Передающая система, передатчик, передвижная радиостанция и способ для передачи речевых сигналов

 

Изобретение относится к передающей системе, применяемой в передвижных радиостанциях для передачи речевых сигналов с передвижной станции на стационарную. Технический результат - обеспечение восстановления оптимальных параметров передачи речевых сигналов после возобновления речевого сигнала после паузы. Сущность изобретения заключается в том, что позволяет не отключать во время пауз фильтры, а непосредственно управлять фильтром, запускаемым кодированными векторами возбуждения с соответствующим образом обработанным речевым сигналом. В результате получается более плавный, едва ощутимый переход между комфортным шумом и речевым сигналом, когда последний возобновляется, искусственный фоновый шум, так называемый комфортный шум, возникает в период отключения в приемнике. 4 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к передающей системе, содержащей передатчик, включающий речевой кодер, имеющий запоминающее устройство для хранения сигналов возбуждения, фильтрующее устройство для фильтрации сигналов возбуждения, средство выбора для сопоставления сигнала, выведенного из речевого сигнала с выходным сигналом фильтра и для выбора оптимального сигнала возбуждения, причем передатчик включает детектор для выявления пауз в речи и для по крайней мере частичного отключения речевого кодера при обнаружении паузы в речи и средство для передачи оптимального сигнала возбуждения на приемник, который включает декодер речи для восстановления оптимального сигнала возбуждения и речевого сигнала.

Такая система и способ широко известны, например, из работы Bishnu S7 Atal, Vladimir Cuperman, Allen Geneho "Advances in Speech Coding" более конкретно на стр. 69-79. В особенности широко это применяется в передвижных радиостанциях для передачи речевых сигналов с передвижной станции на стационарную. Передвижная станция обычно работает на аккумуляторах и, поскольку наибольшую часть энергии потребляет передатчик, известно, что передатчик вместе со связанными с ним блоками отключается во время пауз в речи для экономии энергии и продления полезного срока службы аккумуляторов. Однако в связи с высокой сложностью устройства речевого кодера этот речевой кодер требует значительных затрат энергии, в особенности из-за того, что относительно каждого блока речи и всех сигналов возбуждения необходима адресация всех ячеек памяти в запоминающем устройстве, и кроме того, выраженные векторы возбуждения должны быть подвернуты фильтрации для определения оптимального вектора возбуждения, что дает, например, наименьшую энергию разностного сигнала на этапе формирования разности.

В патенте WO 93/13516, посвященном устройству для осуществления способа, описанного выше, но без описания подробностей, касающихся речевого кодера, указано, что речевой кодер выключается на время пауз в речи и продолжается генерирование только нескольких параметров, например коэффициентов кодирования с линейным предсказанием и коэффициентов автокорреляции, по которым детектор определяет паузы в речи и из которых выводится информация относительно передаваемого фонового шума. Можно предположить одновременное выключение фильтрующего устройства, поскольку его выходные сигналы не являются непосредственно необходимыми во время пауз в речи. Однако, когда речевой сигнал возобновляется, требуется некоторое время для того, чтобы фильтр вышел на полную мощность после отключения так, что в течение переходного периода появляются не оптимальные параметры для передачи речевых сигналов.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предложение передающей системы типа, описанного в начальном параграфе, обеспечивающей значительную экономию энергии во время пауз в речи и в которой оптимальные параметры передачи речевых сигналов восстанавливаются практически сразу же после возобновления речевого сигнала после паузы.

Согласно настоящему изобретению это достигается за счет применения детектора для отключения средства выбора в случае пауз в речи и для подачи на фильтр следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

Согласно найденному решению при выключении средства выбора выключается адресация, считывание и очень дорогостоящая фильтрация хранящихся в запоминающем устройстве векторов возбуждения, поскольку операции адресации, считывания и очень дорогостоящей фильтрации представляют схемы, требующие наибольшего объема вычислений, а сохраняются только функции фильтрующего устройства поскольку это фильтрующее устройство требует небольшого количества энергии. Поскольку при выключении адресации запоминающего устройства на второй фильтр перестанет поступать входной сигнал, первый фильтр получает следующий сигнал, выведенный из речевого сигнала, то есть единственный вектор возбуждения, поскольку в идеале входные сигналы двух устройств одинаковы. При возобновлении речевого сигнала после паузы первый фильтр при использовании его снова также продемонстрирует более плавный переход на полное речевое кодирование.

