Вокодер с двумерной фильтрацией

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистицеских Реотублнк(22) Заявлено 02 6 (21) 2 043/18-0 4 У 3/.18 присоединением зая нный наинтесрнзобретеннй судар 23) Поиоритет ед Опубликовано 25.02,795 Дата опубликования опи 53) УДК 621.3 Э . 664 (088. 8 ллете рытн ия 28.02.7) Заявите 54) ВОКОДЕ большации,Целти переДлядвумернреда ющ ие скоро вокодере с щий на пеьно соедиИзобретение относится к технике связи.Известен вокодер с дв мерной фильтрацией, содержагций на передающей стороне последовательно соединенныс анализатор спектра и выделитель основного тона, анализирующий двумерный фильтр и блок синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора и аналого-цифрового преобразователя, а на приемной стороне - цифроаналоговый преобразователь, синтезирующий двумерный фильтр, первый коммутатор, последовательно соединенные генератор речевого спектра и синтезатор, а также блок синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора, синтезатора и цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации 1.Однако для такого вокодера харая скорость передаваемой инф ь изобретения - сокрашдаваемой информации,этого в предложенномой фильтрацией, содержей стороне последовате ВУМЕРНОЙ ФИЛЬТРАШ 1 ЕЬ ненные анализатор спектра и выделитель основного тона, анализирующий двумерный фильтр и блок синхронизашш, выхо.;ы которого подключены к управляюшим входам первого коммутатора и аналого-цифрового преобразователя. а на приемной стороне - цифроаналоговый преобразователь, синтезируюший. двумерный фильтр, первый коммутатор, последовательно соединенные генератор речевого спектра и синтезатор, а также блок синхронизации, выходы которого подключены к управляюшим входам первого коммутатора, синтезатора и цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации, 15 на передающей стороне введены последовательно соединенные ключ и второй коммутатор. Другие выходы анализатора спектра через последовательно соединенные первый коммутатор и анализирующий двумерный фильтр подключены к одному входу ключа, выход выделителя основного тона подключен к другому входу второго коммутатора, при этом остальные выходы блока синхронизации подключены к управляюшим вхо.дам анализируюшего двумерного фильтра, ключа и второго коммутатора. На приемной5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3стороне введены последовательно соединенные второй коммутатор и ключ, при этом выход цифроаналогового преобразователя подключен к входу второго коммутатора, другой выход которого подключен к входу генератора речевого спектра, а выход ключа через последовательно соединенные синтезирующий двумерный фильтр и первый коммутатор подключен к другим входам синтезатора. Остальные выходы блока синхрони- зации подключены к управляющим входам второго коммутатора, ключа и синтезирующего двумерного фильтра. Анализирующий двумерный фильтр и синтезирующий двумерный фильтр могут быть выполнены в виде дискретно-аналоговой линии задержки, выходы которой через весовые резисторы подключены к входам сумматора. Первые и вторые входы дискретно-аналоговой линии задержки являются соответствующими входами анализирующего и синтезирующего двумерных фильтров, а выходы сумматоров - соответственно выходами этих фильтров.На фиг. 1 показана структурная схема предложенного вокодера; на фиг. 2 - временные диаграммы передающей стороны вокодера; на фиг, 3 - временные диаграммы приемной стороны вокодера. Вокодер с двумерной фильтрацией содержит на передающей стороне 1 последовательно соединенные анализатор 2 спектра и выделитель 3 основного тона, анализирующий двумерный фильтр 4, блок синхронизации 5, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора 6 и аналого-цифрового преобразователя 7, и последовательно соединенные ключ 8 и второй коммутатор 9. Другие выходы анализатора 2 спектра через последовательно соединенные первый коммутатор 6 и анализирующий