Способ и устройство осуществления поиска в справочнике кодов для кодирования звукового сигнала и система сотовой связи

 

Для кодирования звукового сигнала осуществляют поиск в справочнике кодов. Этот справочник кодов состоит из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов, каждая из которых определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям р = 1, 2,..., L комбинации, причем каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие, по меньшей мере, одной из q возможных амплитуд. Технический результат заключается в уменьшении сложности поиска. Чтобы уменьшить сложность поиска, предварительно выбирают некоторое подмножество комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов в связи со звуковым сигналом и осуществляют поиск только в этом подмножестве комбинаций. Предварительный выбор подмножества комбинаций заключается в том, что предварительно устанавливают, в связи со звуковым сигналом, функциональную зависимость Sр между соответствующими позициями р = 1, 2,..., L и q возможными амплитудами, при этом поиск ограничивают теми комбинациями из справочника кодов, имеющими импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно установленной функциональной зависимости. Функциональную зависимость можно предварительно устанавливать путем предварительного присвоения одной из q возможных амплитуд каждой позиции p, причем предварительно установленная функциональная зависимость вступает в силу, когда каждый импульс ненулевой амплитуды комбинации имеет амплитуду, равную амплитуде Sp, предварительно присвоенной позиции p этого импульса. 3 с. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предпосылки к созданию изобретения Область техники Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу цифрового кодирования звукового сигнала, в частности, но не исключительно, речевого сигнала, в связи с передачей и синтезом такого звукового сигнала.

Предшествующий уровень техники В настоящее время растет потребность в эффективных способах цифрового кодирования речи, обеспечивающих приемлемый субъективный компромисс между качеством и скоростью передачи данных в битах, для использования в различных системах, например при передаче речевых сообщений посредством спутников, в наземных мобильных станциях, в цифровой радио- или пакетной сети, устройствах для запоминания речевых сообщений, устройствах для передачи ответных речевых сообщений и радиотелефонии.

Одним из наилучших известных способов, при котором можно достичь приемлемого компромисса между качеством и скоростью передачи данных в битах, является так называемый способ линейного предсказания с кодовым возбуждением (ЛПКВ). В соответствии с этим способом, производят выборку и обработку речевого сигнала в блоках из L выборок (т.е. векторов), где L - некоторое заданное число. Способ ЛПКВ основан на использовании справочника кодов.

В контексте ЛПКВ справочник кодов - это индексированное множество последовательностей длиной L выборок, указанные последовательности будут именоваться L-мерными кодовыми векторами (комбинациями импульсов, определяющими L различных позиций и содержащими как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2,... L комбинации). Справочник кодов содержит индекс k, находящийся в диапазоне от 1 до M, где M представляет собой размер справочника кодов, иногда выражаемый количеством битов b: М = 2^b.

Справочник кодов можно хранить в физической памяти (например, как просмотровую таблицу), или можно использовать механизм, связывающий индекс с соответствующим кодовым вектором (например, соответствующую формулу).

Чтобы синтезировать речь в соответствии со способом ЛПКВ, каждый блок выборок речи синтезируют путем фильтрации подходящего кодового вектора из справочника кодов с помощью нестационарных фильтров, моделирующих спектральные характеристики речевого сигнала. В устройстве кодирования рассчитывается синтезированный выходной сигнал для всех или некоторого подмножества кодовых векторов-кандидатов из справочника кодов (поиск в справочнике кодов). Именно зафиксированный кодовый вектор дает синтетический выходной сигнал, который является наиболее близким к исходному речевому сигналу, соответственно некоторой мере перцептуально взвешенного искажения.

Первым типом справочников кодов являются так называемые "стохастические" справочники кодов. Недостаток этих справочников заключается в том, что они часто занимают значительный объем физической памяти. Они являются стохастическими, т.е. случайными в том смысле, что путь от индекса к связанному с ним кодовому вектору использует просмотровые таблицы, которые являются результатом объединения случайно генерируемых чисел, или статистические способы, применяемые к большим речевым обучающим массивам данных. Объем стохастических справочников кодов, как правило, ограничен памятью и/или сложностью поиска.

Вторым типом справочников кодов являются алгебраические справочники кодов. В отличие от стохастических справочников кодов, алгебраические справочники кодов не являются случайными и не требуют памяти. Алгебраический справочник кодов - это множество упорядоченных кодовых векторов, в котором амплитуды и позиции импульсов k-го кодового вектора можно получить, исходя из его индекса k, с помощью правила, которое вообще не требует или требует наличия минимальной физической памяти. Следовательно, объем алгебраического справочника кодов не ограничен требованиями к памяти. Алгебраические справочники кодов также могут быть предназначены для эффективного поиска.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства, обеспечивающих значительное уменьшение сложности поиска в справочнике кодов после кодирования звукового сигнала, применимые к большому классу справочников кодов.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, дающих возможность априорного выбора некоторого подмножества комбинаций импульсов из справочника кодов и ограничения подлежащих поиску комбинаций этим подмножеством для уменьшения сложности поиска в справочнике кодов.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы увеличить размер справочника кодов, допуская наличие отдельных импульсов ненулевой амплитуды кодовых векторов, предположительно, имеющих, по меньшей мере, одну из q возможных амплитуд, без увеличения сложности поиска.

Сущность изобретения Более конкретно, в соответствии с настоящим изобретением, разработан и способ осуществления поиска в справочнике кодов для кодирования звукового сигнала, при этом справочник кодов состоит из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов, каждая комбинация амплитуд и позиций импульсов определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы нулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2,... L комбинации, а каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие одной из q возможных амплитуд, заключающийся в том, что предварительно выбирают из справочника кодов некоторое подмножество комбинаций амплитуд и позиций импульсов в связи со звуковым сигналом, и осуществляют поиск только в этом подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов для кодирования звукового сигнала, за счет чего уменьшают сложность поиска, поскольку поиск осуществляют только в одном подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов.

Этап предварительного выбора включает предварительное установление, в связи со звуковым сигналом, функциональной зависимости S_p, предварительно присваивающей позициям p = 1, 2, ... L действительные амплитуды из q возможных амплитуд, а этап поиска включает поиск только тех комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, имеющих импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно установленной функциональной зависимости.

Также в соответствии с настоящим изобретением, разработано устройство для осуществления поиска в справочнике кодов для кодирования звукового сигнала, причем справочник кодов состоит из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов, каждая комбинация амплитуд и позиций импульсов определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой в амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2, . .. L комбинации, а каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие одной из q возможных амплитуд, содержащее средство предварительного выбора из справочника кодов некоторого подмножества комбинаций амплитуд и позиций импульсов в связи со звуковым сигналом и средство поиска только в этом подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов ввиду кодирования звукового сигнала, за счет чего уменьшается сложность поиска, поскольку поиск осуществляется только в одном подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов.