Что касается оптимальных параметров для передачи речевых сигналов, то известно, что запоминающее устройство состоит из первого запоминающего подустройства, в котором содержатся определенные векторы возбуждения, и второго запоминающего подустройства, в котором содержатся дополнительные векторы возбуждения, причем дополнительные векторы возбуждения формируются не только во время пауз в речи, но также суммой взвешенного вектора возбуждения первого запоминающего подустройства и взвешенного вектора возбуждения второго запоминающего подустройства, будучи записаны во втором запоминающем подустройстве. Применение дополнительных векторов обеспечивает получение почти оптимальных векторов возбуждения, выдающих очень небольшой разностный сигнал, т.е. небольшой сигнал погрешности. Это в особенности эффективно для участков вокализованной речи, поскольку в этом случае речевой сигнал почти периодичен и практически никогда резко не меняется. Это относится также к случаю возобновления речевого сигнала после паузы в речи. Поэтому для того, чтобы иметь в качестве значений возбуждения наиболее последние значения и во время пауз в речи, каковые наиболее последние значения могут использоваться сразу после возобновления речевого сигнала, согласно варианту реализации способа, являющегося предметом изобретения, удобно отбирать во время пауз в речи дополнительные векторы возбуждения со входа первой части второго фильтра и записывать их во второе запоминающее подустройство. В результате во втором запоминающем подустройстве при возобновлении речевого сигнала оказываются дополнительные векторы возбуждения, причем эти векторы возбуждения позволяют почти немедленно определять почти оптимальные параметры для передачи речевых сигналов.

Устройство для реализации способа, являющегося предметом настоящего изобретения описано далее в зависимых пунктах формулы изобретения.

Далее варианты реализации изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи, на которых: на фиг. 1 показана передающая система, в которой может быть использовано изобретение на фиг. 2 показана блок-схема речевого кодера в передающей станции; и на фиг. 3 показана структура запоминающего устройства, состоящего из двух подустройств.

В передающей системе, показанной на фиг. 1, произведенный микрофоном 1 речевой сигнал преобразуется речевым кодером 4 в передатчике 2 в кодированный речевой сигнал. Кодированный речевой сигнал передается передатчиком 2 на приемник через канал передачи данных 3. Каналом передачи данных может служить, например, радиоканал, двухжильный медный провод или стекловолокно. В приемнике 5 кодированный речевой сигнал преобразуется декодером в восстановленный речевой сигнал, который с помощью громкоговорителя 7 превращается в акустический сигнал.

Речевой кодер, показанный на фиг. 2, состоит из запоминающего устройства 12, на который по каналу 15 поступают сигналы адресации и управляющие сигналы со схемы управления 14. Запоминающее устройство 12 содержит различные векторы возбуждения в различных ячейках памяти, которые периодически и последовательно управляются и считываются схемой управления 14. Считанные векторы возбуждения появляются на канале 13 после стадии взвешивания, которая здесь подробно не показана, причем канал 13 соединен с оконечностью переключателя на два направления 28. Этот переключатель на два направления является, как очевидно, электронным переключателем.

Сначала предполагается, что переключатель 28 находится в нижнем положении, так что взвешенные и считанные векторы возбуждения поступают по каналу 13 на вход 29 первого фильтра 16.

Переведенный в цифровую форму речевой сигнал перед кодированием подается на вход 11, который соединен с фильтром 22. Для ясности не показано устройство для выведения из речевого сигнала различных параметров, в особенности для выведения коэффициентов кодирования с линейным предсказанием. Эти коэффициенты кодирования с линейным предсказанием подаются на фильтр 22 (фильтр анализа кодирования с линейным предсказанием) который, в результате, выдает на канал 23 так называемый остаточный сигнал. Такие остаточные сигналы также представляют векторы возбуждения, хранящиеся в запоминающем устройстве 12.

Остаточный сигнал по каналу 23 поступает на фильтр 24, имеющий конструкцию, сходную с конструкцией первого фильтра 16 и в котором также применяются такие же коэффициенты фильтрации. Выходные сигналы фильтров 16 и 24 подаются на звено формирования разности 18, формирующее разность между этими двумя сигналами, и этот разностный сигнал означает также сигнал погрешности, поскольку разностный сигнал является мерой разности между речевым сигналом на входе 11 и речевым сигналом, восстановленным из векторов возбуждения. Этот разностный сигнал поступает на процессорный блок 20, формирующий среднюю энергию сигнала погрешности. Эта средняя энергия поступает по каналу 21 на схему управления 14, которая сохраняет адрес вектора возбуждения, для которого найдено наименьшее значение средней энергии. Этот адрес передается на приемную станцию в качестве параметра предназначенного к передаче речевого сигнала.

