Адаптивный речевой кодек

 

Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи. Его использование в цифровых низкоскоростных каналах телефонной связи позволяет упростить кодек путем исключения дополнительного канала связи, Это обеспечивается благодаря отсечке сигналов, соизмеримых с шумами на передающей стороне и специфическому выполнению выделителя огибающей речевого сигнала на приемной стороне. Кодек, помимо канала связи 9; содержит на передающей стороне 1 пороговый элемент 10, формирователь порогового уровня 11, компрессор 2, тактовый генератор 3, дельтамодулятор 4, на приемной стороне 5 - дельта-демодулятор 6, экспандер 8 и выделитель огибающей речевого сигнала 7, включающий в себя элемент задержки 18, сумматор по модулю два 12, счетный триггер 13, 2 интегратора 14 и 15, аналоговый сумматор 16 и фильтр нижних частот 17. 10-2-4-9-18-12-13-14-16-17-8.11-2, 3-4, 9-6-8, 9-12, 13-15-16. 2 ил., 1 табл. xftL у Ј 4 СП 00 (Л СА) Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЬЮ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 111 gHj

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 (Л

QO (л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4853358/24 (22) 24.07.90 (46) 30,07,92. Бюл. М 28 (72) В.К.Сухарев, А,M.Êîñàðåâ и В.А.БолтуНО8 (56) Авторское свидетельство СССР

f+ 1309315, кл. Н 03 М 3/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

t4 566371, кл. Н ОЗМ 3/00, 1975. (54) АДАПТИВНЫЙ РЕЧЕВОЙ КОДЕК (57) Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи, Его использование в цифровых низкоскоростных каналах телефонной связи позволяет упростить кодек путем исключения дополнительного канала связи, Это обеспечивается благодаря Ы 1751853 А1 (st)s H 03 М 33//0022, Н 04 В 14/06 отсечке сигналов. соизмеримых с шумами на передающей стороне и специфическому. выполнению выделителя огибающей речевого сигнала нэ приемной стороне. Кодек, помимо канала связи 9; содержит на передающей стороне 1 пороговый элемент 10, формирователь порогового уровня 11, компрессор 2, тактовый генератор 3, дельтамодулятор 4, на приемной стороне 5— дельта-демодулятор 6, экспандер 8 и выделитель огибающей речевого сигнала 7, включающий в себя Элемент задержки 18, сумматор по модулю два 12, счетный триггер 13, 2 интегратора 14 и 15, аналоговый сумматор 16 и фильтр нижних частот 17, 10-2-4-9-18-12-13-14-16-17-8, 11-2, 3-4, 9-6-8, 9-12, 13-15-16. 2 ил„1 табл, 1751853

Изобретение относится к электросвязи вход которого является входом кодека, выи может быть использовано в различных ходпороговогоэлементаподключен квходу системах связи для создания цифрЬвых низ- компрессора, на приемной стороне выделикоскоростных канал стных каналов телефонной связи. тель огибающей речевого сигнала выполнен

Известны устройства связи сдельта-мо- 5 на сумматоре по модулю два, счетном тригдуляциеи, осуще и осуществляющие преобразова- гере, интеграторах, аналоговом сумматоре, ние аналогового сигнала в цифровой, фильтре нижних частот и элементе задержОднако известные устройства обеспе- ки, вход которого объединен с первым вхочивают низкое соотношение сйгнал-шум на дом сумматора по модулю два и является выходе демодулятора, не имеют запаса ус- 10 входом выделителя огибающей речевого тойчивости паузной комбинации, сигнала, выход элемента задержки соедиНаиболее близким к предлагаемому нен с вторым входом сумматора по модулю является устройство, содержащее нэ пере- два, выход которого подключен к входу счетдающеи стороне и стороне последовательно соеди- ного триггера, прямой и инверсный выходы ненные компрессор in дельта-модулятор, а 15 которого через первый и второй интегратотакже генератор тактовой частоты, первый ры соединены с входами аналогового сумвыход которого подключен к дополнитель- матора, выход которого через фильтр ному входу дельта-модулятора, второй и нижних частот подключен к выходу выделитретий выходы подключены соответственно теля огибающей речевого сигнала, оследовательносоединеннымдельта-мо- 20 На фиг, 1 представлена структурная г,2— дулятору огибающей речевого сигнала и электрическая схема устройства; на фиг, ключу, а на приемной сторойе последова- временные диаграммы, тельно соединенные дельта-модулятор и Адаптивный речевой кодек содержит на экспандер, а также дельта-демодулятор оги- передающей стороне 1 компрессор 2 и такбающей сигнала, выход которого подклю- 25 товый генератор 3, выходы которых соедичей к уйравляющему входу Экспандеоа. нены соответственно с информационным и