Средство предварительного выбора содержит средство предварительного установления, в связи со звуковым сигналом, функциональной зависимости S_p, предварительно присваивающей позициям p = 1, 2,... L действительные амплитуды из q возможных амплитуд, а средство поиска содержит средство ограничения поиска теми комбинациями амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, имеющими импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно заданной функциональной зависимости.

Также в соответствии с настоящим изобретением, разработана система сотовой связи для обслуживания большой территориальной зоны, разделенной на множество ячеек, содержащая
мобильные приемопередающие блоки,
сотовые базовые станции, соответственно расположенные в упомянутых ячейках,
средства управления связью между сотовыми базовыми станциями,
подсистему двусторонней радиосвязи между каждым мобильным блоком, находящимся в одной из ячеек, и сотовой базовой станцией этой ячейки, содержащую в мобильном блоке и в сотовой базовой станции передатчик, включающий в себя средство кодирования речевого сигнала и средство передачи кодированного речевого сигнала, и приемник, включающий в себя средство приема переданного кодированного речевого сигнала и средство декодирования принятого кодированного речевого сигнала.

Средство кодирования речевого сигнала содержит устройство для осуществления поиска в справочнике кодов для кодирования речевого сигнала, причем справочник кодов состоит из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов, каждая комбинация амплитуд и позиций импульсов определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2,... L комбинации, а каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие одной из q возможных амплитуд, при этом устройство для осуществления поиска содержит
средство предварительного выбора из справочника кодов некоторого подмножества комбинаций амплитуд и позиций импульсов в связи с речевым сигналом и
средство поиска только в этом подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов для кодирования речевого сигнала, за счет чего уменьшается сложность поиска, поскольку поиск осуществляется только в одном подмножестве комбинаций амплитуд и позиций из справочника кодов,
при этом средство предварительного выбора содержит средство предварительного установления, в связи со звуковым сигналом, функциональной зависимости S_p, предварительно присваивающей позициям p = 1, 2,... L действительные амплитуды из указанных q возможных амплитуд, а средство поиска содержит средство ограничения поиска теми комбинациями амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, имеющими импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно установленной функциональной зависимости.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, посредством функциональной зависимости S_p одна из q возможных амплитуд предварительно присваивается в качестве действительной амплитуды каждой позиции p, а предварительно установленная функциональная зависимость вступает в силу, когда каждый импульс ненулевой амплитуды комбинации амплитуд и позиций импульсов имеет амплитуду, равную амплитуде S_p, предварительно присвоенной позиции p импульса ненулевой амплитуды.

Предпочтительно, предварительное присвоение одной из q возможных амплитуд каждой позиции p заключается в том, что
обрабатывают звуковой сигнал с получением обратно отфильтрованного целевого сигнала D и остаточного сигнала R' с удаленным основным тоном,
вычисляют вектор B оценки амплитуды по обратно отфильтрованному целевому сигналу D и остаточному сигналу R' с удаленным основным тоном, и
для каждой из позиций p квантуют оценку B_p амплитуды вектора B для получения амплитуды, выбираемой для позиции p.

Вычисление вектора B оценки амплитуды преимущественно включает сложение обратно фильтрованного целевого сигнала D в нормированном виде

с остаточным сигналом R' с удаленным основным тоном в нормированном виде

для получения вектора B оценки амплитуды в виде

где β - фиксированная константа, предпочтительно имеющая значение в диапазоне между 0 и 1.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, квантование осуществляют по оценке B_p нормированной максимальным значением амплитуды вектора B с помощью следующего выражения:

где знаменатель

является коэффициентом нормировки, представляющим собой максимальную амплитуду импульсов ненулевой амплитуды.

Каждая комбинация импульсов может содержать число N импульсов ненулевой амплитуды, а позиции p импульсов ненулевой амплитуды предпочтительно ограничены в соответствии с по меньшей мере одним кодом перестановки N перемежающихся одиночных импульсов.

Поиск в справочнике кодов предпочтительно включает максимизацию заданной дроби, имеющей знаменатель a_k², вычисленный посредством N вложенных циклов в соответствии со следующим соотношением:
a_k² = U'(p₁,p₁) + U'(p₂,p₂) + 2 U'(p₁,p₂) + U'(p₃,p₃) + 2 U'(p₁,p₃) + 2 U'(p₂, p₃) . . . . . . ... + U'(p_N,p_N) + 2 U'(p₁,p_N) + 2 U'(p₂,p_N) + ... 2 U'(p_N-1,p_N),
где вычисление для каждого цикла записано в отдельную строку от крайнего внешнего цикла до крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов, где p_n - позиция n-го импульса ненулевой амплитуды комбинации и где U'(p_x,p_y) - функция, зависящая от амплитуды , предварительно присвоенной позиции p_x из числа позиций p, и амплитуды , предварительно присвоенной позиции p_y из числа позиций p. При вышеуказанном вычислении, по меньшей мере, крайний внутренний цикл из N вложенных циклов можно пропускать всякий раз, когда справедливо следующее неравенство:

где S_pn - амплитуда, предварительно присвоенная позиции p_n, D_pn - p_n-ая составляющая целевого вектора D, а T_D - пороговое значение, связанное с обратно отфильтрованным целевым вектором D.

Задачи, преимущества и другие признаки настоящего изобретения поясняются в нижеследующем описании предпочтительного варианта осуществления изобретения, приведенного только в качестве примера и со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах представлено следующее:
фиг.1 - блок-схема устройства кодирования звукового сигнала, содержащего селектор амплитуды и оптимизирующее устройство управления в соответствии с настоящим изобретением,
фиг. 2 - блок-схема устройства декодирования, связанного с устройством кодирования, изображенным на фиг.1,
фиг. 3a - последовательность основных операций для быстрого поиска в справочнике кодов в соответствии с настоящим изобретением, основанного на амплитудах импульсов, выбранных применительно к сигналу,
фиг. 3b - последовательность операций для предварительного присвоения одной из q амплитуд каждой позиции p комбинаций амплитуд и позиций импульсов,
фиг. 3c - последовательность операций, выполняемых при поиске с использованием N вложенных циклов, при котором крайний внутренний цикл пропускается всякий раз, когда вклад первых N-1 импульсов в числитель DA_K^T считается недостаточным,
фиг.4 - схематическое представление N вложенных циклов, используемых для поиска в справочнике кодов, и
фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая инфраструктуру типичной системы сотовой связи.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
На фиг.5 изображена инфраструктура типичной системы 1 сотовой связи.

