혼합 들뜸 선형 예측

Mixed-excitation linear prediction

MELP(Mixed-excitation linear prediction)는 주로 군사 애플리케이션 및 위성 통신, 안전한 음성 및 안전한 무선 장치에서 사용되는 미국 국방성의 음성 부호화 표준입니다.표준화 및 이후 개발은 NSA와 NATO가 주도하고 지원했다.

역사

최초의 MELP는 조지아공대 신호영상처리센터(CSIP) 대학원생 시절인 1995년경에 Alan McCree에 의해 발명되었으며, 원래의 MELP 관련 특허는 현재 만료되었습니다.그 최초의 음성 코더는 1997년에 표준화되어 MIL-STD-3005로 [2]알려져 있었다.이는 (a) 주파수 선택 고조파 부호화(FSHC), (b) Advanced Multi-Band Excitation(AMBE), (c) Enhanced Multiband Excitation(EMBE), (d) Synsoid Transformer(STE)를 포함한 미국 DoD 경쟁에서 다른 후보 보코더를 능가했다.MLP 보코더는 Waveform Interpolative(WI; 파형 보코더)보다 복잡도가 낮기 때문에 DoD 경쟁에서 승리하여 MIL-STD-3005에 [4]선정되었습니다.

MIL-STD-3005

1998년과 2001년 사이에, 새로운MELP-based vocoder율을 절반(i.e. 1200bit/s)에서,이고 실질적인 증강 MIL-STD-3005에 SignalCom(나중에 마이크로 소프트까지 후천적으로 얻은), Compandent,와 AT&T공사율을 절반(i.e. 1200bit/s)에서(를)추가 새로운 vocoder,(b)도 큰 진전이 encodin을 포함함으로써 추가됬다.g(를nalysis), (c) 대폭 개선된 디코딩(합성), (d) 백그라운드 노이즈 제거를 위한 노이즈-전처리, (e) 2400비트/초와 1200비트/초 비트스트림 사이의 트랜스코딩, (f) 새로운 포스트 필터.이 상당히 중요한 개발은 절반의 속도로 새로운 코더를 만들고 오래된 MLP 표준과 상호 운용할 수 있도록 하는 것을 목표로 했습니다.이 확장 MELP(일명 MELPe)는 2001년 MIL-STD-3005에 부속서 및 보충서 형태로 새로운 MIL-STD-3005로 채택되어 기존 MIL-STD-3005와 동일한 품질을 반값으로 실현했습니다.새로운 2400 bit/s MLPe의 가장 큰 장점 중 하나는 MLP와 동일한 비트포맷을 공유하기 때문에 레거시 MLP 시스템과 상호 운용할 수 있지만 양단에서 품질이 향상된다는 것입니다.MLPe는 특히 전장, 차량 및 항공기와 같은 소음 환경에서 모든 오래된 군사 표준보다 훨씬 더 나은 품질을 제공합니다.

STANAG-4591 (NATO)

2002년에는 광범위한 경쟁과 테스트 끝에 2400 및 1200bit/s US DoD MELPe가 NATO 표준(STANAG-4591)[5]으로 채택되었습니다.NATO의 테스트 성능 측정에는 음성 인텔리전스, 음성 품질, 스피커 인식, 언어 의존성, 스피커 의존성, 10개의 음향 노이즈 환경, 1% 미만의 전송 채널, 16kbps CVSD 보코더를 사용한 탠덤, 속삭임 음성 및 실시간 구현이 포함되었습니다.테스트 데이터에는 36,000개 이상의 파일, 즉 다양한 조건과 언어에서의 500시간 이상의 스피치가 포함되어 있습니다.새로운 NATO 표준에 대한 NATO 테스트의 일환으로, MELPe는 프랑스의 HSX(Harmonic Stochastic eXcitation) 및 터키의 SB-LPC(Split-Band Linear Predictive Coding)와 같은 오래된 보안 음성 표준과 비교하여 테스트되었다.그 후, MELPe는 NATO 경쟁에서도 우승을 차지해, 다른 모든 후보자의 품질 뿐만이 아니라, 모든 낡은 시큐어 음성 규격(CVSD, CELP, 및 LPC-10e)의 품질을 웃돌았습니다.NATO 경쟁은 MELPe가 처리량 요건을 감소시키면서 (음성 품질, 이해성 및 소음 내성 측면에서) 성능을 상당히 향상시켰다고 결론지었다.NATO의 테스트에는 상호운용성 테스트도 포함되었으며, 200시간 이상의 음성 데이터를 사용했으며, 전 세계 3개 테스트 연구소에서 실시되었다.Compandent Inc는 NSA 및 NATO를 위해 수행된 MELPe 기반 프로젝트의 일부로서 NSA 및 NATO에 MELCODER 장치로 알려진 특별한 테스트베드 플랫폼을 제공하여 MELPe의 실시간 구현을 위한 최고의 레퍼런스를 제공했습니다.MELCODER의 골든 레퍼런스에 기초한 Compandent의 저비용 FLEXI-232 Data Terminal Equipment(DTE; 데이터 단말 장치)는 매우 인기가 있으며 실시간, 다양한 채널 및 네트워크 및 필드 조건에서의 MELPe 평가 및 테스트에 널리 사용됩니다.