двумерный фильтр 4 подключены к одному входу ключа 8, выход выделителя 3 основного тона подключен к другому входу второго коммутатора 9, остальные выходы блока синхронизации 5 - к управляющим входам анализирующего двумерного фильтра 4, ключа 8 и второго коммутатора 9. На приемной стороне 10 находятся цифроаналоговый преобразователь 11, синтезирующий двумерный фильтр 12, первый коммутатор 13, последовательно соединенные генератор 14 речевого спектра и синтезатор 15, а также блок синхронизации 16,выходы которого подключены к управляющим вхо- даМ первого коммутатора 13, синтезатора 15 и цифроаналогового преобразователя 11, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации 16, и последовательно соединенные второй коммутатор 17 и ключ 18. Выход цифроаналогового преобразователя 11 подключен к входу второго коммутатора 17, другой выход которого подключен к входу генератора 14 речевого спектра, а выход ключа 18 через последовательно соединен 4ные синтезирующий двумерный фильтр 12 и первый коммутатор 13 подключен к другим входам синтезатора 15. Остальные выходы блока синхронизации 16 подключены к управляющим входам второго коммутатора 17, ключа 18 и синтезирующего двумерного фильтра 12.Анализирующий двумерный фильтр 4 выполнен в виде дискретно-аналоговой линии задержки 19, выходы которой через весовые резисторы 20 подключены к входам сумматора 21, а синтезирующий двумерный фильтр 12 выполнен в виде дискретно-аналоговой линии задержки 22, выходы которой через весовые резисторы 23 подключены к входам сумматора 24. Первые и вторые входы дискретно-аналоговых линий задержки 19 и 22 являются соответствующими входами анализирующего и синтезирующего двумерных фильтров 4 и 12, а выходы сумматоров 21 и 24 - соответственно выходами этих фильтров.Вокодер работает следующим образом.Анализируемый речевой сигнал преобразуется анализатором 2 спектра в набор спектральных сигнал-параметров Г (х 1,1), которые могут рассматриваться как сечения двумерной функции - огибающей модуля мгновенного спектра речи Г (х,1), плоскостями, проходящими параллельно оси времени 1 через центральные частоты х; полосовых фильтров анализатора 2. Одновременно выделитель 3 основного тона формирует сигнал- параметр голосового возбуждения, несущий сведения о высоте голоса говорящего и характере возбуждения (тональной или шумовой). Скорость передачи выделенных спектральных сигнал-параметров уменьшается, если при их уплотнении во времени использовать перемежающуюся развертку, т. е. сначала в порядке возрастания номеров передавать все нечетные сигналы, а затем - четные, сформировав должным образом спектральные границы двумерной функции Г(х, 1), Требуемое формирование границ осуществляется анализирующим двумерным фильтром 4, Для этого нечетное число спектральных сигнал-параметров с выхода анализатора 2 поступает на коммутатор 6, который производит их последовательную развертку во времени с частотой опроса, соответствующей тактовой частоте 1 работы вокодера без двумерной фильтрации. Для последующего доуплотнения спектральных сигналов- параметров сигнал-параметром основного тона, а также для исключения возникающих в процессе двумерной фильтрации краевых искажений в каждом цикле работы коммутатора 6 предусмотрено некоторое четное число холостых тактов. Импульсная реакция би (х,1) анализирующего двумерного фильтра 4 представляет собой четыре дельта-функции, смещенные по осям х и 1 симметрично относительно нача 649146ла координат на интервалы дискретизации Х и Т двумерной функции Г (х,т) и равна Ян (х,1) = -- б (х + Х) + 6 (х - Х)б (1)4 +б + Т) + б ( - Т)б (х)Двумерная функция Г (х развернутая во времени с периодом Т (с учетом введения холостых тактов), поступает в виде модулированной по амплитуде импульсной по-следовательности (фиг. 2 в) на вход дискретно-аналоговой линии задержки 19. Под действием продвигающих импульсов частотой повторения (т, вырабатываемых блоком синхронизации 5, эта последовательность смешается вдоль дискретно-аналоговой линии 5 задержки 19.