<Desc/Clms Page number 1>
"Transmissiesysteem met reconstructie van ontbrekende signaalmonsters"
De uitvinding heeft betrekking op een transmissiesysteem voor het reeksgewijze overdragen van signaalmonsters, omvattende een zender voorzien van karakterisatiemiddelen voor het bepalen van voor de signaalmonsters karakteristieke parameters, van middelen voor het verzenden van de karakteristieke parameters en tenminste een deel van de signaalmonsters via een kanaal naar een ontvanger, welke ontvanger is voorzien van interpolatiemiddelen voor het bepalen van de waarde van ontbrekende signaalmonsters ter verkrijging van opeenvolgende reeksen signaalmonsters met karakteristieke parameters die overeenkomen met de ontvangen karakteristieke parameters.
De uitvinding heeft bovendien betrekking op een zender, een ontvanger, een coder en een decoder voor gebruik in een dergelijk transmissiesysteem alsmede een interpolator en een werkwijze voor interpolatie.
Een transmissiesysteem volgens de aanhef is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 5, 025, 404.
Dergelijke transmissiesystemen worden bijvoorbeeld gebruikt voor het overdragen van spraak- of muzieksignalen over kanalen met een beperkte transmissiecapaciteit of over kanalen waarop zogenaamde burstfouten voorkomen.
Een eerste voorbeeld van een dergelijk kanaal is een radiokanaal tussen een mobiel station en een vast basisstation. De beschikbare transmissiecapaciteit van dit kanaal is beperkt omdat dit kanaal door zeer veel gebruikers benut wordt. Bovendien kunnen er door fading perioden voorkomen waarin de kans op het optreden van burstfouten optreedt vrij groot is.
Een tweede voorbeeld is een registratiekanaal dat gebruik maakt van een magnetisch, optisch of een ander registratiemedium zoals bijvoorbeeld een ROM.
Hierbij is de capaciteit ook veelal begrensd, en bij sommige van deze registratiemedia kunnen bij het weergeven van de geregistreerde monsters burstfouten optreden.
In de zender van het bekende transmissiesysteem worden karakteristieke parameters van de over te dragen signaalmonsters bepaald. Dit kan gebeuren door het
<Desc/Clms Page number 2>
bepalen van lineaire predictieparameters die het verband tussen actuele signaalmonsters en voorafgaande signaalmonsters beschrijven, waarbij deze parameters op een zodanige wijze bepaald worden dat een fout tussen het uit de voorgaande signaalmonsters geschatte actuele signaalmonster en de werkelijke waarde van het actuele signaalmonster minimaal is. Deze karakteristieke parameters worden samen met (een deel van) de signaalmonsters via het kanaal naar de ontvanger overgedragen.
Indien een besparing van transmissiecapaciteit gewenst wordt, wordt slechts een deel van de signaalmonsters via het kanaal overgedragen. De niet overgedragen monsters worden aan de hand van de ontvangen karakteristieke parameters die informatie geven over het karakter van het signaal en de wel overgedragen monsters bepaald.
Indien bescherming van de over te dragen signaalmonsters tegen burstfouten gewenst is, kunnen naast de karakteristieke parameters alle signaalmonsters overgedragen worden. In de ontvanger worden de foutief ontvangen monsters dan bepaald aan de hand van de karakteristieke parameters en de wel correct ontvangen signaal monsters. De foutief ontvangen monsters worden dan als ontbrekend beschouwd.
In de zender worden de karakteristieke parameters bepaald die de complete reeks van signaalmonsters het beste beschrijven, terwijl in de ontvanger uitgaande van de ontvangen karakteristieke parameters en de waarde van de (correct) ontvangen waarden van de signaalmonsters de waarden van de ontbrekende signaalmonsters bepaald worden. In het algemeen zullen de waarden van de gereconstrueerde signaalmonsters niet exact gelijk zijn aan de waarden van de oorspronkelijke signaalmonster, maar zal er een interpolatiefout aanwezig zijn. De ontbrekende signaalmonsters worden zodanig bepaald dat deze interpolatiefout minimaal is.
Uit simulaties is gebleken dat bij sommige spraak- en muzieksignalen de minimale waarde van de interpolatiefout aanzienlijk blijft. Bovendien is uit luistertesten gebleken dat de kwaliteit van het ontvangen signaal te wensen overlaat.
Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een transmissiesysteem volgens de aanhef waarbij de interpolatiefout aanzienlijk is gereduceerd en daarmee de hoorbare kwaliteit van het ontvangen signaal aanzienlijk wordt verbeterd.
