<Desc/Clms Page number 1>
"Transmissiesysteem met vereenvoudigde broncodering. "
De uitvinding heeft betrekking op een transmissiesysteem omvattende een zender voorzien van een coder voor het afleiden van een digitaal gecodeerd signaal uit een te verzenden signaal, waarbij de zender is voorzien van zendmiddelen voor het verzenden van het gecodeerde signaal via een kanaal naar een ontvanger, welke ontvanger is voorzien van een decoder voor het bepalen van een gereconstrueerd signaal uit het gecodeerde signaal.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een zender, een ontvanger, een coder en een decoder voor een dergelijk systeem.
Een transmissiesysteem volgens de aanhef is bekend uit het tijdschriftartikel"Bit rates in Audio Source Coding"door R. N. J. Veldhuis in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 10, No. 1, January 1992.
Dergelijke transmissiesystemen worden gebruikt voor het digitaal verzenden van een analoog signaal via een digitaal transmissiekanaal of voor het registreren en weergeven van een dergelijk signaal met behulp van een magnetisch of optisch opslagmedium. Voor transmissie, respectievelijk registratie moet het analoge signaal omgezet worden in een digitaal signaal. Het blijkt dat omzetting van een analoog signaal in een digitaal signaal met een voldoende resolutie met behulp van een analoog/digitaal omzetter zonder verdere maatregelen vaak resulteert in een digitaal signaal met een ontoelaatbaar hoge benodigde transmissiesnelheid. Om deze transmissiesnelheid te reduceren zijn verschillende coders bekend.
In een eerste type transmissiesysteem wordt in de coder door middel van lineaire predictie het verband tussen opeenvolgende signaalmonsters van het gedigitaliseerde analoge signaal bepaald en wordt met behulp van een analysefilter een te coderen signaal uit het gedigitaliseerde analoge signaal afgeleid. Dit te verzenden signaal wordt ook wel residusignaal genoemd, is een maat voor een component van een signaalmon- ster die niet voorspelbaar is aan de hand van voorafgaande signaalmonsters. Het verband tussen opeenvolgende signaalmonsters wordt gekarakteriseerd door zogenaamde predictieparameters. Het te verzenden signaal wordt gecodeerd en samen met de
<Desc/Clms Page number 2>
predictieparameters in de vorm van een digitaal gecodeerd signaal door middel van de zender via het kanaal naar de ontvanger overgedragen.
Omdat het te verzenden signaal slechts uit niet voorspelbare componenten van het ingangssignaal bestaat, heeft dit te verzenden signaal een veel lagere amplitude dat het ingangssignaal. Hierdoor kan dit signaal met veel minder digitale symbolen gecodeerd worden.
In de decoder wordt uit het digitaal gecodeerde signaal een gereconstrueerd signaal afgeleid. Met behulp van een synthesefilter dat een overdrachtsfunctie heeft die invers is aan de overdrachtsfunctie van het analysefilter wordt uit het gereconstrueerde signaal een gereconstrueerd ingangssignaal afgeleid dat een replica van het ingangssignaal is.
In het uit het bovengenoemde tijdschriftartikel bekende transmissiesysteem wordt in de coder een ingangssignaal signaal met behulp van sub-band filters in een aantal sub-banden gesplitst, waarbij de uitgangssignalen van ieder der sub-band filters een te verzenden signaal is. Door gebruik te maken van psycho-akoestische eigenschappen van het menselijk gehoorsysteem kunnen sub-band signalen die gelegen zijn in de nabijheid van sub-band signalen met een veel grotere sterkte met veel minder bits gecodeerd worden dan het betreffende sub-band signaal met een grote sterkte. Door de zender worden de door de coder in gecodeerde signalen omgezette te verzenden signalen via het kanaal naar de ontvanger verzonden. In de ontvanger worden uit de gecodeerde signalen gereconstrueerde signalen bepaald welke gecombineerd worden tot een replica van het analoge signaal.
In het bekende transmissiesysteem worden de te verzenden signalen met behulp van vectorquantisatie gecodeerd indien een maximale reductie van de benodigde transmissiesnelheid gewenst is. Bij vectorquantisatie wordt een segment bestaande uit een aantal opeenvolgende monsters van het te verzenden signaal vergeleken met een (groot) aantal codewoorden uit een zgn. codeboek. Van deze codewoorden wordt dat codewoord geselecteerd dat leidt tot een minimale verschilmaat tussen het segment van opeenvolgende signaalmonsters van het te verzenden signaal en het betreffende codewoord. De index van het betreffende codewoord wordt dan naar de
EMI2.1
ontvanger verzonden, waar met behulp van een soortgelijk ., jk codeboek als in de zender het betreffende codewoord opgezocht en gebruikt als benadering voor het segment van het te verzenden signaal.
