MATLAB实现的CELP语音编解码仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB实现了CELP语音编码与解码算法，包含线性预测分析、码本激励建模和残差处理等功能，支持语音高效压缩与高质量重建，适用于语音信号处理研究与教学。

详 情 说 明

基于CELP算法的语音编码与解码仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的CELP（Code Excited Linear Prediction，码激励线性预测）语音编解码仿真系统。该系统采用线性预测分析技术提取语音信号的频谱包络参数，并通过码本激励技术对线性预测残差进行建模，实现对语音信号的高效压缩编码和高质量重建。系统特别支持对GSM标准语音编码过程的模拟，并提供完整的性能评估功能。

功能特性

• 完整CELP架构: 实现自适应码本与固定码本合成的完整编解码流程
• 线性预测分析: 支持10-12阶LPC分析，提取语音信号频谱包络
• 码本激励技术: 采用矢量量化码本搜索技术对残差信号进行建模
• 高质量重建: 提供接近原始语音质量的重建语音输出
• GSM标准模拟: 可模拟GSM标准的语音编码过程和参数配置
• 性能评估: 提供压缩比、信噪比(SNR)、分段信噪比(SEGSNR)等量化指标
• 可视化分析: 支持频谱对比、LPC谱包络、激励信号时频分析等可视化功能

使用方法

输入要求

1. 语音文件: 支持.wav格式的单声道语音，采样率8kHz或16kHz
2. 编码配置: 帧长(20-30ms)、子帧数、LPC阶数(10-12阶)等参数
3. 码本数据: 预训练的激励码本文件
4. 分析参数: 预加重系数、感知加权滤波器参数等

输出结果

1. 编码数据流: 包含LPC系数、增益参数、码本索引的二进制编码流
2. 重建语音: 解码后的.wav格式语音文件
3. 性能报告: 压缩比、SNR、SEGSNR等性能指标分析报告
4. 对比可视化: 原始与重建语音的频谱对比图、LPC谱包络、激励分析图

运行流程

1. 配置编码参数和输入文件路径
2. 执行主程序启动编码过程
3. 系统自动完成分析、编码、解码全流程
4. 查看生成的性能报告和可视化结果

系统要求

• 操作系统: Windows/Linux/macOS
• 运行环境: MATLAB R2018a或更高版本
• 内存需求: 至少4GB RAM（推荐8GB）
• 存储空间: 至少1GB可用空间用于临时文件和输出结果

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，实现了完整的语音编解码处理流水线。该文件包含了语音信号的预处理、分帧加窗操作、线性预测分析、残差计算、码本搜索与激励合成等关键算法组件。同时整合了参数量化、比特流打包、解码重建以及性能评估等后续处理环节，并负责生成各类分析图表和输出文件。通过该文件可以执行从原始语音输入到重建语音输出的全流程处理，并获取系统的整体性能指标。