Кроме того, предусмотрен детектор 26, который воспринимает как речевой сигнал, поступающий на вход 11, так и остаточный сигнал, поступающий на канал 23 и на основании этого определяет, имеется ли на входе 11 реальный речевой сигнал или же в данный конкретный момент имеет место пауза в речи, и на вход 11 поступает только фоновый шум. Если детектор 26 определяет наличие паузы, по каналу 27 передается сигнал, который выключает средства выбора 10, образуемые схемой управления 14, запоминающее устройство 12, звено формирования разности 18 и процессорное устройство 20. Однако поскольку в этом случае на первый фильтр 16 больше не будут поступать векторы возбуждения, сигнал по каналу 27 приводит в действие переключатель на два направления 28, так что на вход 29 фильтра 16 поступает остаточный сигнал по каналу 23. Этот сигнал в основном соответствует оптимальному вектору возбуждения, выдаваемому каждый раз по каналу 13, таким образом, каждый раз только один вектор возбуждения. Если после этого на вход 11 снова поступает речевой сигнал и элементы средства выбора 10 включаются снова, а переключатель на два направления 28 возвращается в нижнее положение, фильтр 16 снова получает по каналу 13 все хранящиеся в памяти и взвешенные векторы возбуждения, из которых должен быть выбран оптимальный.

Вход 29 фильтра 16 соединен также с информационным входом запоминающего устройства 12. Как показано на фиг. 3, запоминающее устройство 12 образовано в действительности двумя подустройствами 121 и 122, управление которыми осуществляет схема управления 14 с фиг. 1 через соответствующие входы адресации 15a и 15b. Запоминающее подустройство 121 в общем является памятью только для считывания, в которой находится ряд постоянно хранящихся векторов возбуждения. Запоминающее подустройство 122, с другой стороны, является памятью с произвольным доступом, на вход 126 которой поступает самый последний оптимальный вектор возбуждения с канала 13. Вектор возбуждения на канале 13 формируется сумматором 125, определяющим сумму вектора возбуждения из запоминающего подустройства 121, умноженного на первый коэффициент взвешивания в мультипликаторе 124, и вектора возбуждения из второго запоминающего подустройства 122, умноженного на в целом иной коэффициент в следующем мультипликаторе 123. Первое запоминающее подустройство 121 может также состоять из множества постоянных запоминающих устройств, которые переключаются при обнаружении вокального безвокального элемента в речевом сигнале.

Поскольку запоминающее устройство 12 на фиг. 1 во время пауз в речи выключают, в течение этого периода времени на канале 13 не генерируется никаких векторов возбуждения. Поэтому информационный вход 126 второго запоминающего подустройства 122 на фиг. 3 непосредственно соединен со входом 29 фильтрующего устройства 16, на который также поступает сигнал во время пауз в речи, т.е. остаточный сигнал с канала 23. Таким образом второе запоминающее подустройство 122 содержит самые последние векторы возбуждения и во время пауз, так что при переходе речевого сигнала практически одновременно по каналу 13 поступают почти оптимальные векторы возбуждения.

Формула изобретения

1. Передающая система речевого сигнала, содержащая передатчик, включающий в себя речевой кодер, в котором предусмотрены: запоминающее устройство для хранения сигналов возбуждения, первый фильтр, связанный с запоминающим устройством для фильтрации сигналов возбуждения, средство выбора, связанное с первым фильтром и со вторым фильтром, для сопоставления сигнала, выведенного из речевого сигнала через второй фильтр, с выходным сигналом первого фильтра и для выбора оптимального сигнала возбуждения, детектор для обнаружения пауз в речи и для управления переключателем, который выключает по меньшей мере части речевого кодера при обнаружении паузы в речи, отличающаяся тем, что переключатель выполнен с возможностью выключения средства выбора и запоминающего устройства в случае пауз в речи, отключения первого фильтра от запоминающего устройства и подключения к первому фильтру следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