Hiertoe is de uitvinding gekenmerkt doordat de zender is voorzien van periodebepalingsmiddelen voor het bepalen van de periodewaarde van een periodiciteit in de signaalmonsters, welke periodewaarde groter is dan de tijdsduur van iedere reeks
<Desc/Clms Page number 3>
signaalmonsters, en van middelen voor het verzenden van de periodewaarde via het kanaal naar de ontvanger, waarbij de interpolatiemiddelen zijn voorzien van periodeintroductiemiddelen voor het introduceren van een periodiciteit met een periode die overeenkomt met de ontvangen periodewaarde in de door de interpolatiemiddelen bepaalde signaalmonsters.
De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat in het te verzenden signaal, dat in reeksen signaalmonsters via het kanaal verzonden wordt, periodiciteiten voorkomen met een periode die groter is dan de tijdsduur van ieder der reeksen van signaalmonsters. Omdat deze periode groter is dan de tijdsduur van ieder der reeksen signaalmonsters kan het optreden van deze periodiciteiten niet uit de wel in de reeks signaalmonsters aanwezige signaalmonsters door interpolatie bepaald worden. Hierdoor zal de interpolatiefout op sommige momenten aanzienlijk zijn. De momenten waarop de interpolatiefout maximaal is liggen op afstanden die gelijk zijn aan de periodewaarde.
Door nu in de zender de periode van een dergelijke periodiciteit te bepalen met behulp van de periodebepalingsmiddelen, en in de ontvanger met behulp van de periodeintroductiemiddelen deze periodiciteit in de door de interpolatiemiddelen bepaalde signaalmonsters te introduceren, worden aan de uitgang van de ontvanger reeksen signaalmonsters verkregen waarin de periodiciteit volledig aanwezig is. Uit simulaties en luistertesten blijkt inderdaad dat de kwaliteit van het gereconstrueerde signaal door de maatregelen volgens de uitvindingsgedachte aanzienlijk is verbeterd.
Er wordt opgemerkt dat het in principe mogelijk is om de interpolatiefout te verminderen door het aantal signaalmonsters in iedere reeks van signaalmonsters te vergroten. Dit vereist tevens een aanzienlijke vergroting van het aantal karakteristieke parameters teneinde een eveneens vergroot aantal ontbrekende signaalmonsters uit de wel bekende signaalmonsters met een voldoende nauwkeurigheid te kunnen bepalen.
Deze vergroting van het aantal karakteristieke parameters zou leiden tot een onaanvaardbare verhoging van de complexiteit van de zender. Bovendien zou de vergroting van het aantal karakteristieke parameters een aanzienlijk grotere transmissiecapaciteit van het kanaal vereisen.
Een uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt door dat de periodebepalingsmiddelen tevens zijn ingericht voor het bepalen van een amplitudecoefficient van de periodiciteit en dat de periodeintroductiemiddelen zijn ingericht voor het instellen van de amplitudecoëfficiënt van de periodiciteit op de door de periodebepa-
<Desc/Clms Page number 4>
lingsmiddelen bepaalde dempingscoëfficient.
In het algemeen zal de amplitude van de periodiciteit in de signaalmonsters niet constant zijn, maar tussen nul en een maximale waarde kunnen variëren.
Deze variaties kunnen beschreven worden door een amplitudecoëfficient. De amplitudecoefficient kan bijvoorbeeld een maat zijn voor de verhouding van de amplituden van twee opeenvolgende perioden van de periodiciteit. Is de amplitude coëfficiënt groter dan een dan neemt de amplitude van de periodiciteit toe met de tijd. Is de amplitudecoefficient gelijk aan l, dan blijft de amplitude van de periodiciteit constant, terwijl bij een amplitudecoëfficiënt die kleiner is dan 1 de amplitude van de periodiciteit afneemt met de tijd.
Door behalve de periodewaarde ook een amplitudecoëfficient van de periodiciteit in de zender te bepalen en deze eveneens in de ontvanger te gebruiken voor het instellen van de periodeintroductiemiddelen, wordt de transmissiekwaliteit van het transmissiesysteem verder verbeterd.
Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt door dat de zender is voorzien van lokale interpolatiemiddelen voor het bepalen van niet uitgezonden signaalmonsters uit wel uitgezonden signaalmonsters ter verkrijging van een gereconstrueerde reeks signaalmonsters met karakteristieke parameters die overeenkomen met de door de karakterisatiemiddelen bepaalde karakteristieke parameters, welke lokale interpolatiemiddelen voorzien zijn van lokale periodeintroductiemiddelen voor het introduceren van een periodiciteit met een periode die overeenkomt met de periodewaarde, en dat de periodebepalingsmiddelen zijn ingericht voor het selecteren van die periodewaarde waarbij de gereconstrueerde reeks van signaalmonsters zo goed mogelijk overeenkomen met de oorspronkelijke reeks van signaalmonsters.