Хотя применение способа и устройства для осуществления поиска, соответствующих настоящему изобретению, в системе сотовой связи раскрыто в данном описании в качестве примера, не устанавливающего каких-либо ограничений, следует иметь в виду, что эти способ и устройство можно использовать с теми же выгодами во многих других типах систем связи, где требуется кодирование звукового сигнала.

В системе сотовой связи, например, в системе 1, телекоммуникационное обслуживание обеспечивается в пределах большой территориальной зоны путем разделения этой большой зоны на некоторое количество меньших ячеек. Каждая ячейка имеет сотовую базовую станцию 2 (фиг.5) для создания каналов сигнализации для радиосвязи, а также аудио- и информационных каналов.

Каналы сигнализации для радиосвязи используются для поискового вызова мобильных радиотелефонов (подвижных приемопередающих блоков), например 3, в пределах зоны обслуживания (ячейки) базовой станции ячейки и для установления связи по вызовам с другими радиотелефонами как в пределах ячейки данной базовой станции, так и вне ее или посредством другой сети, например коммутируемой телефонной сети общего пользования (КТСОП) 4.

Как только радиотелефон 3 установил связь по вызову или принял вызов, устанавливается аудио- или информационный канал с сотовой базовой станцией 2, соответствующей ячейке, в которой находится радиотелефон 3, и осуществляется связь между базовой станцией 2 и радиотелефоном 3 по этому аудио- или информационному каналу. Радиотелефон 3 может также принимать информацию управления или синхронизации по каналу сигнализации в процессе вызова.

Если радиотелефон 3 покидает ячейку во время вызова и попадает в другую ячейку, то он переносит вызов в имеющийся аудио- или информационный канал в новой ячейке. Аналогично, если текущего вызова нет, по каналу сигнализации посылается управляющее сообщение, так что радиотелефон регистрируется в базовой станции 2, связанной с новой ячейкой. Таким образом, возможна мобильная связь в широкой территориальной зоне.

Сотовая система связи 1 также содержит терминал 5 для управления связью между сотовыми базовыми станциями 2 и КТСОП 4, например во время сеанса связи между радиотелефоном 3 и КТСОП 4, или между радиотелефоном 3 в первой ячейке и радиотелефоном 3 во второй ячейке.

Конечно, для установления связи между каждым радиотелефоном 3, находящимся в одной ячейке, и сотовой базовой станцией 2 этой ячейки, необходима подсистема двусторонней радиосвязи. Такая система двусторонней радиосвязи обычно содержит и в радиотелефоне 3, и в сотовой базовой станции 2 передатчик для кодирования речевого сигнала и для передачи кодированного речевого сигнала через антенну, например 6 или 7, и приемник для приема переданного кодированного речевого сигнала через ту же антенну 6 или 7 и для декодирования принятого кодированного речевого сигнала. Как известно специалистам в данной области техники, чтобы уменьшить ширину полосы, необходимую для передачи речи по системе двусторонней радиосвязи, например между радиотелефоном 3 и базовой станцией 2, требуется кодирование речевых сообщений.

Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа цифрового кодирования речи с приемлемым субъективным компромиссом между качеством и скоростью передачи данных в битах, например для двухсторонней передачи речевых сигналов между сотовой базовой станцией 2 и радиотелефоном 3 по аудио- или информационному каналу. На фиг.1 изображена блок-схема устройства цифрового кодирования речи, пригодного для осуществления этого эффективного способа.

Устройство кодирования речи, изображенное на фиг.1, идентично устройству кодирования речи, изображенному на фиг.1 первичной заявки на патент США N 07/927528, в которое введен селектор 112 амплитуды в соответствии с настоящим изобретением. Первичная заявка на патент США N 07/927528 подана 10 сентября 1992 на "Динамический справочник кодов для эффективного кодирования речи на основе алгебраических кодов".

Аналоговый речевой сигнал дискретизируется и подвергается поблочной обработке. Следует иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничено применением к речевому сигналу. Можно также осуществлять и кодирование других типов звукового сигнала.

В приведенном примере блок входного дискретизированного речевого сигнала S (фиг. 1) содержит L последовательных выборок. В соответствии с методом ЛПКВ, L называют длиной "подгруппы данных", и она обычно составляет от 20 до 80. Кроме того, блоки из L выборок называют L-мерными векторами. B процессе кодирования получают различные L-мерные вектора. Перечень этих векторов, который показан на фиг.1 и 2, а также перечень передаваемых параметров, приводится ниже.

Перечень основных L-мерных векторов:
S - вектор входного речевого сигнала,
R' - остаточный вектор с удаленным основным тоном,
X - целевой вектор,
D - обратно фильтрованный целевой вектор,
A_k - кодовый вектор индекса k из алгебраического справочника кодов, и
C_k - вектор обновления (отфильтрованный кодовый вектор).

Перечень передаваемых параметров
k - индекс кодового вектора (входной параметр алгебраического справочника кодов),
g - коэффициент усиления,
КСП (STP) - параметры краткосрочного прогноза (определяющие A(z)), и
ДСП (LTP) - параметры долгосрочного прогноза (определяющие коэффициент усиления b основного тона и задержку T основного тона).

Принцип декодирования
Представляется предпочтительным описать сначала устройство кодирования речи, изображенное на фиг.2, иллюстрируя различные этапы, выполняемые при переходе от цифрового входного сигнала (вход демультиплексора 205) к выходному дискретизированному речевому сигналу (выход синтезирующего фильтра 204).

Демультиплексор 205 выделяет четыре разных параметра из двоичной информации, принятой из цифрового входного канала, а именно индекс k, коэффициент усиления g, параметры краткосрочного прогноза КСП и параметры долгосрочного прогноза ДСП. На основании этих четырех параметров синтезируется текущий L-мерный вектор S, как поясняется ниже.

Устройство декодирования речи, показанное на фиг. 2, содержит динамический справочник кодов 208, состоящий из генератора 201 алгебраических кодов и адаптивного предварительного фильтра 202, усилителя 206, сумматора 207, устройства 203 долгосрочного прогнозирования и синтезирующего фильтра 204.

На первом этапе алгебраический генератор кодов 201 формирует кодовый вектор A_k в ответ на индекс k.

