Вокодер

 

Союз Советских

Социалистические

Рвспублии

ОПИСАНИЯ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii802994 (61 ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03.03..78 (2l ) 2704889/ф,8-.т 0 с присоединением заявки рй (23) Приоритет

Опубликовано07.02.81. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания l0.02.83. (53)М. Кл.

G 10 L 3./00

Гяяударстеенеый кямитет

СССР ая делам изяяретеикй . и яткрытнй (ЬЗ) УДК 68l.8 (088.8) (72) Автор.. изобретения

Н. В. Буханцев

Ъ

1

) (71) Заявитель (54) БОКОДЕР

Изобретение относится к области нри 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 формантного типа, блока формировании сочетаний этих частот, блока формирования номеров . эталонов, а приемная часть состоит из синтезатора и блока формирования эталон а 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 oHHcbIBBåìîìó вокодер, состоящий из передающей части, содержащей включенные последовательно анализатор спектра, преобразователь спектра в функцию линейного предсказания логарифма, блок измерения расстояний и пространстве и выбора эталона с минимальным расстоянием, к другому входу которого подключен выход блока памяти эталонов функпий и выделитель основного тона, включенный между входом анализатора спектра и од« ним входом выходного блока согласования, а также из приемной части, содержащей включенные последовательно блок формирования функций по номерам эталонов, к одному- входу .которого подключен блок памттти эталонов функций, блок преобразования функций в спектр и синтезатор, к одному входу которого через шину передачи основного тона подключает входной блок согласования (2).

К недостаткам этого вокодера можно отнести необходимость сравнительно большой требуемой пропускной способности канала связи, необходимой для передачи речи с заданным качеством.

Цель изобретения - сокращение требуемой пропускной способности канала

802994

1О

25 зо

40

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 комеров эталонов функций по принятым индексам этих пар 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 выбора эталона с минимальным расстоянием, второй вход — c выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выход - с другим входом выходного блоке согласования, в один вход блока формирования НВр номсров 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

l 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, 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 блоке 10 памяти эталонов функций линейного предсказания логарифма спектра, в один иэ входов блока 6 соединен с выходом блока ll памяти пар номеров эталонов функций. Приемная часть вокодера содержит последовательно соединекные входной блок l2 согласования с входной шиной l3 приемной чести, блок l4 формирования пар номеров эталонов функций ко принятым нндексвм этих пвр номеров, блок 15 формирования функций по номерам эталонов, блок 16 преобразования функц1й в спектр и синтезатор l7

4 с выходной шиной l8. Один из входов синтезатора 17 соединен шиной 19 передечи основного тона с одним из выхо-дов входного блока l2 согласовании.

Один из входов блока l4 соединен с выходом блока 20 памяти пар номеров этвлонов функций, а один из входов блока

l5 соединен с выходом блока 2l памяти эталонов функций.

Вокодер работает следующим образом.

Передаваемый речевой сигнал, создаваемый, например, микрофоном (на схеме не показан), по входной шине 22 поступает кв входы анализатора З. Пектра и выделителя 9 оскоэного тона. Иа выходе анализатора спектра формируются сигналы, цредставляюяие собой мгновенный спектр входного си.нале. Эти сигналы в преобразоватепе 4 спектра в функцию линейного предсказания логарифма спектра преобразуются в функцию линейного предсказания логарифме сиектра (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 двв члене функции предсказания общего вида применитель но к логарифму спектре речевого сигнала. Посредством функции предсказания речевого сигнала можно осуществить декорреляцию этого сигнала во времени. Применение предсказания к логарифму спектра речевого сигнале позволяет осуществить еще большую декорреляцию сигнала посредством устранения избыточности, заключенной в информации о частотной характеристике тракте и о тембре голоса диктора.

В блоке lO памяти эталонов функций линейного предсказания логарифма спектра хранятся выбранные заранее эталоны функций ЛПЛС, с помощью которых осуществляется аппроксимация текущих функций ЛПЛС, действующих нв выходе преобразователя 4. Выбор эталонов блока

lO осуществляется исходя иэ условия наилучшей аппроксимации множества, текущих реализаций функций ЛПЛС конечным множеством эталонов этих функций, Этот выбор осуществляется заранее нв основании расчетов, проводимых с помощью

ЭВМ. Выбранные эталоны заносятся в блок lO и блок 2l памяти эталонов функций вокодере. Для каждой текущей рев5 80 лизации функций ЛПЛС находится эталон из блока Щ. наилучшим образом апцроксимнрующий эту функцию. Точность аппроксимации определяется расстоянием (вычисляемым, например, как сумма квщ ратов отклонений соответствующих координат) между текущей реализацией функции ЛПЛС и эталоном памяти, обеспечивеющим наилучшую аппроксимацию. 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 10. На выходе блоке 5 образуется сигнал, несущий информацию о номере эталона с минимальным укезанным расстоянием.

В блоке l l. памяти пар номеров эталонов функций хранятся выбранные заранее пары номеров эталонов функций ДПЛС. 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 l1 памяти пар номеров эталонов функций осуществляется исходя из массива наиболее часто встречающихся в речи пар одиночных эталонов функций ДПЛС 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 1l и 20 передающей и приемной частей вокодера, причем каждой паре номеров присваивается свой индекс.