Door de bepaling van de periodewaarde en/of de amplitudecoëfficiënt van de periodiciteit aan de hand van een in de zender uitgevoerde lokale interpolatie uit te voeren, wordt gegarandeerd dat die waarde van de periode en/of de amplitudecoëfficiënt van de periodiciteit bepaald wordt waarbij de interpolatiefout minimaal is zodat een optimale kwaliteit van de bepaling van de periodewaarde of amplitudecoefficient gegarandeerd is.
Een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt door dat de karakterisatiemiddelen zijn voorzien van venstermiddelen voor het wegen met een venster van een langere reeks van signaalmonsters voor het bepalen van de karakte-
<Desc/Clms Page number 5>
ristieke parameters, en dat de reeks van signaalmonsters de laatste signaalmonsters van de langere reeks omvat.
In veel gevallen wordt de waarde van de karakteristieke parameters bepaald uit signaalmonsters over een interval dat groter is dan de tijdsduur van de reeks signaalmonsters. Hierbij worden de signaalmonsters vaak vermenigvuldigd met een zogenaamde vensterfunctie die maximaal is in het midden van het interval, en afneemt tot ongeveer nul aan de randen van het interval. In het transmissiesysteem volgens de stand van de techniek ligt de reeks van signaal monsters in het midden van het interval.
Hierdoor ontstaat een extra vertraging bij de transmissie van de reeks signaalmonsters die ongeveer gelijk is aan de helft van het interval, hetgeen ongewenst is. Door nu de reeks signaalmonsters samen te laten vallen met het einde van het interval wordt de extra vertraging van de transmissie door toepassing van de vensterfunctie tot nagenoeg nul gereduceerd. Uit luistertesten en uit simulaties blijkt dat deze maatregel nauwelijks verlies van transmissiekwaliteit tot gevolg heeft.
De uitvinding zal nu nader toegelicht worden aan de hand van de figuren.
Hierin toont :
Fig. 1 een transmissiesysteem volgens de uitvinding ;
Fig. 2 een voorkeursuitvoeringsvorm van een zender voor gebruik in het transmissiesysteem volgens Fig. 1 ;
Fig. 3 de relatieve ligging van een vensterfunctie die gebruikt wordt bij
EMI5.1
het bepalen van de predictieparameters en een zekere reeks signaalmonsters
Fig. 4 de relatieve ligging van de vensterfunctie en de reeks signaalmonsters die volgt op de reeks signaalmonsters volgens Fig. 3 ;
Fig. 5 een voorbeeld van een spraaksignaal dat via het transmissiesysteem volgens Fig. 1 wordt verzonden ;
Fig. 6 de predictiefout e (n) in de ontvanger als functie van de tijd bij een transmissiesysteem volgens de stand van de techniek ;
Fig. 7 de predictiefout e (n) in de ontvanger als functie van de tijd bij een transmissiesysteem volgens Fig. 1 ;
Fig. 8 de predictiefout e (n) in de ontvanger als functie van de tijd bij een transmissiesysteem volgens de uitvinding, gebruik makende van de zender volgens Fig.
2.
In het transmissiesysteem volgens Fig. 1 worden signaalmonsters S (n)
<Desc/Clms Page number 6>
toegevoerd aan een ingang van een zender 2. De ingang van de zender 2 is verbonden met een reductie-element 8, met een ingang van de periodebepalingsmiddelen 7, en met een ingang van de karakterisatiemiddelen, zijnde hier een lineaire predictor 12 ter bepaling van predictieparameters. De uitgang van het reductie-element 8 is verbonden met een eerste deelkanaal 4a van het kanaal 4.
De periodebepalingsmiddelen 7 bevatten een cascadeschakeling van een predictiefilter 10 en periodemeetmiddelen 14. De uitgangen van de periodebepalingsmid- delen 7 met als uitgangssignaal de amplitudecoëfficiënt en de periode van de periodiciteit in de signaalmonsters zijn verbonden met deelkanalen 4b en 4c van het kanaal 4. De uitgang van de lineaire predictor 12 is verbonden met een deelkanaal 4d van het kanaal 4 en met een stuuringang van het predictiefilter 10.
