Вокодер

Союз СоветскихСоциалистическиеРвспублии ОПИСАНИИИЗОРтЕНИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои 802994(ы)м. кл, б 1.0 1 3./00 Гяяударстеенеый кямитет СССР ая делам изябретеикй . и яврытнй(54) БОКОДЕ о вокодера можносравнительно болькной способностиимой для передачитвом,сокращение треособности канала достаткам этог необходимость уемой пропус вязи, необход аданным квчес изобретениятнест шой треб канала с речи с зЦель буем ой хной Изобретение относится к области При боростроения и может быть использовано, например, в технике связи для передачи. речевых сигналов по дискретным кана-, лам.Известен вокодер, передающая часть которого состоит из анализатора формвнтного типа, блока формирования сочетаний этих частот, блока формирования номеров, эталонов, а приемная часть состоит из синтезатора и блока формирования эталона ных сочетаний форматных частот по принятым номерам эталонных сочетаний Ы,Недостатком такого вокодера является низкое качество речи, обусловленное ошибками измерений формантных параметров, при требуемой пропускной способности канала связи 600 дв.ед/с.Из известных вокодеров наиболее близок к описываемому вокодер, состоящий из передающей части, содержащей включенные последовательно анализатор спектра, преобразователь спектра в функцию линейного предсказания логарифме, блок измерения расстояний в пространстве ивыбора эталона с минимальным расстоянием, к другому входу которого подключен выход блока памяти эталонов функцийи выделитель основного тона, включенныймежду входом анализатора спектра и одним входом выходного блока согласования, в также из приемной части, содержащей включенные последовательно блокформирования Функций по номерам эталонк одному входу .которого подключенблок памяти эталонов функций, блокпреобразования функций в спектр и синтезатор, к одному входу которого черезшину передачи основного тона подключенвходной блок согласования 2.802994 1 О 15 2 О 25 зо 35 40 5 О 55 связи, необходимой для передачи речи с заданным качеством.Это достигается за счет того, что передающая часть вокодера снабжена блоками формирования н памяти пвр номеров эталонов функций, приемная часть вокодера снабжена блоком формирования пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пвр номеров и блоком памяти пар номеров эталонов функций, причем один вход блока формирования пар номеров эталонов в передающей части соединен с выходом блока измерения расстояний в пространстве функций и выбсрв эталона с минимальным расстоянием, второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выход - с другим входом выходного блоке согласования, в один вход блока формирования пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пар номеров в приемной части соединен с другим выходом входного блока согласования, второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выход - с другим входом блока формирования функций по номерам эталонов.Нв чертеже изображена структурная схема описываемого вокодера.Вокодер состоит из передающей части 1 и приемной части 2. Передающая часть выполнена в виде соединенных последовательно анализаторе 3 спектра, вход которого является входом вокодера, преобразователя 4 спектра в функцию линейного предсказания логарифма спектра, блока 5 измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстоянием, ц блока 6 формирования пвр номеров эталонов функций и выходного блока 7 согласования с шиной 8 передающей части. Выделитель 9 основного тона включен между входом анализатора 3 спектра и другим входом выходного блока 7 согласования. Один из входов блока 5 соединен с выходом блока 10 памяти эталонов функций линейного предсказания логарифме спектра, а один иэ входов блока 6 соединен с выходом блока 11 памяти пар номеров эталонов функций. Приемная часть вокодера содержит последовательно соединенные входной блок 12 согласования с входной щиной 13 приемной части,блок 14 формирования пар номеров эталонов функций ко принятым нндексвм этих пар номеров, блок 15 формирования функций по номерам эталонов, блок 16 преобразования функцМ в спектр и синтезатор 17 4с выходной шиной 18. Один из входов синтезатора 17 соединен шиной 19 передечи основного тона с одним из выхо-. дов входного блока 12 согласовании.Один из входов блока 14 соединен с выходом блока 20 памяти пар номеров этелонов функций, а один из входов блока 15 соединен с выходом блока 21 памяти эталонов функций.Вакодер работает следующим образом, Передвваемый речевой сигнал, создаваемый, например, микрофоном (нв схеме не показан), по входной шине 22 поступает нв входы анализатора 3."ректра и выдепителя 9 осноэного тоне, Иа выходе анализатора спектра формируются сигналы, представляющие собой мгновенный спектр входного си.нале. Эти сигналы в преобразоватепе 4 спектра в функцию линейного предсказания логарифма спектра преобразуются в функцию линейного предсказания логарифма спектре (ЛПЛС) речевого сигнала. Преобразователь состоит из нелинейного преобразователя, осуществляющего логарифмирование входных спектральных функций, и линей ного преобразователя дифференцирующего типа.