯碼；

10）在通信接收端的上位機，對步驟9)所得的數據進行改進型低速率語音壓縮編碼算法MELP600譯碼，合成數字語音信號；

11）在通信接收端的上位機，用音頻編碼器CODEC將步驟10)所得的合成數字語音信號還原為模擬語音信號，并通過耳機播放。

在步驟1）中，所述音頻編碼器可選用采樣頻率為8kHz，采樣量化精度為16bits的TLV320AIC23B(以下簡稱AIC23B)音頻編碼器CODEC。

在步驟5）中，所述換能器可采用10～15kHz換能器。

在步驟6）中，所述換能器可采用10～15kHz換能器。

在步驟11）中，所述音頻編碼器可選用采樣頻率為8kHz，采樣量化精度為16bits的TLV320AIC23B(以下簡稱AIC23B)音頻編碼器CODEC。

本發明具有以下突出優點：