De uitgang van het deelkanaal 4a is verbonden met een geheugeneenheid 16. Een eerste uitgang van de geheugeneenheid 16, met als uitgangssignaal de meeste recente reeks signaalmonsters, is verbonden met een eerste ingang van interpolatiemiddelen 19 en met een eerste ingang van de multiplexer 24. Een tweede uitgang van de geheugeneenheid 16, met als uitgangssignaal de op een na meeste recente reeks signaalmonsters, is verbonden met een tweede ingang van de interpolatiemiddelen 19.
Een uitgang van de interpolatiemiddelen 19 is verbonden met een tweede ingang van de multiplexer 24. De uitgang van de multiplexer 24 is verbonden met de uitgang van de ontvanger en met een derde ingang de interpolatiemiddelen 19. De uitgangen van de deelkanalen 4b en 4c zijn verbonden met eerste en tweede stuuringangen van de interpolatiemiddelen 19. De uitgang van deelkanaal 4d is verbonden met een derde stuuringang van de interpolatiemiddelen 19.
De eerste ingang van de interpolatiemiddelen 19 is verbonden met een eerste ingang van een interpolator 20, terwijl de tweede ingang van de interpolatiemiddelen 19 is verbonden met een tweede ingang van de interpolator 20. De derde ingang van de interpolatiemiddelen 19 is verbonden met een ingang van een predictiefilter 22.
De eerste stuuringang van de interpolatiemiddelen is verbonden met een eerste stuuringang van de periodeintroductiemiddelen 18, terwijl een tweede stuuringang van de interpolatiemiddelen 19 is verbonden met een tweede stuuringang van de periodeintroductiemiddelen 18. De derde stuuringang van de interpolatiemiddelen is verbonden met een stuuringang van het inverse predictiefilter en met een stuuringang
<Desc/Clms Page number 7>
van de interpolator 20. De uitgang van het inverse predictiefilter 22 is verbonden met een ingang van de periodeintroductiemiddelen 18, terwijl de uitgang van de periodeintroductiemiddelen 18 is verbonden met een derde ingang van de interpolator 20.
In het transmissiesysteem volgens Fig. 1 wordt er vanuit gegaan dan de signaalmonsters s (n) bestaan uit opeenvolgende reeksen van ieder p + m symbolen. Van deze p + m signaalmonsters worden door de reductie-element 8, m signaalmonsters verwijderd zodat er slechts p monsters per reeks van p+m signaalmonsters via het deelkanaal 4a worden verzonden. Het verwijderen van m signaalmonsters wordt gedaan ter reductie van de benodigde transmissiecapaciteit van het deelkanaal 4a. Om ter plaatse van de ontvanger 6 de niet overgedragen signaalmonsters te kunnen reconstrueren worden in de zender 2 door de lineaire predictor delen predictieparameters bepaald. Deze predictieparameters geven aan hoe een signaalmonster afhangt van een aantal daaraan voorafgaande signaalmonsters.
Voor een schatting s (n) van een signaalmonster s (n) kan geschreven worden :
EMI7.1
In (1) is N de orde van de predictie die aangeeft hoeveel monsters uit het verleden bij de predictie meegenomen worden. Voor het verschil e (n) = s (n)-s' (n) wordt dan gevonden :
EMI7.2
Voor de gemiddelde kwadratische fout E voor een aantal signaalmonsters geldt dan :
EMI7.3
De predictor 12 bepaalt de waarden van a (i) waarvoor E een minimale waarde heeft. De wijze van bepalen van de predictiecoefficienten is in detail beschreven in het tijdschriftartikel "Linear Prediction : A Tutorial Review" door J. Makhoul in Proceedings of the IEEE, Vol. 63, No. 4, April 1975. De predictieparameters a (l) tot en met a (N) worden via het deelkanaal 4d naar de ontvanger verzonden.
Het predictiefilter 10 waarvan de predictieparameters zijn ingesteld op de waarden die door de lineaire predictor 12 zijn
<Desc/Clms Page number 8>
berekend, bepaalt de predictiefout e (n) uit de signaalmonsters s (n) volgens (2). De periodemeetmiddelen 14 bepalen uit het foutsignaal e (n) de periode en de amplitudecoefficient van de periodiciteit met een periode groter dan de tijdsduur van de reeks van signaalmonsters. De periodemeetmiddelen 14 gebruiken als ingangssignaal het signaal e (n) in plaats van s (n), omdat in de ontvanger de parameters van de periodiciteit in het signaal e (n) nodig is voor de herintroductie van deze periodiciteit in de reeks van signaalmonsters.
De parameter b geeft de amplitudecoëfficiënt van de periodiciteit aan, terwijl de parameter l de periode van de periodiciteit uitgedrukt in aantallen signaalmonsters aangeeft.