2005년에 탈레스 그룹(프랑스)에 의한 새로운 600비트/초 레이트의 MLPe가 NATO 표준 STANAG-4591에 추가되었습니다(2400/1200비트/[6]초 MLPe에 대해 수행된 광범위한 경쟁 및 테스트 없음).

300비트/초 MLP

2010년에는 MIT 링컨 연구소, Compandent, BBN 및 General Dynamics도 DARPA용으로 300비트/초 MELP 디바이스를 [7]개발했습니다.품질은 600비트/초 MELPe보다 좋았지만 알고리즘 지연은 더 길었습니다.

실장

MELPe는 보안 무선 장치, 위성 통신, VoIP 및 휴대 전화 애플리케이션을 포함한 많은 애플리케이션에서 구현되어 왔습니다.이러한 어플리케이션에서는 채널오류, 패킷 손실 및 동기화 손실을 방지하기 위해 추가 전문지식이 필요합니다.이러한 전문 지식을 얻으려면 MELPe의 오류에 대한 비트 감도를 이해해야 합니다.2400 bit/s 및 1200 bit/s MLPe에는 동기 비트가 포함되어 있어 시리얼 통신에 도움이 됩니다.

압축 수준

MELPe는 음성 압축을 위한 것입니다.8 kHz로 샘플링된 오디오 입력이 주어지면 MELPe 코덱은 64 kbit/s μ-Law G.711 데이터 스트림에 걸쳐 다음과 같은 압축률을 산출하여 프로토콜 오버헤드의 영향을 줄입니다.

비트레이트 G.711에 대한 압축비 페이로드 크기 페이로드 간격
2400 비트/초 26.7배 54비트 22.5 밀리초
1200 비트/초 53.3 X 81비트 67.5 밀리초
600 비트/초 106.7 X 54비트 90 밀리초

일반적으로 음성 부호화에는 비트레이트, 음성 품질, 지연(프레임사이즈 및 예측), 계산 복잡도, 다양한 스피커 및 언어에 대한 견고성, 다양한 백그라운드노이즈에 대한 견고성, 채널오류 건전성 및 패킷 손실 시 코덱스테이트 회복 등 다양한 측면의 트레이드오프가 포함됩니다.MELPe의 낮은 레이트(600 및 1200 bit/s)는 2400 bit/s 레이트의 슈퍼셋이기 때문에 알고리즘의 복잡도(예를 들어 MIPS)는 모든 레이트에서 거의 동일합니다.레이트가 낮을수록 프레임과 룩어헤드 및 코드북 크기가 증가하므로 더 많은 메모리가 필요합니다.

지적재산권

MELPe(및 그 파생 모델)는 Texas Instruments(2400비트/초 MLP 알고리즘/소스 코드), Microsoft(1200비트/초 트랜스코더), Thales Group(600비트/초 레이트), Compandent 및 AT&T(Noise Pre-Processor NPP)의 IPR 라이선스의 대상이 됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 저비트레이트 음성 부호화를 위한 혼합 들뜸 LPC 보코더 모델, Alan V. McCree, Thomas P. Barnweell, IEEE Trans, 1995.음성 및 오디오 처리(오리지널 MELP)
  2. ^ 2,400비트/초의 Mixed Excitation Linear Prediction(MELP; 혼합 들뜸 선형 예측), US DoD(MIL_STD-3005, 오리지널 MELP)에 의한 아날로그-디지털 변환
  3. ^ M.R. Bielfeld, L.M. Supplee, "DoD 2400 bps 보코더 선택 프로세스를 위한 테스트 프로그램 개발", 음향 음성 및 신호 처리 1996.ICASSP-96. 회의 절차. 1996 IEEE 국제회의, vol. 2, 페이지 1141-1144 vol. 2, 1996.
  4. ^ L.M. Supplee, R.P. Cohn, J.S. Collura, A.V. McCree, "MELP: 새로운 연방 표준 at 2400 bps", 음향 음성 및 신호 처리 1997.ICASSP-97. 1997 IEEE 국제회의, vol. 2, 페이지 1591-1594 vol.2, 1997.
  5. ^ 1200 및 2400 Bit/S NATO 상호 운용 가능한 협대역 음성 부호기, STANAG-4591, NATO
  6. ^ 600비트/S NATO 협대역 음성 부호기, STANAG-4591, NATO의 MELPe 변화
  7. ^ Alan McCree, Proc의 "MELP 매개변수의 공동 예측 벡터 양자화를 사용하는 확장 가능한 음성 보코더 프레임워크"IEEE Int.Conf. Audic., Speech, Signal Processing, 2006, 페이지I 705-708, 프랑스 툴루즈