O естное устройство по своей тактовым входами дельта-модулятора 4, на

Однако известно технической сущности является сложным, приемной стороне 5 — дельта-демодулятор б содержит в ержит в своем составе на приемной и и выделитель 7 огибающей речевого сигнапередающей стороне по двэ дельта-модуля- 30 ла, выходы которых подключены соответсттора, причем для передачи информации об венно к информационному и управляющему огибающей речевого сигнала требуется до- входам экспандера 8, выход которого являполнительный канал связи в составе мно- ется выходом кодека, Выходдельта-модулягоканэльного тракта связи, что делает тора передающей стороны через канал 9 невозможным применение данного устрой- 35 связи соединен с входами дельта-демодуляства в одноканальных системах связи. тора и выделителя огибающей речевого сигЦель изобретения — упрощение кодека нала приемной стороны. Устройство путем и ем исключения дополнительного канала содержитдополнительно введенные на передающей стороне пороговый элемент 0

Поставленная цель достигается тем, 40 и формирователь 11 порогового уровня. что в устройство связи с дельта-модуля- выход которого соединен с управляющим цией, содержащее на передающей сторо- входом порогового элемента, информацине компрессор и тактовый генератор, oHHblA вход которого является входом коде-. выходы которых соединены соответствен- ка. Выход порогового элемента подключен но с информационными и тактовым входа- 45 к входу компрессора. На приемной стороне ми дельта-модулятора, на приемной выделитель 7 огибающей речевого сигнала стороне — дельта-демодулятор и выдели- выполнен на сумматоре 12 по модулю два, тель огибающей речевого сигнала, выходы счетном триггере 13, интеграторах 14 и 15. которых подключены соответственно к ин- аналоговом сумматоре 16, фильтре 17 нижформационному и управляющему входам 50 них частот (ФНЧ) и элементе 18 задержки, экспандерэ, выход которого является выхо- вход которого объединен с первым входом дом кодека, выход дельта-модулятора пере- сумматора по модулю два и является входом дающей стороны через канал связи выделителя огибающей речевого сигнала. соединен с входами дельта-демодулятора и Выход элемента задержки соединен с втовыделителя огибающей речевого сигнала 55 рым входом сумматора по модулю два, вы- . приемнойстороны,дополнительновведенй ход которого подключен к входу счетного на передающей стороне пороговый элемент триггера, прямой и инверсный выходы котои формиоователь порогбвого уровня, выход рого через первый и второй интеграторы которого соединен с управляющим входом соединены с входами аналогового сумматопорогового элемента, информационный ра, выход которого через фильтр нижних

1751853

30

55 частот подключен к выходу выделителя огибающей речевого сигнала, На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а — речевой сигнал на входе кодека; б — сигнал на выходе компрессора 2; в— сигнал на выходе генератора 3 тактовых импульсов; г — сигнал на выходе передающей стороны 1; д — сигнал на выходе дельта-демодулятора 6; е — сигнал на выходе сумматора 12 по модулю два; ж — сигнал на прямом выходе счетного триггера 13; з— сигнал на инверсном выходе счетного триггера 13; и — сигнал на выходе аналогового сумматора 16; к — речевой сигнал на выходе кодека, Речевой кодек работает следующим образом.

Речевой сигнал x(t) в полосе 0,3-3,4 кГц (фиг. 2а) поступает на вход порогового элемента 10, осуществляющего резекцию всех сигналов, имеющих амплитуду ниже 0пор, которое вырабатывается формирователем порогового уровня 11 и подбирается опыт.ным путем в зависимости от уровня акустических шумов, в которых эксплуатируется кодек, Применение порогового элемента 10 позволяет избавиться от паразитного квантования акустического шума дельтамодулятором 4, чем существенно повысить качество речи и сформировать устойчивую паузную комбинацию. С выхода порогового элемента 10 речевой сигнал поступает на вход компрессора 2, клиппируется (фиг. 2б), и с выхода последнего подается на вход дельта-модулятора 4, где осуществляется его квантование с частотой FT (фиг, 2в), Выходной дельта-поток Z(t) (фиг. 2г) подается по каналу 9 связи на приемную сторону 5, где поступает на дельта-демодулятор 6 и выделитель 7 огибающей речевого сигнала.