De amplitudecoëfficiënt b en de periodewaarde 1 worden via de deelkanalen 4b en 4c naar de ontvanger verzonden. Er wordt opgemerkt dat voor het overdragen van de predictieparameters benodigde transmissiecapaciteit aanzienlijk kleiner kan zijn dan de transmissiecapaciteit die nodig is voor het overzenden van de m ontbrekende signaalmonsters. De deelkanalen 4a-4d kunnen bijvoorbeeld gevormd worden door tijdsloten in een multiplexframe dat over een enkel transmissiekanaal 4 wordt verzonden. Ook andere vormen van multiplexing, zoals bijvoorbeeld frequentiemultiplex, zijn denkbaar voor het overdragen van de informatie van de vier deelkanalen 4a-4d.
De geheugeneenheid 16 slaat de van het deelkanaal 4 ontvangen reeks signaalmonsters op. Behalve de meest recente reeks p van signaalmonsters is in de
EMI8.1
geheugeneenheid 16 ook nog de op een na meest recente reeks p'van signaalmonsters aanwezig. De beide reeksen van signaalmonsters p en p'worden toegevoerd aan de interpolator 20. De m geinterpoleerde signaalmonsters worden door de multiplexer samengevoegd met de p ontvangen signaalmonsters tot een complete reeks s' (n) van signaalmonsters. Het predictief11ter 22 bepaalt aan de hand van de ontvangen predictieparameters de predictiefout e' (n) uit de reeks signaalmonsters s' (n).
De periodeintroductiemiddelen 18 bepalen aan de hand van de ontvangen waarden van b en l een over l bemonsterperioden vertraagd en met een factor b vermenigvuldigde predictiefout e' (n).
Het uitgangssignaal van de periodeintroductiemiddelen 18 zorgt voor de herintroductie van de periodiciteit in de geinterpoleerde reeks van signaalmonsters. De combinatie van interpolator 20, multiplexer 24, predictiefilter 22 en periodeintroductiemiddelen kunnen beschouwd worden als een resonantieschakeling met een resonantieperiode en een dempingsfactor die bepaald worden door de parameters 1 en b, welke resonantieschakeling wordt aangestoten door de in de reeks van p signaalmonsters aanwezige
<Desc/Clms Page number 9>
periodiciteit. Hierdoor wordt de periodiciteit ook geïntroduceerd in de reeksen van m signaalmonsters waarin deze periodiciteit oorspronkelijk ook voorkwam.
Bij het reconstrueren van de m signaalmonsters door de interpolator wordt ervan uitgegaan dat een predictiefout D geminimaliseerd wordt op basis van een signaal
EMI9.1
d gelijk is aan e' (n)-b'e' = e' (n)-q De basis hiervoor is gelegen in het feit dat indien e' (n) periodiek is het uitgangssignaal d (n) gelijk zal zijn aan nul indien b en l de juiste waarde hebben. Door minimalisatie van D wordt bereikt dat in het signaal e (n) en dus in het signaal s' (n) de periodiciteit met een correcte amplitudecoëfficiënt en periode aanwezig is.
Indien aangenomen wordt dat de orde N van de predictie gelijk is aan het aantal bij de interpolatie betrokken signaalmonsters dat gelijk is aan 2p+m-l, kan voor de predictie fout D geschreven worden :
EMI9.2
Hierbij wordt aangenomen dat de predictiefout over de ontbrekende en de daaropvolgende aanwezige signaalmonsters wordt geminimaliseerd. Verder wordt aangenomen dat 1 groter is dan p+m. De waarde van de ontbrekende signaalmonsters kan nu gevonden worden minimum van D kan nu gevonden worden door de afgeleide van D naar de ontbrekende signaalmonsters gelijk aan nul te stellen.
Er geldt dan :
EMI9.3
Omdat s (k) slechts invloed heeft op E vanaf n=k tot en met n=k+p gaat (5) over in :
EMI9.4
Substitutie van (2) in (6) resulteert in :
EMI9.5
(7) definieert m vergelijkingen voor de m verschillende waarden van k vanaf p tot en met p+m+ 1. Deze m vergelijkingen kunnen in matrixvorm als volgt geschreven
<Desc/Clms Page number 10>
worden :
EMI10.1
Hierin is A een m bij p+m matrix en is e een kolomvector met m elementen. Onder gebruikmaking van (2) wordt voor de vector e gevonden :
EMI10.2
In (9) is B een p+m bij 2p+m matrix en s een kolomvector met 2p+m elementen.