На втором этапе кодовый вектор A_k обрабатывается адаптивным предварительным фильтром 202, на который подаются параметры краткосрочного прогноза КСП и/или параметры долгосрочного прогноза ДСП, для получения выходного вектора обновления C_k. Назначение адаптивного предварительного фильтра 202 заключается в динамическом управлении частотным содержанием выходного вектора обновления C_k для улучшения качества речи, т.е. уменьшения слышимого искажения, обусловленного частотами, раздражающими человеческое ухо. Типичные передаточные функции F(z) для адаптивного предварительного фильтра 202 приведены ниже

F_a(z) - это формантный предварительный фильтр, в котором 0 < Y₁ < Y₂ < 1 - константы. Этот предварительный фильтр улучшает формантные области и работает очень эффективно, особенно при скорости кодирования ниже 5 кбит/с.

F_b(z) - это предварительный фильтр основного тона, в котором T - изменяющаяся во времени задержка основного тона, а b₀ - либо константа, либо величина, равная квантованному параметру долгосрочного прогноза основного тона из текущей или предыдущей групп данных. F_b(z) действует весьма эффективно для повышения частот гармоник основного тона на всех скоростях передачи. Поэтому F(z), как правило, включает в себя предварительный фильтр основного тона, иногда в сочетании с формантным предварительным фильтром, а именно:
F(z) = F_a(z)·F_b(z).

В соответствии со способом ЛПКВ, выходной дискретизированный речевой сигнал получают путем проведения сначала масштабирования вектора обновления C_k из справочника кодов 208 с помощью коэффициента усиления g, обеспечиваемого посредством усилителя 206. Затем сумматор 207 складывает масштабированный сигнал gC_k с выходным сигналом E (составляющей долгосрочного прогноза возбуждения сигнала синтезирующего фильтра 204) устройства 203 долгосрочного прогнозирования, на которое подаются параметры ДСП, включенного в контур обратной связи и имеющего передаточную функцию B(z), определяемую следующим образом:
B(z) = bz^-T,
где b и T - это вышеуказанные коэффициент усиления и задержка основного тона, соответственно.

Устройство прогнозирования 203 - это фильтр, имеющий передаточную функцию, соответствующую последним принятым параметрам ДСП - b и T, для моделирования периодичности основного тона речи. Он вводит соответствующее усиление b и задержку T основного тока выборок. Составной сигнал E+gC_k представляет собой возбуждение сигнала синтезирующего фильтра 204, который имеет передаточную функцию 1/A(z) (A(z)) определяется в нижеследующем описании). Предварительный фильтр 204 обеспечивает правильное формирование спектра в соответствии с последними принятыми параметрами КСП. Более конкретно, фильтр 204 моделирует резонансные частоты (форманты) речи. Выходной блок это синтезированный дискретизированный речевой сигнал, который можно преобразовать в аналоговый сигнал путем надлежащей фильтрации для устранения эффектов наложения спектров, что хорошо известно в технике.

Существует много способов построения генератора 201 алгебраических кодов. Предпочтительный способ, раскрытый в вышеупомянутой заявке на патент США N 07/927528, заключается в использовании, по меньшей мере, одного кода перестановки N перемежающихся одиночных импульсов.

Эту идею можно проиллюстрировать с помощью простого генератора 201 алгебраических кодов. В этом примере L = 40 и множество 40-мерных кодовых векторов содержит только N = 5 импульсов ненулевой амплитуды S_p1, S_p2, S_p3, S_p4, S_p5. Здесь p_i обозначает местоположение i-гo импульса в подгруппе данных (т.п. p_i находится в диапазоне от 0 до L-1). Предположим, что импульс S_p1 ограничен восемью возможными позициями p₁ следующим образом:
p₁ = 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 = 0+8m₁, M₁=0,1 ... 7.

В пределах этих восьми позиций, которые можно назвать "дорожкой" N 1, можно свободно осуществлять взаимные перестановки S_p1 и семи импульсов нулевой амплитуды. Это "код перестановки одиночных импульсов". Перемежение пяти таких "кодов перестановки одиночных импульсов" можно обеспечить путем ограничения также позиций остальных импульсов аналогичным образом (т.е. дорожки N 2, дорожки N 3, дорожки N 4, дорожки N 5).

p₁ - 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 - 0+8m₁,
p₂ = 1, 6, 11, 16, 21, 26, 31, 36 = 1+8m₂,
p₃ = 2, 7, 12, 17, 22, 27, 32, 37 - 2+8m₃,
p₄ = 3, 8, 13, 18, 23, 28, 33, 38 = 3+8m₄,
p₅ = 4, 9, 14, 19, 24, 29, 34, 39 = 4+8m₅.

Отметим, что целые числа m_i = 0, 1,..., 7 полностью определяют позицию p_i каждого импульса S_pi.

Таким образом, простой индекс позиции k_p можно получить посредством прямого мультиплексирования М_i с помощью следующего соотношения:
k_p = 4096m₁ + 512m₂ + 64m₃ + 8m₄ + m₅.

Следует подчеркнуть, что с помощью вышеуказанных дорожек импульсов можно получить и другие справочники кодов.

Например, можно использовать только 4 импульса, где первые 3 импульса занимают позиции в первых трех дорожках, соответственно, тогда как четвертый импульс занимает либо четвертую, либо пятую дорожку, причем один бит указывает, какая дорожка занята. Такая конфигурация позволяет создать справочник кодов с позициями на 13 бит.

В предшествующем уровне техники предполагалось, что импульсы ненулевой амплитуды имеют фиксированную амплитуду для всех практических целей по причинам сложности поиска кодового вектора. В самом деле, если можно предположить, что импульс S_pi имеет одну из q возможных амплитуд, в процессе поиска придется рассмотреть q^N возможных комбинаций импульсов и амплитуд. Например, если допустить, что 5 импульсов из первого примера могут принимать одно из q = 4 возможных значений амплитуды, например, S_pi = +1, -1, +2, -2, вместо фиксированной амплитуды, размер алгебраического кодового справочника увеличивается с 15 до 15+(5x2) бит = 25 бит, то есть поиск в тысячу раз более сложен.

В настоящем изобретении был обнаружен неожиданный результат, состоящий в том, что можно обеспечить высокую эффективность с помощью импульсов q, амплитуд без значительных затрат. Решение заключается в сведении поиска к некоторому ограниченному подмножеству кодовых векторов. Способ выбора кодовых векторов связан со входным речевым сигналом, как поясняется в нижеследующем описании.

Практическая выгода настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить увеличение объема динамического алгебраического справочника кодов 208, допуская наличие различных возможных амплитуд у отдельных импульсов без увеличения сложности поиска кодового вектора.