Отводы дискретно-аналоговой линии задержки 19 выбирают таким образом, чтобы удовлетворить соотношение для бди (х,т).Если длительность такта работы коммутато 20ра 6 и дискретно-аналоговой линии задержки 9 равна т, отводы дискретно-аналоговой линии задержки 9 располагаются через интервалы времени (Т - х) - 2 г - (Т - х), а общая задержка составляет 2 Т. Суммирование 25 задержанных в дискретно-аналоговой линии задержки 19 импульсов производится через весовые резисторы 20 посредством сумматора 21. В результате такой обработки формируется новая последовательность импульсов (фиг. 2 в) на выходе анализирующего двумерного фильтра 4представляющая собой развернутую во времени сглаженную двумерную функцию. Возникающие за счет фильтрации дополнительные импульсы на краях каждой группы спектральных сигнал-параметров благодаря введению холостых тактов не приводят к каким-либо искажениям и легко. устраняются. Эффект перемежающейся дискретизации достигается исключением каждого второго импульса из модулированной по амплитуде импульсной последовательности (фиг. 2 б), что одновременно приводит к двукратному увеличению цикла опроса спектральных сигнал-параметров до 2 Т (фиг. 2 в). Для этого используют ключ 8, управляемый блоком синхронизации 5 с частотсй переключения, вдвое меньшей тактовой частоты (т, работы коммутатора 6. Сформиро ванную таким образом импульсную последовательность со скважностью Я = 1 (фиг. 2 в) можно рассматривать как результат перемножаюшейся дискретизации двумерной функции Г (х, т) периодом 2 Т. Дополнительные импульсы, возникающие в результате краевых искажений в процессе двумерной фильтрации и сохранившиеся на выходе клю ча 8 (на фиг. 2 в показаны пунктиром), устраняются в коммутаторе 9 путем стробирования тех интервалов, в которые замешиваются импульсы основного тона. Очищенная таким об 30 35 405055 разом импульсная последовательность с восстановленной единичной скважностью показана на фиг. 2 г. Окончательно сформированная последовательность импульсов с вписанными в нее импульсами основного тона (фиг. 2 д) с выхода коммутатора 9 поступает на аналого-цифровой преобразователь 7 и далее в виде цифровой двоичной последовательности - в канал связи.На приемной стороне 10 цифровая двоичная последовательность поступает на блок синхронизации 16 и цифроаналоговый преобразователь 11. Модулированная по амплитуде импульсная последовательность с единичной скважностью (фиг. За) с выхода цифроаналогового преобразователя 11 подается на коммутатор 17, где разветвляется на два потока: импульсы основного тона (на фиг. За, помечены штрихами) поступают на генератор 14 речевого спектра для управления его частотой, а остальная часть - на ключ 18; формирующий новую импульсную последовательность с увеличенной скважностью, например (;) = 2 (фиг. Зб). Синхронная работа коммутатора 17 и ключа 18 обеспечивается с помощью блока синхронизации 16. С выхода ключа 18 импульсная последовательность поступает на синтезирующий двумерный фильтр 12, который, заполняя пустые места в этой последовательности, восстанавливает исходную тактовую частотуи период дискретизации Т (фиг. 3),Импульсная реакции бснн (х, синтезирующего двумерного фильтра 2 равна: Осин (х, = б (х)б ) + 81 б (х+ Х + + б (х - Т) 6 (1) +6 (1+ Т) ++ д- Т)6 (х).В процессе свертки фильтруемой двумерной функции в ответ на каждый входной импульс двумерной функции формируется серия из пяти импульсов С весовыми коэффициентами, определяемыми выражением для (син (х,)На приемной стороне 10 двумерная фильт рация осуществляется так же, как и на передающей стороне 1, по отношению к развернутому Во времени одномерному сигналу. С этой целью модулированная по амплитуде импульсная последовательность с выхода ключа 18 поступает на дискретно-аналоговую линию задержки 22. Под действием продвигающих импульсов частотой следования 1 т, вырабатываемых блоком синхронизации 16, эта последовательность смешается вдоль дискретно-аналоговой линии задержки 22. Отводы этой линии выбирают в соответствии с выражением для бф,., (х, через интервалы времени (Т - т - т - т - (Т - ю), а общая задержка составляет 2 Т. Задержанные в дискретно-аналоговой линии задержки 22 импульсы суммируются через весовые резисторы 23 посредством сумматора 4.