Code-excited linear prediction
ಕೋಡ್-ಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್ (ಸಿಇಎಲ್ಪಿ) ಒಂದು ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಟಿವ್ ಸ್ಪೀಚ್ ಕೋಡಿಂಗ್ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್ ಆಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಮೂಲತಃ ಮ್ಯಾನ್ಫ್ರೆಡ್ ಆರ್. ಶ್ರೋಡರ್ ಮತ್ತು ಬಿಷ್ಣು ಎಸ್. ಅಟಲ್ ಅವರು 1985 ರಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಆ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಇದು ಉಳಿದಿರುವ-ಉತ್ಸಾಹಭರಿತ ರೇಖೀಯ ಮುನ್ಸೂಚನೆ (ಆರ್ಇಎಲ್ಪಿ) ಮತ್ತು ರೇಖೀಯ ಮುನ್ಸೂಚಕ ಕೋಡಿಂಗ್ (ಎಲ್ಪಿಸಿ) ವೋಕೋಡರ್ಗಳಂತಹ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಎಫ್ಎಸ್-1015) ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಕಡಿಮೆ ಬಿಟ್-ದರದ ಕ್ರಮಾವಳಿಗಳಿಗಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಒದಗಿಸಿತು. ಅದರ ರೂಪಾಂತರಗಳಾದ ಬೀಜಗಣಿತದ ಸಿಇಎಲ್ಪಿ, ಸಡಿಲವಾದ ಸಿಇಎಲ್ಪಿ, ಕಡಿಮೆ-ವಿಳಂಬದ ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಮತ್ತು ವೆಕ್ಟರ್ ಸಮ್ ಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್ ಜೊತೆಗೆ, ಇದು ಪ್ರಸ್ತುತ ಹೆಚ್ಚು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಸ್ಪೀಚ್ ಕೋಡಿಂಗ್ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್ ಆಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ಎಂಪಿಇಜಿ-4 ಆಡಿಯೋ ಸ್ಪೀಚ್ ಕೋಡಿಂಗ್ನಲ್ಲಿಯೂ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಿಇಎಲ್ಪಿಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಒಂದು ವರ್ಗದ ಕ್ರಮಾವಳಿಗಳಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯ ಪದವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕೋಡೆಕ್ಗೆ ಅಲ್ಲ. ಹಿನ್ನೆಲೆ ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್ ನಾಲ್ಕು ಮುಖ್ಯ ವಿಚಾರಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆಃ ರೇಖೀಯ ಮುನ್ಸೂಚನೆ (ಎಲ್ಪಿ) ಮೂಲಕ ಭಾಷಣ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಮೂಲ-ಫಿಲ್ಟರ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಬಳಸುವುದು (ಪಠ್ಯಪುಸ್ತಕ "ಸ್ಪೀಚ್ ಕೋಡಿಂಗ್ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್" ಅನ್ನು ನೋಡಿ); ಎಲ್ಪಿ ಮಾದರಿಯ ಇನ್ಪುಟ್ (ಪ್ರಚೋದನೆ) ಆಗಿ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರ ಕೋಡ್ಬುಕ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವುದು; "ಗ್ರಹಿಕೆಯ ತೂಕದ ಡೊಮೇನ್ನಲ್ಲಿ" ಕ್ಲೋಸ್ಡ್-ಲೂಪ್ನಲ್ಲಿ ಹುಡುಕಾಟವನ್ನು ಮಾಡುವುದು. ವೆಕ್ಟರ್ ಕ್ವಾಂಟೈಸೇಶನ್ (VQ) ಅನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವುದು 1983 ರಲ್ಲಿ ಶ್ರೋಡರ್ ಮತ್ತು ಅಟಲ್ ಅವರು ಅನುಕರಿಸಿದ ಮೂಲ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್ ಅನ್ನು ಕ್ರೇ-1 ಸೂಪರ್ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ನಲ್ಲಿ ಚಲಾಯಿಸುವಾಗ 1 ಸೆಕೆಂಡ್ ಭಾಷಣವನ್ನು ಎನ್ಕೋಡ್ ಮಾಡಲು 150 ಸೆಕೆಂಡುಗಳು ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ. ಅಂದಿನಿಂದ, ಕೋಡ್ಬುಕ್ಗಳನ್ನು ಕಾರ್ಯಗತಗೊಳಿಸುವ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ವಿಧಾನಗಳು ಮತ್ತು ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳಲ್ಲಿನ ಸುಧಾರಣೆಗಳು ಮೊಬೈಲ್ ಫೋನ್ಗಳಂತಹ ಎಂಬೆಡೆಡ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್ ಅನ್ನು ಚಲಾಯಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸಿವೆ. ಸಿಇಎಲ್ಪಿಯ ಸಂಕೀರ್ಣ ಎನ್ಕೋಡಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅನ್ವೇಷಿಸುವ ಮೊದಲು ನಾವು ಇಲ್ಲಿ ಡಿಕೋಡರ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುತ್ತೇವೆ. ಚಿತ್ರ 1 ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಡಿಕೋಡರ್ ಅನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಥಿರವಾದ (ಅಕಾ) ಕೊಡುಗೆಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪ್ರಚೋದನೆಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಯಾದೃಚ್ಛಿಕ ಅಥವಾ ನಾವೀನ್ಯತೆ) ಮತ್ತು ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ (ಅಕಾ. ಪಿಚ್) ಕೋಡ್ ಪುಸ್ತಕಗಳುಃ ಸ್ಥಿರವಾದದ್ದು ಎಲ್ಲಿದೆ (ಅಕಾ. ಯಾದೃಚ್ಛಿಕ ಅಥವಾ ನಾವೀನ್ಯತೆ) ಕೋಡ್ಬುಕ್ ಕೊಡುಗೆ ಮತ್ತು ಇದು ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ (ಪಿಚ್) ಕೋಡ್ಬುಕ್ ಕೊಡುಗೆಯಾಗಿದೆ. ಸ್ಥಿರ ಕೋಡ್ಬುಕ್ ಒಂದು ವೆಕ್ಟರ್ ಕ್ವಾಂಟೈಸೇಶನ್ ನಿಘಂಟಾಗಿದ್ದು ಅದು (ಸೂಚ್ಯವಾಗಿ ಅಥವಾ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ) ಕೋಡೆಕ್ನಲ್ಲಿ ಹಾರ್ಡ್-ಕೋಡೆಡ್ ಆಗಿದೆ. ಈ ಕೋಡ್ಬುಕ್ ಬೀಜಗಣಿತ (ಎಸಿಇಎಲ್ಪಿ) ಆಗಿರಬಹುದು ಅಥವಾ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸಬಹುದು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ. ಸ್ಪೀಕ್ಸ್). ಅಡಾಪ್ಟಿವ್ ಕೋಡ್ ಪುಸ್ತಕದಲ್ಲಿನ ನಮೂದುಗಳು ಪ್ರಚೋದನೆಯ ವಿಳಂಬಿತ ಆವೃತ್ತಿಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತವೆ. ಇದು ಧ್ವನಿಯಂತಹ ನಿಯತಕಾಲಿಕ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಸಂಕೇತಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಚೋದನೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ಶೋಧಕವು ರೂಪದ ಆಲ್-ಪೋಲ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಇದನ್ನು ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್ ಫಿಲ್ಟರ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ರೇಖೀಯ ಮುನ್ಸೂಚನೆಯನ್ನು (ಲೆವಿನ್ಸನ್-ಡರ್ಬಿನ್ ಅಲ್ಗಾರಿದಮ್) ಬಳಸಿ ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆಲ್-ಪೋಲ್ ಫಿಲ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಮಾನವನ ಗಾಯನ ಪ್ರದೇಶದ ಉತ್ತಮ ಪ್ರಾತಿನಿಧ್ಯವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು ಸುಲಭ. ಸಿಇಎಲ್ಪಿಯ ಹಿಂದಿನ ಮುಖ್ಯ ತತ್ವವನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ-ಮೂಲಕ-ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆ (ಎಬಿಎಸ್) ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದರರ್ಥ ಮುಚ್ಚಿದ ಲೂಪ್ನಲ್ಲಿ ಡಿಕೋಡ್ ಮಾಡಲಾದ (ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆ) ಸಂಕೇತವನ್ನು ಗ್ರಹಿಕೆಯಿಂದ ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸುವ ಮೂಲಕ ಎನ್ಕೋಡಿಂಗ್ (ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ) ಅನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಿದ್ಧಾಂತದಲ್ಲಿ, ಸಾಧ್ಯವಿರುವ ಎಲ್ಲಾ ಬಿಟ್ ಸಂಯೋಜನೆಗಳನ್ನು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಧ್ವನಿಯ ಡಿಕೋಡ್ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಒಂದನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಸ್ಟ್ರೀಮ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಎರಡು ಕಾರಣಗಳಿಂದ ಆಚರಣೆಯಲ್ಲಿ ನಿಸ್ಸಂಶಯವಾಗಿ ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲಃ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯು ಪ್ರಸ್ತುತ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಯಾವುದೇ ಯಂತ್ರಾಂಶವನ್ನು ಮೀರಿದೆ ಮತ್ತು "ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಧ್ವನಿಯ" ಆಯ್ಕೆಯ ಮಾನದಂಡವು ಮಾನವ ಕೇಳುಗನನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಸೀಮಿತ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ಸಂಪನ್ಮೂಲಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನೈಜ-ಸಮಯದ ಎನ್ಕೋಡಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ, ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಹುಡುಕಾಟವನ್ನು ಸರಳವಾದ ಗ್ರಹಿಕೆಯ ತೂಕದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಣ್ಣ, ಹೆಚ್ಚು ನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದಾದ, ಅನುಕ್ರಮ ಹುಡುಕಾಟಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾಗಿ, ಎನ್ಕೋಡಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆಃ ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್ ಕೋಎಫಿಷಿಯೆಂಟ್ಗಳನ್ನು (ಎಲ್ಪಿಸಿ) ಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಮಾಣೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಲೈನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ಜೋಡಿಗಳಾಗಿ (ಎಲ್ಎಸ್ಪಿಗಳು). ಅಡಾಪ್ಟಿವ್ (ಪಿಚ್) ಕೋಡ್ಬುಕ್ ಅನ್ನು ಹುಡುಕಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಕೊಡುಗೆಯನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸ್ಥಿರವಾದ (ನಾವೀನ್ಯತೆ) ಕೋಡ್ ಪುಸ್ತಕವನ್ನು ಹುಡುಕಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ (ಎಲ್ಲಾ ಅಲ್ಲದಿದ್ದರೂ) ಆಧುನಿಕ ಆಡಿಯೋ ಕೋಡೆಕ್ಗಳು ಕೋಡಿಂಗ್ ಶಬ್ದವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುತ್ತವೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಇದು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಕಿವಿಯು ಅದನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗದ ಆವರ್ತನ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಕಿವಿಯು ವರ್ಣಪಟಲದ ಕೆಲವು ಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ಶಬ್ದಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಹಿಷ್ಣುತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ, ಅದು ಜೋರಾಗಿ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಯಾಗಿ ಇರುತ್ತದೆ. ಅದಕ್ಕಾಗಿಯೇ ಸರಳ ಚತುರ್ಭುಜ ದೋಷವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಬದಲು, ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಗ್ರಹಿಕೆಯ ತೂಕದ ಡೊಮೇನ್ನ ದೋಷವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ತೂಕದ ಫಿಲ್ಟರ್ W (z) ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ವಿಡ್ತ್ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಬಳಕೆಯಿಂದ LPC ಫಿಲ್ಟರ್ನಿಂದ ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆಃ ಎಲ್ಲಿ. MPEG-4 ಭಾಗ 3 ಅನ್ನು ಸಹ ನೋಡಿ (MPEG-4 ಆಡಿಯೋ ಆಬ್ಜೆಕ್ಟ್ ಪ್ರಕಾರವಾಗಿ CELP) G.728-ಕಡಿಮೆ-ವಿಳಂಬ ಕೋಡ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು 16 kbit/s ನಲ್ಲಿ ಭಾಷಣದ ಕೋಡಿಂಗ್ ಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್ G.718-ಎರಡು-ಹಂತದ ಕೋಡಿಂಗ್ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಾಗಿ (50-6400 Hz) ಕೆಳಗಿನ ಎರಡು ಪದರಗಳಿಗೆ CELP ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ G.729.1-ಮೂರು-ಹಂತದ ಕೋಡಿಂಗ್ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಕೆಳ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಾಗಿ (50-4000 Hz) CELP ಕೋಡಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಬಿ. ಎಸ್. ಅಟಲ್, "ದಿ ಹಿಸ್ಟರಿ ಆಫ್ ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್", ಐ. ಇ. ಇ. ಇ. ಸಿಗ್ನಲ್ ಪ್ರೊಸೆಸಿಂಗ್ ಮ್ಯಾಗಜೀನ್, ಸಂಪುಟ. 23, ಇಲ್ಲ. 2, ಮಾರ್ಚ್ 2006, ಪುಟಗಳು. 154-161. ಎಮ್. ಆರ್. ಶ್ರೋಡರ್ ಮತ್ತು ಬಿ. ಎಸ್. ಅಟಲ್, "ಕೋಡ್-ಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಷನ್ (ಸಿಇಎಲ್ಪಿ): ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಬಿಟ್ ದರಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮ-ಗುಣಮಟ್ಟದ ಭಾಷಣ", ಪ್ರೊಸೀಡಿಂಗ್ಸ್ ಆಫ್ ದಿ ಐಇಇಇ ಇಂಟರ್ನ್ಯಾಷನಲ್ ಕಾನ್ಫರೆನ್ಸ್ ಆನ್ ಅಕೌಸ್ಟಿಕ್ಸ್, ಸ್ಪೀಚ್, ಅಂಡ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಪ್ರೊಸೆಸಿಂಗ್ (ಐಸಿಎಎಸ್ಎಸ್ಪಿ), ಸಂಪುಟ. 10, ಪು. 937-940,1985. ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ಈ ಲೇಖನವು ಸಿಇಎಲ್ಪಿ 1016ಎ (ಸಿಇಎಲ್ಪಿ 3.2ಎ) ಮತ್ತು ಎಲ್ಪಿಸಿ 10ಇಗಳ ಸ್ಪೀಕ್ಸ್ ಕೊಡೆಕ್ ಕೈಪಿಡಿ ಉಲ್ಲೇಖ ಅನುಷ್ಠಾನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಕೆಲವು ಭಾಗಗಳನ್ನು Linux.Conf.Au ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸಲಾದ ಕಾಗದವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ. ಲೀನಿಯರ್ ಪ್ರಿಡಿಕ್ಟಿವ್ ಕೋಡಿಂಗ್ (ಎಲ್ಪಿಸಿ) ಆಯ್ದ ವಾಚನಗೋಷ್ಠಿಗಳು ಸಿಇಎಲ್ಪಿ ಕೋಡಿಂಗ್ ಸ್ಪೀಚ್ ಪ್ರೊಸೆಸಿಂಗ್ನ ಪರಿಚಯಃ ಎಲ್ಪಿಸಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ಮತ್ತು ಸಿಂಥೆಸಿಸ್ ಸ್ಪೀಚ್ ಕೊಡೆಕ್ಗಳ ಸಿದ್ಧಾಂತ