Принцип кодирования
Выбранный речевой сигнал S кодируют поблочно с помощью системы кодирования, изображенной на фиг. 1, которая состоит из 11 модулей, обозначенных позициями с 102 до 112. Функции и работа этих модулей оставлены неизменными относительно описания первичной заявки на патент США N 07/927528. Следовательно, хотя в нижеследующем описании и будут, по меньшей мере кратко, пояснены функции и работа каждого модуля, оно будет сконцентрировано на предмете, который является новым относительно описания первичной заявки на патент США N 07/927528.

Для каждого блока из L выборок речевого сигнала множество параметров кодирования методом линейного предсказания (КМЛП), называемых параметрами краткосрочного прогноза (КСП), получают согласно известному способу посредством анализатора 102 спектра КМЛП. Более конкретно, анализатор 102 моделирует спектральные характеристики каждого блока S из L выборок.

Входной блок S из L выборок обрабатывается отбеливающим фильтром 103, имеющим следующую передаточную функцию, основанную на текущих величинах параметров КСП:

где а₀ = 1, a(z) - переменная так называемого z - преобразования. Как показано на фиг. 1, отбеливающий фильтр 103 формирует остаточный вектор R.

Для вычисления и квантования параметров ДСП, а именно - задержки T основного тона и коэффициента усиления g основного тона, используется выделить 104 основного тона. Исходное состояние выделителя 104 также задают равным величине сигнала СФ из выделителя 110 исходного состояния. Подробная процедура вычисления и квантования параметров ДСП описана в первичной заявке на патент США N 07/927528 и хорошо известна специалистам в данной области техники и дополнительно рассматриваться не будет.

Чтобы рассчитать характеристику откликов фильтра ХОФ, предназначенную для использования на последующих этапах, на характеризатор 105 откликов фильтра (фиг. 1) подают параметры КСП и ДСП. Информация ХОФ состоит из следующих трех составляющих, где n = 1, 2, ... L.

f(n): отклик F(z).

Отметим, что F(z) обычно включает в себя предварительный фильтр основного тона.

h(n): отклик 1/A(zy^-1) на f(n),
где y - коэффициент восприятия. В более общем виде, h(n) - это импульсный отклик F(z)W(z)/A(z), являющегося каскадом из предварительного фильтра F(z), фильтра W(z) перцептуального взвешивания и синтезирующего фильтра 1/A(z). Отметим, что F(z) и 1/A(z) - это те же фильтры, что и используемые в устройстве декодирования, изображенном на фиг.2.

U(i,j): автокорреляция h(n) согласно следующему выражению,

На устройство 106 долгосрочного прогнозирования подается прошлый сигнал возбуждения (т.е. E+gC_k предыдущей подгруппы данных) для формирования новой составляющей E с использованием надлежащей задержки T и коэффициента усиления b основного тона.

Исходное состояние фильтра восприятия 107 устанавливают в соответствии с величиной СФ, подаваемой из выделителя 110 исходного состояния. Остаточный вектор R'=R-E с удаленным основным тоном, вычисленный устройством вычитания 121 (фиг. 1), затем подается на перцептуальный фильтр 107 для получения на выходе последнего фильтра целевого вектора X. Как показано на фиг. 1, параметры КСП подаются на фильтр 107, чтобы изменить его передаточную функцию в связи с этими параметрами. В основном, X=R'-P, где P представляет собой вклад долгосрочного прогноза (ДСП), включая последствие от прошлых возбуждений. Теперь можно установить критерий среднеквадратичной ошибки (СКО), который применим к Δ, в виде следующих матричных записей:

где H - матрица меньших треугольников Теплица LxL, образованная из отклика h(n) следующим образом. Элемент h(0) занимает диагональ матрицы, a h(1), h(2),... h(L-1) занимают соответствующие меньшие диагонали.

Этап обратной фильтрации осуществляется фильтром 108, показанным на фиг. 1. Установка на ноль производной вышеуказанного равенства по коэффициенту усиления g приводит к оптимальному коэффициенту усиления следующим образом:

При этом значении g минимизация принимает вид:

Задача состоит в том, чтобы найти конкретный индекс k, при котором достигается минимизация. Отметим, что поскольку - фиксированная величина, тот же самый индекс можно найти путем минимизации следующей величины:

где D = (XH), а
В обратном фильтре 108 вычисляется обратно фильтрованный целевой вектор D= (XH). Термин "обратная фильтрация" для этой операции вытекает из интерпретации (XH) как фильтрации обращенного во времени X.

К устройству, показанному на фиг.1 вышеупомянутой первичной заявки на патент США N 07/927528, дополнительно введен только селектор амплитуды 112. Функция селектора амплитуды 112 заключается в ограничении кодовых векторов A_k, поиск которых осуществляется оптимизирующим устройством управления 109, наиболее перспективными кодовыми векторами A_k, чтобы тем самым уменьшить сложность поиска кодовых векторов. Как указано в вышеизложенном описании, каждый кодовый вектор A_k является сигналом комбинации амплитуд и позиций импульсов, определяющим L различных позиций p и содержащим как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2,... L комбинации, причем каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие, по меньшей мере, одной из q различных возможных амплитуд.

В соответствии с фиг.3a, 3b и 3c, назначение селектора амплитуды 112 заключается в том, чтобы предварительно установить функциональную зависимость S_p между позициями p сигнала кодового вектора и q возможными значениями амплитуд импульсов. Предварительно установленная функциональная зависимость S_p определяется в связи с речевым сигналом перед поиском в справочнике кодов. Более конкретно, предварительное установление этой функциональной зависимости заключается в предварительном присвоении, в связи с речевым сигналом, по меньшей мере, одной из q возможных амплитуд каждой возможной позиции p сигнала (этап 301 на фиг. 3a).

Чтобы предварительно присвоить одну из q амплитуд каждой позиции p сигнала, вычисляют вектор B оценки амплитуды по обратно отфильтрованному целевому вектору D и остаточному вектору R' с удаленным основным тоном. Более конкретно, вектор В оценки амплитуды вычисляют путем сложения (подэтап 301-1 на фиг.3b) обратно отфильтрованного целевого вектора B в нормированном виде

и остаточного вектора R' с удаленным основным тоном в нормированном виде

чтобы таким образом получить вектор B оценки амплитуды в виде:

где β - фиксированная константа, имеющая типичное значение 1/2 (значение β выбирают между 0 и 1, в зависимости от процентной доли импульсов ненулевой амплитуды, используемых в алгебраическом коде).

