Étude de traitements en réception pour l'amélioration de la qualité de la parole : application au GSM

Speech quality enhancement for mobile radio systems by using a priori information at the receiver side

• Auteur / Autrice : Christophe Veaux
• Direction : Nicolas Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal et Images. Codage
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transmission numérique

Mots clés libres

Gsm

Error concealment

Joint decoding

Gmm

Speech coding

Soft decoding

Residual redundancy

Efr

Résumé

Dans les communications radio-mobiles, la qualité de la parole est fortement impactée par les erreurs résiduelles en sortie du décodeur canal. Celles-ci résultent des paquets d'erreurs introduits par le canal radio alors que les contraintes de complexité limitent les performances du codage canal. Parallèlement, ces mêmes contraintes font qu'il subsiste une redondance résiduelle en sortie du codeur de parole. Cette redondance résiduelle fournit une information a priori qui peut être exploitée au niveau du décodeur de parole pour minimiser l'erreur d'estimation des paramètres transmis, ou au niveau du décodeur canal pour minimiser le taux d'erreurs résiduelles. Nous étudions chacune de ces approches ainsi que leur combinaison dans le cas du GSM EFR. Au niveau du décodeur parole, nous modélisons la redondance résiduelle des paramètres du codeur à l'aide de mélanges de gaussiennes ce qui permet de réduire la complexité de l'estimation par rapport aux méthodes existantes et délivre une information plus riche sur la redondance résiduelle. Au décodeur canal, nous améliorons la prise en compte de la redondance résiduelle entre les bits d'une même trame par une technique de prédiction le long des chemins du treillis. Ces approches sont évaluées sur des simulations de transmission par l'algorithme PESQ de mesure objective de la qualité vocale. Le décodeur de parole exploitant la redondance résiduelle apparaît supérieur au décodeur classique du GSM EFR avec masquage d'erreur. En revanche, les performances du décodeur canal exploitant la redondance résiduelle sont sensibles à la correspondance choisie ente les éléments du dictionnaire de quantification et leur étiquetage binaire

In digital mobile radio systems, the speech quality can be severly degraded if the channel decoder produces residual bit errors due to heavy burst errors on the radio path. On the other hand, in most speech coding schemes some residual redundancy remains because of complexity and delay limitations. A solution for improving the speech quality consists in using a priori information based on source residual redundancy at the receiver side. In one approach, a priori information is used at the source decoder to perform optimal estimation of transmitted codec parameters. In another approach, a priori information is used at the channel decoder in oder to minimize the residual bit errors rate. We study both approaches and apply them to the GSM EFR. At the speech decoder level, we model the residual redundancy of speech codec parameters by using Gaussian mixtures. This model reduces the complexity when compared to state-of-art methods and provides a better representation of residual redundancy. At the channel decoder level, we introduce an efficient method to exploit intra-frame bit redundancy during the channel decoding process. In this method, the value of the bit being decoded is predicted from the bits already decoded along the treillis path. These methods are evaluated on simulations of radio transmission by an objective measure of speech quality. In all cases, the performance of the speech decoder using our residual redundancy model turns out to be better than the GSM EFR decoder with standard error concealment procedure. The performance of the channel decoder using residual redundancy is strongly dependent of the index assignment used by the quantifier