В дельта-демодуляторе 6 осуществляется преобразование сигнала дельта-потока Z(t) в сигнал x(t) (фиг, 2д), причем динамический . диапазон последнего значительно меньше, чем у исходного речевого сигнала x(t). Расширение динамического диапазона осуществляется в экспандере 8, коэффициент экспандирования которого определяется управляющим си налом с выхода выделителя 7 огибающей речевого сигнала.

Дельта-поток Z(t), поступающий на вход выделителя 7 огибающей речевого сигнала, подается на первый вход сумматора по модулю два 12, на второй вход которого подается тот же сигнал, но с задержкой на один такт. Сумматор 12 по модулю два выделяет фронты импульсов иэ входного дельта-потока, соответствующие переходу речевого сигнала через "ноль" (фиг. 2е), которые подаются на вход счетного триггера 13, на прямом и инверсном выходе которого формируется положительная Q(фиг,,2ж) и отрицательная Q (фиг. 23) последовательности информационного сигнала, длительность которых зависит от уровня сигнала x(t) на входе кодека. Полученные последовательности 0 и Q интегрируются с помощью

RC-интеграторов 14,15 с постоянной времени х= 8-10 с, объединяются в аналоговом сумматоре 16 (фиг. 2и) и подаются на ФНЧ

17, на выходе которого и образуется сигнал, управляющий экспандером 8, На выходе экспандера 8 получается восстановленный речевой сигнал x(t) (фиг. 2к), Так как в предлагаемом кодеке квантованию подлежат только переходы речевого сигнала через "ноль", то скорость преобразования выбирается из соотношения Fz 2Fs где Fs — высшая частота в спектре преобразуемого речевого сигнала, Таким образом, предлагаемый кодек предназначен для работы на скоростях от 6,8 кбит/с до 12-16 кбит/с, На более высоких скоростях преобразования существующие адаптивные дельта-кодеки обеспечивают лучшие качественные параметры.

Пример. Эффективность предлагае мого кодека оценивалась путем проведения сравнительных артикуляционны о испытаний совместно с прототипом и дельта-модулятором, используемъ м в настоящее время в серийно выпускаемой аппаратуре связи.

Оценка проводилась на скоростях 16 кбит/с; 9,6 вбит/с; 8 кбит/с; 4,8 кбит/с.

Результаты исследований представлены в таблице.

Проведенные испытания показали целесообразность использования предлагаемого кодека в цифровых системах телефонной связи со скоростями передачи

8-12 кбит/с. Применение предлагаемого речевого кодека позволяет в 1,5-1,8 раза уменьшить скорость преобразования речи, исключить необходимость в дополнительном канале связи для передачи информации об огибающей речевого сигнала при качестве речи, сопоставимом с качеством существующих дельта-кодеков. По сравнению с устройствами параметрического преобразования речи (вокодерами), работающими в том же диапазоне скоростей, предлагаемый кодек имеет существенно меньшие габариты, массу, потребляемую мощность и стоимость.

Формула изобретения

Адаптивный речевой кодек, содержащий на передающей стороне компрессор и тактовый генератор, выходы которых соеди1751853

7 немы соответственно с информационным и тактовым входами дельта-модулятора, нэ приемной стороне — дельта-демодулятор и выделитель огибающей речевого сигнала. выходы которых подключены соответственно к информационному и управляющему входам акспандера, выход которого является выходом кодека, выход дельта-модулятора передающей стороны через канал связи соединен с входами дельта-демодулятора и выделителя огибающей речевого сигнала приемной стороны, отличающийся тем. что, с целью упрощения кодека путем исключения дополнительного канала связи, на передающей стороне введены пороговый элемент и формирователь порогового уровня, выход которого соединен с управляющим входом порогового элемента. информационный вход которого является входом кодека, выход порогового элемента подключен к входу компрессора, нэ приемной стороне выделитель огибающей речевого сигнала выполнен на сумматоре на модулю

5 два, счетном триггере, интеграторах, аналоговом сумматоре, фильтре нижних частот и элементе задержки, вход которого объединен с первым входом сумматора по модулю два и является входом выделителя огибаю10 щей речевого сигнала, выход элемента задержки соедйнен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого через

15 первый и второй интеграторы соединены с входами аналогового сумматора, выход которого через фильтр нижних частот подключен к выходу выделителя огибающей речевого сигнала.

1 Полоса рабочих частот речевого сигнала ограничена до 0.3-2.4 кГц.

1751853 ж

Составитель А. Косарев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Максимишинец

Редактор С. Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2697 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5