Для каждой позиции q сигнала амплитуду S_p, предварительно присвоенную этой позиции p, получают путем квантования соответствующей оценки B_p амплитуды вектора B. Более конкретно, для каждой позиции p сигнала оценку B_p нормированной максимальным значением амплитуды вектора B квантуют (подшаг 301-2 на фиг.3b) с помощью следующего выражения:

где Q(.) - функция квантования, а

коэффициент нормировки, представляющий максимальную амплитуду импульсов ненулевой амплитуды.

В важном специальном случае, когда
q= 2, то есть можно предполагать наличие только двух значений амплитуд импульсов (т.е. S_pi = ±1), и
плотность N/L импульсов ненулевой амплитуды меньше или равна 15%,
значение β может быть равным нулю, тогда вектор B оценки амплитуды просто уменьшается до обратного отфильтрованного целевого вектора D и, следовательно, S_p = sign(D_p).

Назначение оптимизирующего устройства управления 109 заключается в том, чтобы выбрать наилучший кодовый вектор A_k из алгебраического справочника кодов. Критерий выбора задают в виде соотношения, рассчитываемого для каждого кодового вектора A_k и максимизируемого по всем кодовым векторам (этап 303):

где D = (XH), a
Поскольку A_k - это алгебраический кодовый вектор, имеющий N импульсов ненулевой амплитуды соответствующих амплитуд S_pi, числитель является квадратом величины

а знаменатель является энергетической составляющей, которую можно выразить как

где U(p_i, p_j) - корреляция, связанная с двумя импульсами единичной амплитуды, одним - в позиции p_i, а другим - в позиции p_j. Эту матрицу вычисляют в соответствии с вышеуказанным уравнением в характеризаторе 105 откликов фильтра и включают во множество параметров, определяемых как ХОФ на блок-схеме, показанной на фиг.1.

Быстрый способ вычисления этого знаменателя (этап 304) предусматривает N вложенных циклов, изображенных на фиг.4, в которых используется усеченная строчная запись s(i) и ss(i,j) вместо "S_pi" "S_pi S_pj". Вычисление знаменателя α_k2 является процедурой, требующей наибольших затрат времени. Вычисления, вносящие вклад в α_k2, которые осуществляются в каждом цикле, показанном на фиг. 4, можно записать в отдельных строках от крайнего внешнего цикла до крайнего внутреннего цикла следующим образом:

где p_i - позиция i-того импульса ненулевой амплитуды. Отметим, что наличие N вложенных циклов на фиг.4 дает возможность ограничить импульсы ненулевой амплитуды кодовых векторов A_k в соответствии с кодами перестановки N перемежающихся одиночных импульсов.

В настоящем изобретении сложность поиска значительно уменьшается путем ограничения подмножества отыскиваемых кодовых векторов A_k кодовыми векторами, для которых N импульсов ненулевой амплитуды соответствуют функциональной зависимости, предварительно установленной на этапе 301, показанном на фиг.3a. Предварительно установленная функциональная зависимость вступает в силу, когда каждый из N импульсов ненулевой амплитуды кодового вектора A_k имеет амплитуду, равную амплитуде, предварительно присвоенной позиции p импульса ненулевой амплитуды.

Упомянутое ограничение подмножества кодовых векторов осуществляют путем проведения сначала объединения предварительно установленной функциональной зависимости S_p с элементами матрицы U(i,j) (этап 302 на фиг.3a), а затем - использования N вложенных циклов, показанных на фиг.4, в предположении, что все импульсы s(i) являются фиксированными, положительными и имеют единичную амплитуду (этап 303). Таким образом, даже несмотря на то, что амплитуда ненулевых импульсов может принимать любое из q возможных значений в алгебраическом справочнике кодов, сложность поиска уменьшается до случая фиксированных амплитуд импульсов. Более конкретно, матрица U(i,j) элементом которой формируются характеризатором 105 откликов фильтра, объединяется с предварительно установленной функциональной зависимостью в соответствии со следующим соотношением (этап 302):
U'(i,j) =S_iS_jU(i,j),
где S_i определяется функционированием селектора амплитуды 112, а именно, S_i - это амплитуда, выбранная для отдельной позиции i, с учетом квантования соответствующей оценки амплитуды.

Для этой новой матрицы вычисление для каждого цикла быстрого алгоритма можно записать в отдельной строке, от крайнего внешнего до крайнего внутреннего никла, следующим образом:

где p_x - позиция x-го импульса ненулевой амплитуды сигнала и где U'(p_x, p_y-функция, зависящая от амплитуды предварительно присвоенной позиции p_x из числа позиций p, и амплитуды предварительно присвоенной позиции p_y из числа позиций p.

Чтобы дополнительно уменьшить сложность поиска, можно пропускать (см. фиг. 3c), в частности, но не исключительно, крайний внутренний цикл всякий раз, когда справедливо неравенство:

где S_pn - амплитуда, предварительно присвоенная позиции p_n, D_pn - p_n - -ая составляющая целевого вектора D, а T_D - пороговое значение, связанное с обратно отфильтрованным целевым вектором D.

Сигнал E+gC_k возбуждения общего сигнала вычисляется сумматором 120 (фиг. 1) по сигналу gC_k из устройства управления 109 и выходному сигналу E из устройства прогнозирования 106. Модуль 110 выделителя исходного состояния, состоящий из перцептуального фильтра с передаточной функцией 1/A(zy^-1), изменяющейся в связи с параметрами КСП, вычитают из остаточного сигнала R сигнал E + gC_k возбуждения сигнала просто для получения конечного состояния фильтра СФ с целью использования его в качестве исходного состояния в фильтре 107 и выделителе 104 основного тона.

Множество из четырех параметров k, g, ДСП и КСП преобразуется в надлежащий формат цифрового канала мультиплексором 111, завершающим процедуру кодирования блока S выборок речевого сигнала.

Хотя настоящее изобретение было описано выше со ссылками на предпочтительные конкретные варианты его осуществления, эти конкретные варианты, при желании, можно модифицировать в пределах объема прилагаемой формулы изобретения, без изменения сущности изобретения.