В простейшем случае можно использовать элементарную функцию ЛПЛС, тогда она включает первые две члене функции предсказания общего вида применитель но к логарифму спектре речевого сигнала. Посредством функции предсказания речевого сигнала можно осуществить декорреляцию этого сигнала во времени. ф Применение предсказания к логарифму спектра речевого сигнала позволяет осуществить еще большую декорреляцию сигнала посредством устранения избыточности, заключенной в информации о частотной характеристике тракта и о тембре голоса диктора.В блоке 10 памяти эталонов функций линейного предсказания логарифма спектра хранятся выбранные заранее эталоны функций ЛПЛС, с помощью которых осуществляется аппроксимация текущих функций ЛПЛС, действующих на выходе преобразователя 4, Выбор эталонов блока 10 осуществляется исходя иэ условия наилучшей аппроксимации множества, текущих реалиэвций функций ЛПЛС конечным множеством эталонов этих функций, Этот выбор осуществляется заранее не основании расчетов, проводимых с помощью ЭВМ. Выбранные эталоны заносятся в блок 10 и блок 21 памяти эталонов функций вокодера. Для каждой текущей рев5 80 лизации функций ЛПЛС находится эталон из блока 10. наилучшим образом аппроксимирующий эту функцию. Точность аппроксимации определяется расстоянием (вычисляемым, например, как сумма квмратов отклонений соответствующих координат) между текущей реализацией функции ЛПЛС и эталоном памяти, обеспечивеющим наилучшую аппроксючацию, В соответствии с этим в блоке 5 измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстоянием измеряются расстояния между текущей реализацией функции ЛПЛС и каждым эталоном блока 1,0. На выходе блока 5 образуется сигнал, несущий информацию о номере эталона с минимальным указанным расстоянием.В блоке 13, памяти пар номеров эталонов функций хранятся выбранные заранее пары номеров эталонов функций ЛПЛС, с помощью которых производится аппрокси-. мация текущих пар номеров эталонов указанных функций, формируемых в блоке 6 формирования пар номеров эталонов функций из номеров эталонов, поступающих с выхода блока 5. Выбор элементов блока 11 памяти пар номеров эталонов функций осуществляется исходя из массива наиболее часто встречающихся в речи пар одиночных эталонов функций ЛПЛС, применяемых за эталонные пары. Этот выбор осуществляется заранее на основании расчетов, проводимых на ЭВМ. Выбранные пары эталонов заносятся в виде пар условных номеров в блоки 11 и 20 передающей и приемной частей вокодера, причем каждой паре номеров присваивается свой индекс.Принцип аппроксимации текущих пар номеров эталонов функций ЛПЛС эталон ными парами поясняется следующим при-, мером. Пусть текущая пара эталонов функций ЛПЛС имеет вид А-В, где А и В - номера одиночных эталонов этой функции. Если в блоке памяти 11 имеется аналогичное сочетание номеров, то на выходе блока 6 формируется индекс этого сочетания в массиве памяти блока 11. Если такого сочетания (пары) в блоке 11 не оказалось, отыскивается индекс пары, имеющей вид - А -1 где 1 - любой номер из входящих в пары номеров массива памяти. Если и такой пары в блоке 11 нет, то отыскивается индекс лары вида 1 - А, или 1 В, или В - 1При отсутствии и таких пар индекс пары формируется по специальному алгоритму. 2994 б Этот алгоритм выбора одной из ближайших по составу эталонной пары составляется заранее на основании критерияминимального расстояния между векторами текущей и эталонной пары, поскольку все составляющие 128 текущих иХ1.28 эталонных пар функций ЛПЛС извес тны.Таким образом, в блоке 6 производит 1 й ся сравнение пар номеров текущихэталонов функций ДПЛС с эталоннымипарами номеров, извлекаемыми из блокапамяти 1 3., и формирование индекса наиболее подходящей пары, при этом мно жестко сочетаний номеров одиночныхэталонов функций ЛПЛС, действующих иавходе блока 6, заменяется ограниченным набором сочетаний (дар) номеров.Сигнал, несущий информацию об индексе эталонной пары номеров эталоновфункций ДПЛС, поступает далее в выходной блок 7 согласовании сигналов вокодера с каналом связи. В этот же блокпоступает сигнал основного тона речи,формируемый выделителем 9 основноготона.На шине 8 передающей части блоком 7образуются упорядоченные (во времении частоте) сигналы вокодера в виде, пригодном для передачи по каналу связи.Вокодерные сигналы, прошедшие черезканал связи, по входной шине 1 Э приемной части поступают в входной блок 12согласования приемной части вокодервс каналом связи. На выходах этого блока раздельно формируются сигнал, несуший информацию об индексах эталонных пар функций ЛПЛС, который поступает далее на вход блока 14 формировв ния пар номеров эталонов функций попринятым индексам этих пар номеров, исигнал основного тона, поступающий даолее по шине 19 в синтезатор 17.В блоке 14 формирования пар номеров эталонов функций ЛПЛС по нндексамэтих пар, поступающим на его вход, изблока 20 памяти пар н(мероэ эталоновфункций извлекаются соответствующиепары номеров одиночных эталонов фукций ЛПЛС. Временная последовательность этих номеров поступает далее навход блока 4.5 формирований функцийЛПЛС, где по номерам одиночных эталолов из блока 21 памяти эталоновфункций извлекаются соответствуюшме 5значения функций ЛПЛС. Сигнал, несущийинформацию об этих функциях, поступаетдалее в блок 16 преобразования функцийи спектр. При использовании элементар- с802994 Составитель В. И усаэлянедактор Т, Загребельная Техред Н. Бабурка Корректор Е Рощк л ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная 9/6 3 Тираж 417 ВНИИПИ Государственного комитетпо делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб ПодписноеСССРд. 4/5