Substitutie van (9) in (8) levert :
EMI10.3
Uitwerken van de matrixvermenigvuldiging AB resulteert in :
EMI10.4
Hierbij is ri gelijk aan :
EMI10.5
Indien de bovengrens van de sommatie kleiner is dan nul, heeft ri een waarde gelijk aan
<Desc/Clms Page number 11>
nul.
De matrix R kan verdeeld worden in drie deelmatrices RRi en Rr waarbij Rl gevormd wordt door de p meest linkse kolommen van R, R. gevormd wordt door de p meest rechtse kolommen van R, en waarbij Rm gevormd wordt door de resterende m kolommen van R.
Indien de vector s wordt gesplitst in drie deelvectoren bestaande uit respectievelijk p, m en p coëfficiënten, kan (10) herschreven worden als :
EMI11.1
De elementen van de drie deelvectoren van s die ongelijk zijn aan nul kunnen als deelvectoren sl, s. en sr gedefinieerd worden. Voor deze deelvectoren geldt dan :
EMI11.2
Gebruik makende van (14) gaat (13) over in :
EMI11.3
De matrix Rut is een vierkante matrix van m bij m. Rut is symmetrisch, definiet positief en Toeplitz. Het rechterlid van (15) stelt een vector met bekende componenten voor.
Vanwege de bovengenoemde eigenschappen van Rm kan (15) met behulp van diverse bekende methoden bepaald worden. Een van deze methoden is bijvoorbeeld het
EMI11.4
Levinson algorithme dat beschreven is in het boek Digital Signal Processing"door Publishing Company Inc. 1985, ISBN 0-201-10155-6. pp. 352-358.
<Desc/Clms Page number 12>
"Fast Algorithms forAfhankelijk van de waarden van p en m kan de structuur van de matrices RI, R. en Rp veranderen. De matrix Rm heeft voor waarden van m < p + 1 de volgende structuur :
EMI12.1
Voor m > p wordt de structuur van de matrix R. :
EMI12.2
De structuur van de matrices Rl en Rr is ook afhankelijk van de waarden van m en p. Voor m < p geldt voor de matrices Rl en Rr:
EMI12.3
Voor m=p zijn de matrices Rl en Rp gelijk aan :
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
Voor m > p gaan R, en R, over in :
EMI13.2
EMI13.3
De voor de oplossing van (14) benodigde waarde van de vector q is beschikbaar aan de uitgang van de periodeintroductiemiddelen 18.
De in (14) benodigde waarden a worden verkregen uit de van het kanaal 4 ontvangen waarden voor de in de zender bepaalde predictieparameters. De elementen van de vector sI worden gevormd door de op een na meest recente reeks ontvangen signaalmonsters, terwijl de elementen van de vector sr gevormd worden door de meest recente reeks ontvangen signaalmonsters.
In de zender volgens Fig. 2 worden de te verzenden signaalmonsters s toegevoerd aan een reductie-eenheid 8, aan een eerste ingang van de periodebepalingsmiddelen 30 en aan een lineaire predictor 12. De uitgang van het reductie-element 8 is verbonden met een eerste deelkanaal 4a van het kanaal 4, en met een lokale geheugeneenheid 9. Een eerste uitgang van de lokale geheugeneenheid 9, met als uitgangssignaal de meeste recente reeks signaalmonsters, is verbonden met een eerste ingang van de lokale interpolatiemiddelen 31 en met een eerste ingang van de multiplexer 23. Een tweede uitgang van de lokale geheugeneenheid 9, met als uitgangssignaal de op een na meeste recente reeks signaalmonsters, is verbonden met een tweede ingang van de lokale interpolatiemiddelen 31. Een uitgang van de lokale interpolatiemiddelen 31 is verbonden met een tweede ingang van de multiplexer 23.
De uitgang van de multiplexer 23 is verbonden met een derde ingang van de lokale interpolatiemiddelen 31 en met een tweede ingang van de periodebepalingsmiddelen 30. De uitgang van de lineaire predictor 12 is verbonden met een deelkanaal
<Desc/Clms Page number 14>
4d van het kanaal 4 en met een eerste stuuringang van de lokale interpolatiemiddelen 31. Een eerste en een tweede uitgang van de periodebepalingsmiddelen 30 zijn verbonden met een deelkanaal 4b respectievelijk 4c en met een tweede en een derde stuuringang van de lokale interpolatiemiddelen 31.