Формула изобретения

1. Способ осуществления поиска в справочнике кодов, состоящем из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов для кодирования звукового сигнала, причем каждая комбинация амплитуд и позиций импульсов определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2, ..., L комбинации, а каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие одной из q возможных амплитуд, отличающийся тем, что предварительно выбирают из справочника кодов подмножество комбинаций амплитуд и позиций импульсов в связи со звуковым сигналом и осуществляют поиск только в этом подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов для кодирования звукового сигнала, за счет чего уменьшают сложность поиска, поскольку поиск осуществляют только в одном подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, причем этап предварительного выбора включает предварительное установление, в связи со звуковым сигналом, функциональной зависимости S_p, предварительно присваивающей позициям p = 1, 2, ... L действительные амплитуды из упомянутых q возможных амплитуд, а этап поиска включает поиск только тех комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, имеющих импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно установленной функциональной зависимости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап предварительного установления функциональной зависимости включает предварительно присваивание, посредством функциональной зависимости S_p, одной из возможных амплитуд в качестве действительной амплитуды каждой позиции p, а предварительно установленная функциональная зависимость вступает в силу, котла каждый импульс ненулевой амплитуды комбинации амплитуд и позиций импульсов имеет амплитуду, равную амплитуде, предварительно присвоенной функциональной зависимостью S_p позиции p импульса ненулевой амплитуды.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что этап предварительного присвоения одной из q возможных амплитуд каждой позиции p заключается в том, что обрабатывают звуковой сигнал с получением обратно отфильтрованного целевого вектора D и остаточного сигнала R' с удаленным основным тоном, вычисляют вектор B оценки амплитуды по обратно отфильтрованному целевому вектору D и остаточному сигналу R' с удаленным основным тоном и для каждой из упомянутых изделий p квантуют оценку B_p амплитуды упомянутого вектора B с получением амплитуды, выбираемой для упомянутой позиции p.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что этап вычисления вектора B оценки амплитуды включает сложение обратно отфильтрованного вектора D в нормированном виде

с остаточным сигналом R' с удаленным основным тоном в нормированном виде

для получения вектора B оценки амплитуды в виде

где β - фиксированная константа.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что β является фиксированной константной, имеющей значение в диапазоне между 0 и 1.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что для каждой из упомянутых позиций p этап квантования включает квантование оценки B_p нормированной максимальным значением амплитуды вектора B с помощью следующего выражения:

где знаменатель

является коэффициентом нормировки, представляющим максимальную амплитуду импульсов ненулевой амплитуды.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждая из упомянутых комбинаций импульсов содержит число N импульсов ненулевой амплитуды, причем упомянутый способ дополнительно включает ограничение позиций p импульсов ненулевой амплитуды в соответствии, по меньшей мере, с одним кодом перестановки N перемежающихся одиночных импульсов.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что каждая из упомянутых комбинаций амплитуд и позиций импульсов содержит число N импульсов ненулевой амплитуды, а этап поиска включает максимизацию заданной дроби, знаменатель αk² которой вычислен посредством N вложенных циклов в соответствии со следующим соотношением:

где вычисление для каждого цикла записано в отдельную строку от крайнего внешнего цикла до крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов;
P_n - позиция n-го импульса ненулевой амплитуды комбинации;
U'(P_x, P_y) - функция, зависящая от амплитуды S_px, предварительно присвоенной позиции P_x из числа позиций p, и амплитуды S_py, предварительно присвоенной позиции P_y из числа позиций p.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что этап максимизации упомянутой заданной дроби включает пропуск, по меньшей мере, крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов всякий раз, когда справедливо следующее неравенство:

где S_pn - амплитуда, предварительно присвоенная позиции P_n;
D_pn - P_n -я составляющая целевого вектора D;
T_D - пороговое значение, соответствующее обратно отфильтрованному целевому вектору D.

10. Устройство для осуществления поиска в справочнике кодов, состоящем из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов, для кодирования звукового сигнала, причем каждая комбинация амплитуд и позиций импульсов определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2, ..., L комбинации, а каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие одной из возможных амплитуд, содержащее средство предварительного выбора из упомянутого справочника кодов подмножества комбинаций амплитуд и позиций импульсов в связи со звуковым сигналом и средство поиска только в упомянутом подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов для кодирования звукового сигнала, для уменьшения сложности поиска за счет осуществления поиска только в одном подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, при этом средство предварительного выбора содержит средство предварительного установления, в связи со звуковым сигналом, функциональной зависимости S_p для предварительного присвоения позициям p = 1, 2, ..., L действительных амплитуд из упомянутых q возможных амплитуд, а средство поиска содержит средство ограничения поиска теми комбинациями амплитуд и позиций импульсов из упомянутого справочника кодов, имеющими импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно установленной функциональной зависимости.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство предварительного установления функциональной зависимости содержит средство предварительного присвоения, посредством функциональной зависимости S_p, одной из q возможных амплитуд в качестве действительной амплитуды каждой позиции p, а предварительно установленная функциональная зависимость вступает в силу, когда каждый импульс ненулевой амплитуды комбинации амплитуд и позиций импульсов имеет амплитуду, равную амплитуде, предварительно присвоенной функциональной зависимостью S_p позиции p импульса ненулевой амплитуды.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что средство предварительного присвоения одной из q возможных амплитуд каждой позиции содержит средство обработки звукового сигнала с получением обратно отфильтрованного целевого вектора D и остаточного сигнала R' с удаленным основным тоном, средство вычисления вектора B оценки амплитуды по обратно отфильтрованному целевому вектору D и остаточному сигналу R' с удаленным основным тоном и средство квантования, для каждой из упомянутых позиций p, оценки B_p амплитуды упомянутого вектора B с получением амплитуды, выбираемой для упомянутой позиции p.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что упомянутое средство вычисления вектора B оценки амплитуды содержит средство сложения обратно отфильтрованного целевого вектора D в нормированном виде

с остаточным сигналом R' с удаленным основным тоном в нормированном виде

для получения вектора B оценки амплитуды в виде

где β - фиксированная константа.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что β является фиксированной константой, имеющей значение в диапазоне между 0 и 1.

15. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что упомянутое средство квантования содержит средство квантования, для каждой из упомянутых позиций p, оценки B_p, нормированной максимальными значениями амплитуды векторов B с помощью следующего выражения:

где знаменатель

является коэффициентом нормировки, представляющим максимальную амплитуду импульсов ненулевой амплитуды.

16. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что каждая из упомянутых комбинаций амплитуд и позиций импульсов содержит число N импульсов ненулевой амплитуды, при этом упомянутое устройство дополнительно содержит средство ограничения позиций p импульсов ненулевой амплитуды в соответствии, по меньшей мере, с одним кодом перестановки N перемежающихся одиночных импульсов.

17. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что каждая из упомянутых комбинаций амплитуд и позиций импульсов содержит число N импульсов ненулевой амплитуды, причем средство поиска содержит средство максимизации заданной дроби, имеющей знаменатель αk², и средство вычисления упомянутого знаменателя αk² посредством N вложенных циклов в соответствии со следующим соотношением:

где вычисление в каждом цикле записано в отдельную строку от крайнего внешнего цикла до крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов, где P_p - позиция n-го импульса ненулевой амплитуды комбинации и где U'(P_x, P_y) - функция, зависящая от амплитуды S_Px, предварительно присвоенной позиции P_x из числа позиций p, и амплитуды S_Py, предварительно присвоенной позиции P_y из числа позиций p.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что упомянутое средство вычисления знаменателя αk² содержит средство пропуска, по меньшей мере, крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов всякий раз, когда справедливо следующее неравенство:

где S_Pn - амплитуда, предварительно присвоенная позиция P_n;
D_pn - P_n-ая составляющая целевого вектора D;
T_D - пороговое значение, относящееся к обратно отфильтрованному целевому вектору D.

19. Система сотовой связи для обслуживания большой территориальной зоны, разделенной на множество ячеек, содержащая мобильные приемопередающие блоки, сотовые базовые станции, соответственно находящиеся в упомянутых ячейках, средства управления связью между сотовыми базовыми станциями, подсистему двусторонней радиосвязи между каждым мобильным блоком, находящимся в одной из ячеек, и сотовой базовой станцией упомянутой ячейки, содержащую и в мобильном блоке, и в сотовой базовой станции передатчик, включающий в себя средство кодированного речевого сигнала и средство передачи кодированного речевого сигнала, и приемник, включающий в себя средство приема переданного кодированного речевого сигнала и средство декодирования принятого кодированного речевого сигнала, отличающаяся тем, что средство кодирования речевого сигнала содержит устройство для осуществления поиска в справочнике кодов, состоящее из множества комбинаций амплитуд и позиций импульсов для кодирования речевого сигнала, причем каждая комбинация амплитуд и позиций импульсов определяет L различных позиций и содержит как импульсы нулевой амплитуды, так и импульсы ненулевой амплитуды, присвоенные соответствующим позициям p = 1, 2, ..., L комбинации, а каждый импульс ненулевой амплитуды предполагает наличие одной из q возможных амплитуд, при этом устройство для осуществления поиска содержит средство предварительного выбора из справочника кодов некоторого подмножества комбинаций амплитуд и позиций импульсов в связи с речевым сигналом и средства поиска только в упомянутом подмножестве комбинаций амплитуд и позиций импульсов ввиду кодирования речевого сигнала для уменьшения сложности поиска за счет осуществления поиска только в одном подмножестве комбинаций амплитуд и позиций в справочнике кодов, при этом средство предварительного выбора содержит средство предварительного установления, в связи со звуковым сигналом, функциональной зависимости S_p, предварительно присваивающей позициям p = 1, 2, ..., L действительные амплитуды из упомянутых q возможных амплитуд, и при этом средство поиска содержит средство ограничения поиска теми комбинациями амплитуд и позиций импульсов из справочника кодов, имеющих импульсы ненулевой амплитуды, которые соответствуют предварительно установленной функции.

20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что средство предварительного установления функциональной зависимости содержит средство предварительного присвоения, посредством функциональной зависимости S_p, одной из q возможных амплитуд в качестве правильной амплитуды каждой позиции p, а предварительно установленная функциональная зависимость вступает в силу, когда каждый импульс ненулевой амплитуды комбинации амплитуд и позиций импульсов имеет амплитуду, равную амплитуде, предварительно присвоенной функциональной зависимостью S_p позиции p импульса ненулевой амплитуды.

21. Система по п. 20, отличающаяся тем, что средство предварительного присвоения одной из q возможных амплитуд каждой позиции p содержит средство обработки речевого сигнала с получением обратного отфильтрованного целевого вектора D и остаточного сигнала R' с удаленным основным тоном, средство вычисления вектора B оценки амплитуды по обратно отфильтрованному целевому вектору D и остаточному сигналу R' с удаленным основным тоном и средство квантования, для каждой из упомянутых позиций P, оценки B_p амплитуды упомянутого вектора B с получением амплитуды, выбираемой для упомянутой позиции p.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что упомянутое средство вычисления вектора B оценки амплитуды содержит средство сложения обратно отфильтрованного целевого вектора D в нормированном виде

с остаточным сигналом R' с удаленным основным тоном в нормированном виде

для получения вектора B оценки амплитуды в виде

где β - фиксированная константа.

23. Система по п. 22, отличающаяся тем, что β является фиксированной константой, имеющей значение в диапазоне между 0 и 1.

24. Система по п.23, отличающаяся тем, что упомянутое средство квантования содержит средство квантования, для каждой из упомянутых позиций p, оценки B_p, нормированной максимальным значением амплитуды вектора B с помощью следующего выражения

где знаменатель

является коэффициентом нормировки. представляющим максимальную амплитуду импульсов ненулевой амплитуды.

25. Система по п.19, отличающаяся тем, что каждая из упомянутых комбинаций амплитуд и позиций импульсов содержит число N импульсов ненулевой амплитуды, а упомянутое устройство дополнительно содержит средство ограничения позиций p импульсов ненулевой амплитуды в соответствии, по меньшей мере, с одним из кодов перестановки N перемежающихся одиночных импульсов.

26. Система по п.22, отличающаяся тем, что каждая из упомянутых комбинаций амплитуд и позиций импульсов содержит число N импульсов ненулевой амплитуды, при этом средство поиска содержит средство максимизации заданной дроби, имеющей знаменатель αk², и средство вычисления упомянутого знаменателя αk² посредством N вложенных циклов в соответствии со следующим соотношением:

где вычисление в каждом цикле записано в отдельную строку от крайнего внешнего цикла до крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов, где P_n - позиция n-го импульса ненулевой амплитуды комбинации, и где U'(P_x, P_y) - функция, зависящая от амплитуды S_px, предварительно присвоенной позиции P_x из числа позиций p, и амплитуды S_py, предварительно присвоенной позиции P_y из числа позиций p.

27.Система по п.26, отличающаяся тем, что упомянутое средство вычисления знаменателя αk² содержит средство пропуска, по меньшей мере, крайнего внутреннего цикла из N вложенных циклов всякий раз, когда справедливо следующее неравенство:

где S_pn - амплитуда, предварительно присвоенная позиция P_n;
D_Pn - P_n-ая составляющая целевого вектора D;
T_D - пороговое значение, относящееся к обратно отфильтрованному целевому вектору D.

Приоритет по пунктам:
06.02.95 - по п.1, 10;
28.07.95 - по п.19.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7