哈尔滨工程大学硕士学位论文
摘要
随着我国对海洋的开发逐渐深化，水下环境监测和水下资源开发在人们的生产生
活中发挥着重要作用。随着通信方式的多样化，水声通信方式也逐渐为大众所熟知。
但是由于水声通信技术起步较晚，技术还不够成熟，而且水声信道复杂多变，时空频
率变化和多径效应成为水声通信研究的难题。当前水下通信技术主要包括：有线通信、
声学通信、激光通信和无线电通信。这些技术方法各有优缺点，但是水下声学通信是
最为可靠的。因此，在信道容量很少的水下环境中，对传输速率不断地优化的技术在
今后的研究中会占有更高的比例。
首先，对传统的混合激励线性预测(Mixedexcitationlinearprediction，MELP)语音
编码算法进行研究，通过对语音编码不同参数的性能分析从而选择MELP语音编码算
法降低速率所需改进的参数。然后基于2.4kbps的MELP语音编码算法对MELP语音
编码算法的速率进行改进。速率的改进主要是为适应不同的信道而选择不同速率的语
音编码算法。随后，本文分别研究了2.0kbps、1.5-1.8kbps的可变比特率、0.8kbps、
0.6Kbps的MELP语音编码算法，其中0.6kbps的MELP语音编码算法主要是进行多帧
联合量化技术进行速率的降低。0.6kbps的原理是将三个子帧组成一个超级帧，然后通
过对其参数进行联合量化、线谱频率(LineSpectralFrequency,LSF)参数通过将其进行
24bit的量化、对增益进行10bit的量化、将一帧的时间从22.5ms增加到30ms等方式来
实现0.6kbps的MELP语音编码算法。经过语音客观测试评分，PESQ和STOI的评分
也在比较理想的范围内。最后，将算法通过硬件进行实现，并制作上位机软件，使其
可以控制负责传输的下位机部分。
为了针对水下语音通信中通讯速率较低以及降低成本的问题，本文展开了不同速
率的语音编码算法的研究及实现。算法实现平台选择了使用低功耗和成本
TMS320VC5509A的DSP平台上进行算法移植，并对算法进行优化。最终通过实验验
证了水下通信系统的不同码率的MELP算法的可靠性。系统的上位机软件完成了对下
位机进行控制以及相应的数据采集功功能，整个系统具有很大的开发价值。
关键词：MELP；线性预测编码；TMS320VC5509A；水下语音通信；低速率
哈尔滨工程大学硕士学位论文
ABSTRACT
WiththegradualdeepeningofChinasoceandevelopment,underwaterenvironmental
monitoringandunderwaterresourcedevelopmentplayanimportantroleinpeoplesproduc-
tionandlife.Withthediversificationofcommunicationmethods,underwateracousticcom-
municationhasgraduallybecomewell-knowntothepublic.However,duetothelatestartof
underwateracousticcommunicationtechnology,thetechnologyisnotyetmatureenough,and
thecomplexityandvariabilityofunderwateracousticchannels,spatiotemporalfrequency
changesandmultipatheffectshavebecomedifficultproblemsinunderwateracousticcom-
municationresearch.Thecurrent