Принцип аппроксимации текущих перномеров эталонов функций ДПЛС эталон ными парами поясняется следующим при-, мером. Пусть текущая пара эталонов функций ЛПЛС имеет вид А-В, где А и

B — номера одиночных эталонов этой функции. Если в блоке памяти 1 1 имеется аналогичное сочетание номеров, то на выходе блока 6 формируется индекс этого сочетания в массиве памяти блока 3.1. Если такого сочетания (пары) в блоке l l не окезелось, отыскивается индекс пары, имеющей вид — А — 1 где 1 - любой номер из входящих в пары номеров массива памяти. Если и такой пары в блоке l l нет, то отыскивается индекс лары виде j — - A, или

1 В, или  — 1 ° При отсутствии и таких пар индекс пары формируется по специальному алгоритму.

2994 б

Этот алгоритм выборе одной из ближайших по составу эталонной пары составляется заранее на основании критерия минимального расстояния между векторами текущей и эталонной пары, поскольку все составляющие 128 текущих и

2.

1.28 эталонных пар функций ЛПЛС известны.

Таким образом, в блоке 6 производитщ ся сравнение пар номеров текущих эталонов функций ЛПЛС с эталонными парами номеров, извлекаемыми из блока памяти 1 3., и формирование индекса наиболее подходящей пары, при этом множестко сочетаний номеров одиночных эталонов функций ЛПЛС, действующих иа входе блока 6, заменяется ограниченным набором сочетаний (дар) номеров.

Сигнал, несущий информацию об индексе эталонной пары номеров эталонов функций ДПЛС, поступает далее в выходной блок 7 согласовании сигналов вокодера с каналом связи. В этот же блок поступает сигнел основного тона речи, формируемый выделителем 9 основного тона.

На шине 8 передающей части блоком 7 образуются упорядоченные (во времени и частоте) сигналы вокодера в виде, пригодном для передачи по каналу связи.

Вокодерные сигналы, прошедшие через канал связи, по входной шине 1Э приемной части поступают в входной блок l2 согласования приемной части вокодере с канелом связи. На выходах этого блока раздельно формируются сигнал, не сущий информацию об индексах эталонных пар функций ЛПЛС, который поступает далее на вход блока 14 формирове4„ния пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пар номеров, и сигнал основного тона. поступающий дао лее ло шине l9 в синтезатор l7.

В блоке l4 формирования пар номеров эталонов функций ДПЛС по индексам этих пар, поступающим на его вход, из блока 20 памяти пар начеров эталонов функций извлекаются соответствующие пары номеров одиночных эталонов фук50 ций ДПЛС. Временная последователь ность этих номеров поступает далее на вход блока 4.5 формирования функций

ДПЛС, где по номерам одиночных эта лолов из блока 2l памяти эталонов функций извлекаются соответствующме

5S значения функций ДПЛС. Сигнал, несущий информацию об этих функциях, поступает далее в блок l6 преобразования функций и спектр. При использовании элементарс

802994

Вокодер, состоящий из передающей части, содержащей включение последовательно анализатор спектра, преоб « разователь спектра в функцию линейного предсказания логарифма спектра, блок измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстоянием, к другому входу которого подключен выход блока памяти эталонов функций и выделитель основного тона, включенный между входом анализатора спектра и одним входом выходного блока согласования, а также из приемной части, содержащей включенные последовательно блок формирования функций по номерам эталонов, к одному входу ко40 ных функций ЛПЛС блок 16 состоит из линейного преобразователя интегрирующе-: го типа и нелинейного преобразователя, осуществляющего потенцирование сигнала.

Выделяемая на выходе блока 3.6 спектраль- ная функция совместно с сигналом основного тона использует и в синтезаторе речи l7 для восстановления речевого сигнала, который затем поступает на выходную шину 18. !О

Для передачи 3.28 индексов необходимы 7 разрядов двоичного кода. Эту информацию предполагается передавать со скоростью 25 индексов в секунду (поскольку каждый индекс несет, информацию î паре одиночных эталонов функций ЛПЛС, это соответствует скорости передачи 50 одиночных эталонов этих функций в секунду) . Таким образом, скорость передачи фонетической инфор- 20 мации (или требуемая пропускная способность канала связи) для предлагаемого вокодера составляет 7х25=175дв.ед/с.

С учетом информации о сигнале основного тона общий поток информации описы- 2S ваемого вокодера составляет 200250 дв. ед./c. формула изобретения торого подключен блок памяти эталонов функций, блок преобразования функций в спектр, синтезатор, к одному входу которого через шину передачи основного тона подключен один выход входного блока согласования, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения требуемой пропускной способности канала связи, необходимой для передачи речи с заданным качеством, передающая часть вокодера снабжена блоком формирования пар номеров эталонов функций и блоком памяти пар номеров эталонов функций, приемная часть вокодера < .набжена блоком формирования пар номеров эталонов функций цо принятым индексам этих пар номеров и блоком памяти пар номеров эталонов функций, причем один вход блока формирования пар номеров эталонов в

O передающей части соединен с выходом блока измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстоянием, второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выход - с другим входом выходного блока согласования, а 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, выходс другим входом блока формирования фун кций по номерам эталонов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3..6.6 Каир,б.С.Сооб ег 600БРЬ V01Ce Э1У 1юг Сои|Е еисе. ВЕсогй, 1976, 3ЕЕ ЖАегио лопаВ confer-ence on AcousMc,Speec,h and Ьщпаб Рго еьчи,РИiЬ есрМ, цьд, р.р. g<-qq.

2. Авторское свидетельство СССР по;заявке № 254.4894/18-1.0, кл. 63.0 L 1./00, 1978 (прототип).

802994

Составитель В. M усаэлян

Редактор Т, Загребельная Техред Н. Бабурка Корректор Е Рошко

Заказ l 0629/6 3 Тираж 417 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, M осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4.