De eerste ingang van de lokale interpolatiemiddelen 31 is verbonden met een eerste ingang van een lokale interpolator 21, terwijl de tweede ingang van de lokale interpolatiemiddelen 31 is verbonden met een tweede ingang van de lokale interpolator 21. De derde ingang van de lokale interpolatiemiddelen 31 is verbonden met een ingang van een invers predictiefilter 10. De uitgang van het inverse predictiefilter 10 is verbonden met een ingang van de lokale periodeintroductiemiddelen 17. De uitgang van de lokale periodeintroductiemiddelen 17 is verbonden met een derde ingang van de lokale interpolator 21. De eerste stuuringang van de lokale interpolatiemiddelen 31 is verbonden met een stuuringang van het inverse predictiefilter 10 en met een stuuringang van de lokale interpolator 21.
De tweede en de derde stuuringang van de lokale interpolatiemiddelen 31 zijn verbonden met een eerste en een tweede stuuringang van de lokale periodeintroductiemiddelen 17. Een eerste ingang van de periodebepalingsmiddelen 30 is verbonden met een eerste ingang van een aftrekschakeling, terwijl de tweede ingang van de periodebepalingsmiddelen 30 is verbonden met een tweede ingang van de aftrekschakeling 13. De uitgang van de aftrekschakeling 13 is verbonden met een ingang van een kwadrateerschakeling 15. De uitgang van de kwadrateerschakeling 15 is verbonden met de ingang van periodeoptimaliseringsmiddelen 11.
In de zender volgens Fig. 2 wordt de bepaling van de periodewaarde en de amplitudecoëfficiënt gedaan door in de zender een soortgelijke interpolatie uit te voeren zoals in de ontvanger volgens Fig. 1 wordt uitgevoerd. Hiertoe is in de zender 2 net zoals in de ontvanger 6 in Fig. 1 een lokale geheugeneenheid 9, een multiplexer 23, een invers predictiefilter 10, lokale periodeintroductiemiddelen 17 en een lokale interpolator 21 aanwezig. Deze (lokale) interpolatie wordt voor verschillende waarden van b en l uitgevoerd, waarbij de uiteindelijke waarden van de periodewaarde en de amplitudecoëfficiënt die via het kanaal verzonden worden die waarden zijn waarbij het gemiddelde kwadraat van het verschil tussen de signaalmonsters s (n) en de gemterpo- leerde signaalmonsters s' (n) minimaal is.
De aftrekschakeling 13 bepaalt het verschil s (n)-s' (n) terwijl de kwadrateerschakeling 15 het kwadraat van deze fout berekent. De periodeoptimaliseringsmiddelen 11 bepalen voor iedere ingestelde waarde van b en l de
<Desc/Clms Page number 15>
som van het gekwadrateerde verschil, waarbij deze sommatie over de geinterpoleerde signaalmonsters wordt uitgevoerd. In de praktijk blijkt het voldoende om de interpolatie uit te voeren voor alle combinaties van l =20 tot 140 in stappen gelijk aan 1 en b= 0. 5 tot 1. 5 in stappen van 0. 1. De gebruikte waarden van l maken het mogelijk om bij een bemonsterfrequentie van 8 kHz een frequentie van de periodiciteit van 50 tot 400 Hz te bepalen.
De periodeoptimaliseringsmiddelen 11 bewaren steeds die waarde van b en l waarbij een minimale som van het kwadratische verschil optreedt. Indien de interpolatie voor alle waarden van b en l zijn uitgevoerd, worden de optimale waarden van b en l naar de ontvanger 6 verzonden. De ontbrekende signaalmonsters worden in de lokale interpolator 21 op dezelfde wijze bepaald als in de ontvanger 6 volgens Fig. 2.
In Fig. 3 is de relatie tussen de in de karakterisatiemiddelen 12 gebruikte vensterfunctie voor een reeks signaalmonsters p die op een gegeven moment via het kanaal 4 verzonden worden. De hier gebruikte vensterfunctie w (n) is een zogenaamd Hamming venster dat door de volgende betrekking is gedefinieerd:
EMI15.1
Hierin is L de lengte (in aantallen signaalmonsters) van de versterperiode. Uit Fig. 3 is te zien dat de vensterfuncties over signaalmonsters met rangnummer 1 tot 160 bepaald wordt, terwijl de signaalmonsters met rangnummer 151 tot en met 160 de actueel door de zender 2 uitgezonden reeks van signaalmonsters vormt.
