[pt] Esta tese propõe novas melhorias para a codificação CELP a baixas taxas de bits. Primeiro, é proposto um algoritmo CELP em que a complexidade do procedimento de busca no dicionário adaptativo é grandemente reduzida, graças a uma modificação introduzida no modelo de síntese CELP. Resultados de simulação mostram que a qualidade da voz codificada com o algoritmo CELP proposto tem qualidade comparável àquela obtida com o algoritmo CELP convencional. As demais contribuições têm o propósito de melhorar a qualidade da voz codificada com o algoritmo CELP a baixas taxas de bits. Uma delas propicia uma codificação mais eficiente da envoltória espectral LPC da voz: é, especificamente, um esquema que combina quantização vetorial e interpolação interbloco dos parâmetros LSF. Com este esquema a envoltória espectral LPC codificada tem boa qualidade a uma taxa de bits tão baixa quanto 1 kb/s. A voz codificada com os algoritmos CELP apresenta freqüentemente distorções em sua envoltória espectral que são causadas por deficiências do sinal de excitação. Esta tese propõe um novo pós-filtro que reduz estas distorções e, com isso, melhora significativamente a qualidade subjetiva da voz codificada. A baixas taxas de bits a estrutura CELP convencional é incapaz de reproduzir com boa qualidade os ataques dos sons sonoros, que são cruciais para uma boa percepção da voz. Nesta tese é descrito um algoritmo CELP que dá prioridade a estes segmentos críticos. Cada bloco da voz é classificado em um dentre dezesseis padrões de sonoridade e cada padrão tem uma configuração de codificação e alocação de bits distintas. Resultados de simulação mostram que a qualidade da voz codificada a 4 kb/s com o algoritmo CELP proposto é significativamente melhor do que aquela conseguida com um codificador CELP convencional, também operando a 4 kb/s. / [en] This work presents new improvements to CELP speech coding at low bit rates. First, a CELP algorithm is proposed in wich the complexity of the adaptive codebook search is gratly decreased. This is achieved by means of a modified model of the CELP synthesizer. Simulation results show that the proposed algorithm can provide speech quality comparable to one obtained with the conventional CELP codec. The rest of contributions aim to improve the quality of speech codec at low bit rates with CELP algorithm. One of them is an efficient scheme for coding the LPC spectral envelope of speech for coding the LPC spectral envelope of speech. The proposed scheme combines vector quantization and interpolation of LSF parameters, and it provides a coded spectral envelope with very good quality at 1 kb/s. Speech coded with CELP codecs frequently displays distortions in its spectral envelope that are produced by deficient excitation. This thesis proposes a new postfilter that enhances the perceptual quality of codec speech by decreasin these distortions. This work presents new improvements to CELP speech coding at low bit rates. First, a CELP algorithm is proposed in wich the complexity of the adaptive codebook search is gratly decreased. This is achieved by means of a modified model of the CELP synthesizer. Simulation results show that the proposed algorithm can provide speech quality comparable to one obtained with the conventional CELP codec. The rest of contributions aim to improve the quality of speech codec at low bit rates with CELP algorithm. One of them is an efficient scheme for coding the LPC spectral envelope of speech for coding the LPC spectral envelope of speech. The proposed scheme combines vector quantization and interpolation of LSF parameters, and it provides a coded spectral envelope with very good quality at 1 kb/s. Speech coded with CELP codecs frequently displays distortions in its spectral envelope that are produced by deficient excitation. This thesis proposes a new postfilter that enhances the perceptual quality of codec speech by decreasin these distortions. Voiced onsets are crucial for a good perception of speech but, at low bit rates, the conventional CELP is unable to reproduce them with good quality. This work presents a CELP algorithm into one of a set of sixteen voicing patterns. A distinct coding configuration and bit allocation are applied to each pattern. Simulation results show that the quality of speech codec with the proposed 4 kb/s CELP codec is significantly bette than the one obtained with conventional 4 kb/s CELP codec.