В результате такой обработки на выходе синтезируюцего двумерного фильтра 12 формируется новая последовательность импульсов с заполненными промежутками (фиг. Зв), При этом восстанавливаются исходная тактовая частота 1 т и период дискретизации Т, т. е. образуется импульсная последователь ность. близкая к той, которая подводилась к входу анализирующего двумерного фильтра 4 на передающей стороне 1 (фиг. 2 а) Возникающие за счет фильтрации дополнительные импульсы на краях восстановленной группы спектральных сигнал-параметров (на фиг Зв, помечены штрихами) устраняются благодаря наличию в коммутаторе 13 холостых тактов, соответствующих интервалам следования импульсов основного тона.С выхода синтезируюшего двумерного 15 фильтра 12 модулированная по амплитуде импульсная последовательность поступает на коммутатор 13, с выхода которого сигнал поступает на вход синтезатора 15, возбуждаемого по другому входу сигналом от генератора 14 речевого спектра и на выходе вокодера воспроизводится синтезированный речевой сигнал.Таким образом, в предложенном вокодере обеспечивается двукратное сокрашение скорости передаваемой информации. 25Формула изобретенияВокодер с двумерной фильтрацией, содержащий на передающей стороне последовательно соединенные анализатор спектра и выделитель основного тока, анализируюший двумерный фильтр и блок синхронизации, выходы которого подключены к управляюШим входам первого коммутатора и ана- З 5 лого-цифрового преобразователя, а на приемной стороне - цифроаналоговый преобразователь, синтезирующий двумерный фильтр, первый коммутатор, последовательно соединенные генератор речевого спектра и синтезатор, а также блок синхронизации 40 выходы которого подключены к управляюшим входам первого коммутатора, синтезатора и цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения скорости передаваемой информации, на передаюшей стороне введены последовательно соединенные ключ и второй коммутатор, при этом другие выходы анализатора спектра через последовательно соединенные первый коммутатор и анализируюШий двумерный фильтр подключены к одному входу ключа, выход выделителя основного тона подключен к другому входу второго коммутатора, при этом остальные выходы блока синхронизации подключены к управляюшим входам анализируюшего двумерного фильтра, ключа и второго коммутатора, а на приемной стороне введены последовательно соединенные второй коммутатор и ключ, при этом выход цифроаналогового преобразователя подключен к вкоду второго коммутатора, другой выход которого подключен к входу генератора речевого спектра, а выход ключа через последовательно соединенные синтезируюший двумерный фильтр и первый коммутатор подключен к другим входам синтезатора, причем остальные выходы блока синхронизации подключены к управляющим входам второго коммутатора, ключа и синтезируюшего двумерного фильтра.2. Вокодер по п. 1, отличающийся тем, что анализирующий двумерный фильтр и синтезирующий двумерный фильтр выполнены в виде дискретно-аналоговой л и нии задержки, выходы которой через весовые резисторы подключены к входам сумматора, при этом первые и вторые входы дискретно- аналоговой линии задержки являются соответствуюшими входами анализируюшего и синтезируюшего двумерных фильтров, а выходы. сумматоров - соответственно выходами этих фильтров,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Пирогов А, А. Вокодерная телефония. М., Связь, 1974, с. 83 - 95, 64914678/5 гное нт,ектн ЦНИИПИ ЗаказТираж 774 Г 1 оди Филиал ППП Пате г Ужгород ул Пр