语言学习系统学生终端机的数字化研究

【摘要】：语言学习系统是一种重要的多媒体教学设备，对于提高学生外语听说能力有很大的辅助作用。它是语音处理技术在多媒体教学中的具体应用。目前国内外的相关产品以模拟系统为主，存在很多缺点，研制数字语言学习系统已成为必然趋势。 学生终端机是语言学习系统的关键部件之一，它的数字化处理对于整个系统有重要作用。它主要分为语音处理、人机交互通道、传输接口三大功能模块。语音处理是学生终端机的核心，主要完成语音采集、语音压缩解压缩和播放音频文件；人机交互通道包括液晶显示和键盘两部分，给学生提供了一个良好的人机交互接口；传输接口主要负责学生终端机和次交换机之间的数据传输。 语音数字化以后，码率大幅度上升，给系统的数据传输造成了很大的压力，因此进行语音压缩编码是非常必要的。语音压缩编码是本文研究的重点。共轭结构代数码激励线性预测(CS-ACELP)语音编码算法以其良好的综合性能成为我们的研究对象，它在8kbps码率下的合成音质不低于32kbps 的ADPCM的水平。 本论文所作的工作摘要如下： ①根据语音信号形成机理，介绍了语音信号生成的数字模型。并对语音信号处理中的关键技术(短时分析、线性预测分析、矢量量化和码激励线性预测)进行了介绍，为分析CS-ACELP算法的原理奠定了理论基础。 ②回顾了语音压缩编码的进展，重点介绍了CS-ACELP算法进行语音压缩编解码的原理。 ③CS-ACELP算法计算量大，给在DSP芯片内部的实时实现造成了难度。其中，LSP系数计算、基音检测、码本搜索等模块占了总的语音编码的70%～75%的计算量。为此，本文对基音检测、自适应码本搜索和固定码本搜索进行了改进研究，另外还对语音端点检测和采样率变换问题进行了研究，并采用MATLAB进行了算法仿真。 ④提出了学生终端机实现的系统方案，完成了学生终端机的软硬件设计，并在DSP芯片TMS320VC5402内部采用CS-ACELP算法实时实现了语音信号的编解码处理。