[pt] Esta dissertação propõe algoritmos para codificações de voz a taxas médias em torno de 1,2 Kb/s. Um esquema de quantização vetorial preditiva chaveada com desempenho superior aos esquemas previamente descritos na literatura é proposto e avaliado em canal com ou sem ruído. Detectores eficientes de período fundamental e de sons oclusivos e fricativos são examinados e adaptados ao codificador proposto. Técnicas de exitação a baixas taxas de bits são investigadas a fim de reproduzir uma boa qualidade de voz decodificada. O modelo de exitação mista em multi-bandas com três sub-bandas é adotado para codificar os quadros sonoros. Para os quadros surdos são empregadas técnicas de modelagem e síntese de sinais fricativos e oclusivos, capazes de oferecer qualidade de voz satisfatória, reduzindo a taxa de bits destes quadros para apenas 0,4 Kb/s. Técnicas de pós-filtragem para reduzir o ruído de codificação e melhorar a qualidade de voz reconstruída são também examinadas e comparadas em uma mesma plataforma. Para reduzir o nível de ruído ambiente são ainda analisados métodos de supressão de ruído. Finalmente, o codificador proposto é comparado ao padrão norte-americano Mixed Excitation Linear Prediction (MELP), por meios de teste de comparação do tipo A/B. Os testes realizados indicam que o sistema proposto, operando a 1,2 Kb/s, apresenta qualidade de voz ligeiramente superior ao MELP, operando a 2,4 Kb/s. Para situações de transcodificação, o codificador proposto também apresenta desempenho superior ao MELP. / [en] This dissertation presents algorithms to encode at an avarage bit rate of 1.2 Kb/s. A novel switched-predictive vector quantiser technique that outperforms previously reported schemes is proposed and assessed under noise-free and noisy channels. Efficient detectors for the pitch period and fricative and stop sounds are examined and adapted to the proposed coder. Low bit rate excitation methods are investigated in order to reproduce rather high quality speech. A mixed multiband excitation approach with three sub-bands is employed to encode voiced frames. For unvoiced frames, fricatives and stops modelling and synthesis techniques are used. This approach has shown to provide high quality synthesised speech, whilts it reduces the bit rate to only 0.4 Kb/s for unvoiced frames. To reduce coding noise and improve decoded speech, post- filtering techniques are analysed and compared on the same plataform. To reduce background noise, noise suppression methods are also examined. Finally, the propose coder is evaluated against the North American Mixed Prediction (MELP) coder, through A/B comparison tests. Assessment results have shown that the proposed system, operating at 1.2 Kb/s, slightly outperformed the MELP coder, operating at 2.4 Kb/s. For tandem connection situations, the proposed algorithm has presented a superior performance than the MELP coder. / [es] Esta disertación propone algoritmos para codificaciones de voz a tasas medias en torno de 1,2 Kb/s. Se propone un esquema de cuantización vectorial predictiva, con desempeño superior a los esquemas previamente descritos en la literatura. Este esquema se evalúa en canal con o sin ruido. Se examinan detectores eficientes de período fundamental y de sueños oclusivos y fricativos se adaptan al codificador propuesto. Técnicas de exitación a bajas tasas de bits son investigadas a fin de reproducir una boa calidad de voz decodificada. Se adopta el modelo de exitación mixta en multi-bandas con tres sub-bandas para codificar los cuadros sonoros. Para los cuadros surdos se emplean técnicas de modelación y síntesis de señales fricativos y oclusivos, capaces de ofrecer calidad de voz satisfactoria, reduciendo la tasa de bits de estos cuadros para apenas 0,4 Kb/s. También se examinan y se comparan las técnicas de pós-filtragen para reducir el ruido de codificación y mejorar la calidad de voz reconstruída. Para reducir el nível de ruído ambiente se analizan métodos de supresión de ruido. Finalmente, el codificador propuesto se compara al padrón norteamericano Mixed Excitation Lineal Prediction (MELP), por medio de pruebas de comparación del tipo LA/B. Las pruebas realizadas indican que el sistema propuesto, operando a 1,2 Kb/s, presenta calidad de voz ligeramente superior al MELP, operando a 2,4 Kb/s. Para situaciones de transcodificación, el codificador propuesto también presenta desempeño superior al MELP.