De signaalmonsters met rangnummer 141 tot en met 150 worden niet uitgezonden maar dienen in de ontvanger 6 door interpolatie bepaald te worden met behulp van de karakteristieke parameters en de reeds eerder ontvangen signaalmonsters met rangnummer 131 tot en met 140. Er wordt opgemerkt dat de door de zender uitgezonden signaalmonsters niet aan de vensterfunctie onderworpen zijn. Uit Fig. 3 is duidelijk te zien dat op het moment van uitzenden van de signaalmonsters met rangnummer 151 tot en met 160 geen berekeningen hoeven te worden uitgevoerd waarvoor signaalmonsters met een hoger rangnummer benodigd zijn zoals in het transmissiesysteem volgens de stand van de techniek waar de actueel te verzenden signaalmonsters in het midden van de vensterfunctie gelegen zijn.
Doordat er geen signaalmonsters met een hoger rangnummer benodigd zijn voordat de signaalmon-
<Desc/Clms Page number 16>
sters 151 tot en met 160 verzonden worden, kan de vertragingstijd die de signaalmonsters in de zender oplopen beperkt blijven.
In Fig. 4 is de relatie tussen de in de karakterisatiemiddelen 12 gebruikte vensterfunctie voor een reeks signaalmonsters p die wordt uitgezonden direct na de reeks signaalmonsters volgens Fig. 3. De vensterfunctie wordt nu over de signaalmonsters met rangnummer 21 tot en met 180 berekend, terwijl de verzonden signaalmonsters de signaalmonsters met rangnummer 171 tot en met 180 zijn. De signaalmonsters met rangnummer 161 tot en met 170 worden niet uitgezonden maar worden in de ontvanger 6 door middel van interpolatie bepaald uit de monsters met rangnummer 151 tot en met 160 en de signaalmonsters met rangnummer 171 tot en met 180.
In Fig. 5 is een te verzenden spraaksignaal als functie van de tijd getekend. Dit spraaksignaal heeft een tijdsduur van 100 ms. Dit betekent dat bij een bemonsterfrequentie van 8 kHz het spraaksignaal volgens Fig. 5 uit 800 signaalmonsters bestaat.
In Fig. 6 is de interpolatiefout die ontstaat bij een transmissiesysteem volgens de stand van de techniek waarbij de waarde van m (het aantal ontbrekende signaalmonsters) gelijk is aan 10 en p (het aantal overgedragen signaalmonsters) eveneens gelijk is aan 10. De karakteristieke parameters worden bepaald over 160 signaalmonsters, waarbij een Hamming venster is gebruikt. Uit Fig. 6 is te zien dat de interpolatiefout aanzienlijk is op plaatsen waar periodieke (excitatie) pulsen voorkomen.
Om een kwantitatieve maat voor de kwaliteit van het transmissiesysteem te verkrijgen kan een signaal-ruis verhouding als volgt gedefinieerd worden :
EMI16.1
De waarde van de signaal-ruisverhouding bij het transmissiesysteem volgens de stand van de techniek is 9. 9 dB.
In Fig. 7 is de interpolatiefout die ontstaat bij een transmissiesysteem volgens Fig. 1 waarbij de waarde van m (het aantal ontbrekende signaalmonsters) gelijk is aan 10 en p (het aantal overgedragen signaalmonsters) eveneens gelijk is aan
<Desc/Clms Page number 17>
10. De karakteristieke parameters worden eveneens bepaald over 160 signaalmonsters, waarbij een Hamming venster is gebruikt. De signaalmonsters p zijn hier gelegen in het midden van de vensterfunctie. Uit Fig. 7 is duidelijk te zien dat de interpolatiefout is gereduceerd. De waarde van de signaal ruisverhouding is hier 12. 5 dB.
In Fig. 8 is de interpolatiefout die ontstaat bij een transmissiesysteem volgens Fig. 1 waarbij de zender volgens Fig. 2 is gebruikt. De waarde van m (het aantal ontbrekende signaalmonsters) is gelijk aan 10 en p (het aantal overgedragen signaalmonsters) is eveneens gelijk aan 10. De karakteristieke parameters worden eveneens bepaald over 160 signaalmonsters, waarbij een Hamming venster is gebruikt.
De signaalmonsters p zijn hier gelegen in aan het einde van de vensterfunctie. Uit Fig.
8 is duidelijk te zien dat de interpolatiefout aanzienlijk is gereduceerd. De waarde van de signaal ruisverhouding is dan 20. 7 dB. Indien de signaalmonsters p in het midden van de vensterfunctie worden gelegd, wordt een signaal ruisverhouding van 21. 3 dB gevonden. Dit betekent dat de degradatie van de signaal ruisverhouding door de signaalmonsters aan het einde van de vensterfunctie te plaatsen waardoor de vertraging van de signaalmonsters aanzienlijk gereduceerd wordt beperkt blijft tot 0. 6 dB.