2. Передающая система по п.1, отличающаяся тем, что запоминающее устройство состоит из первого запоминающего подустройства, предназначенного для хранения заранее определенных сигналов возбуждения, и второго запоминающего подустройства для хранения дополнительных сигналов возбуждения, причем речевой кодер включает средства для записи во втором запоминающем подустройстве вне пауз суммы взвешенного сигнала возбуждения первого запоминающего подустройства и взвешенного сигнала возбуждения второго запоминающего подустройства в течение пауз следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

3. Передатчик для передачи речевого сигнала, содержащий речевой кодер, имеющий запоминающее устройство для хранения сигналов возбуждения, первый фильтр, связанный с запоминающим устройством, для фильтрации сигналов возбуждения, средство выбора, связанное с первым фильтром и со вторым фильтром, для сопоставления сигнала, выведенного из речевого сигнала через второй фильтр, с выходным сигналом первого фильтра и для выбора оптимального сигнала возбуждения, детектор для обнаружения пауз в речи и для управления переключателем, который выключает по меньшей мере части речевого кодера при обнаружении паузы в речи, отличающийся тем, что переключатель выполнен с возможностью выключения средства выбора и запоминающего устройства в случае пауз в речи, отключения первого фильтра от запоминающего устройства и подключения к первому фильтру следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

4. Передатчик по п.3, отличающийся тем, что запоминающее устройство состоит из первого запоминающего подустройства, предназначенного для хранения заранее определенных сигналов возбуждения, и второго запоминающего подустройства для хранения дополнительных сигналов возбуждения, причем речевой кодер включает средства для записи во втором запоминающем подустройстве вне пауз взвешенного сигнала возбуждения первого запоминающего подустройства и взвешенного сигнала возбуждения второго запоминающего подустройства и для записи во втором запоминающем подустройстве в течение пауз следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

5. Передвижная радиостанция для передачи речевого сигнала, содержащая передатчик, включающий речевой кодер, содержащий запоминающее устройство для хранения сигналов возбуждения, первый фильтр, связанный с запоминающим устройством, для фильтрации сигналов возбуждения, средство выбора, связанное с первым фильтром и со вторым фильтром, для сопоставления сигнала, выведенного из речевого сигнала через второй фильтр, с выходным сигналом первого фильтра и для выбора оптимального сигнала возбуждения, детектор для обнаружения пауз в речи и для управления переключателем, который выключает по меньшей мере части речевого декодера при обнаружении паузы в речи, отличающаяся тем, что переключатель выключает средство выбора и запоминающее устройство в случае пауз в речи, отключает первый фильтр от запоминающего устройства и подключает первый фильтр к следующему сигналу, выведенному из речевого сигнала.

6. Передвижная радиостанция по п.5, отличающаяся тем, что запоминающее устройство состоит из первого запоминающего подустройства, предназначенного для хранения заранее определенных сигналов возбуждения, и второго запоминающего подустройства для хранения дополнительных сигналов возбуждения, причем речевой кодер включает средства для записи во втором запоминающем подустройстве вне пауз суммы взвешенного сигнала возбуждения первого запоминающего подустройства и взвешенного сигнала возбуждения второго запоминающего подустройства и для записи во втором запоминающем подустройстве в течение пауз следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

7. Способ передачи речевых сигналов, при котором хранят сигналы возбуждения в запоминающем устройстве, фильтруют сигналы возбуждения, проводят сопоставление сигнала, выведенного из речевого сигнала, с фильтрованным сигналом возбуждения и выбор оптимального сигнала возбуждения, а также осуществляют выявление пауз в речи с выключением по меньшей мере части системы передачи при обнаружении пауз, отличающийся тем, что при наличии паузы в речи предусматривают выключение средства выбора и подачу на фильтр следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что запоминающее устройство состоит из первого запоминающего подустройства, в котором хранят заранее определенные сигналы возбуждения и второго запоминающего подустройства, в котором хранят дополнительные сигналы возбуждения, причем в речевом кодере предусматривают средства записи во втором запоминающем подустройстве вне пауз суммы взвешенного сигнала возбуждения первого запоминающего подустройства и взвешенного сигнала возбуждения второго запоминающего подустройства, а также записи во втором запоминающем подустройстве в течение пауз следующего сигнала, выведенного из речевого сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.12.2005

Извещение опубликовано: 20.12.2007        БИ: 35/2007

---