Vectorquantisatie vereist i. h. a. een codeboek met een groot aantal codewoorden hetgeen een groot codebcek geheugen vereist. Bovendien vereist het zoekproces naar het beste codewoord een aanzienlijke rekencapaciteit.
<Desc/Clms Page number 3>
Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een transmissiesysteem volgens de aanhef, waarbij de benodigde geheugencapaciteit en de benodigde rekencapaciteit aanzienlijk zijn gereduceerd.
Hiertoe is de uitvinding gekenmerkt doordat de coder is voorzien van omhullende bepalingsmiddelen voor het bepalen van de omhullende van het te verzenden signaal, van selectiemiddelen voor het selecteren van een referentie omhullende uit een aantal referentieomhullenden waarbij een verschilmaat van een segment van de omhullende van het te verzenden signaal en de referentieomhullende minimaal is, waarbij het digitaal gecodeerd signaal een identificatiecode van de geselecteerde referentieomhullende omvat, en dat de decoder is voorzien van reconstructiemiddelen voor het afleiden van een gereconstrueerd signaal met een omhullende die afhankelijk is aan de referentieomhullende behorende bij de identificatiecode.
De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat de omhullende van een segment van monsters van het te verzenden signaal aanzienlijk minder variaties vertoont dan het segment van monsters van het te verzenden signaal zelf. Dit betekent dat volstaan kan worden met een aantal referentieomhullenden dat aanzienlijk kleiner kan zijn dat het aantal codewoorden bij vectorquantisatie. Dit leidt tot een reductie van de benodigde geheugencapaciteit. Bovendien wordt de benodigde rekencapaciteit gereduceerd doordat het aantal vergelijkingen dat moet worden uitgevoerd eveneens gereduceerd wordt.
Er wordt opgemerkt dat toepassing van de uitvinding niet beperkt is tot coders die gebruik maken van lineaire predictie, sub-band codering of transform codering.
Een uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt doordat de coder is voorzien van tekenbepalingsmiddelen voor het bepalen van het teken van het te verzenden signaal, waarbij de zendmiddelen tevens zijn ingericht voor het verzenden van het teken van het verzenden signaal via het kanaal naar de ontvanger waarbij de reconstructiemiddelen tevens zijn ingericht voor het gebruik van het teken van het te verzenden signaal bij het bepalen van het geconstrueerd signaal uit het digitaal gecodeerd signaal.
Een nauwkeurigere codering van het te verzending signaal is mogelijk door behalve een identificatie code van een referentieomhullende het teken van het te
<Desc/Clms Page number 4>
verzenden signaal naar de ontvanger te verzenden. De reconstructiemiddelen kunnen het gereconstrueerde signaal bepalen uit de referentieomhullende en de ontvanger tekens van opeenvolgende monsters in het segment van het te verzenden signaal. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door de waarde van de omhullende met + 1 resp. -1, in afhankelijkheid van het betreffende ontvangen teken te vermenigvuldigen.
Een alternatieve uitvoeringvorm van de uitvinding is gekenmerkt doordat de decoder is voorzien van een ruisbron voor het opwekken van een ruissignaal, en dat de reconstructiemiddelen tevens zijn ingericht voor het gebruik van het ruissignaal bij het bepalen van het gereconstrueerd signaal uit het digitaal gecodeerd signaal.
Door een in de decoder aanwezige ruisbron te gebruiken voor het afleiden van het gereconstrueerd signaal uit de ontvangen referentieomhullende hoeft slechts de identificatiecode van de referentieomhullende via het kanaal verzonden te worden. Het is gebleken uit experimenten dat de perceptieve kwaliteit van hoogfrequente audio signalen die op deze wijze gecodeerd zijn acceptabel is.
Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt doordat de coder is voorzien van transformatiemiddelen voor het afleiden van het te verzenden signaal uit een ingangssignaal, en dat de decoder is voorzien van inverse transformatiemiddelen voor het afleiden van een gereconstrueerd ingangssignaal uit het gereconstrueerd signaal.
Door het bepalen van een vermogensmaat van het te coderen signaal, het verzenden van de vermogensmaat naar de ontvanger, en het bepalen van een geconstrueerd signaal met een vermogen dat evenredig is met de vermogensmaat, kan het vermogen van de referentieomhullende een constante waarde hebben. Hierdoor is het aantal benodigde referentie omhullende kleiner dan in de situatie waarin de referentieomhullende behalve verschillende vormen ook verschillende vermogens moeten bezetten.
De uitvinding zal nu nader toegelicht worden aan de hand van de figuren.
Hierin toont :
Fig. 1 een eerste transmissiesysteem volgens de uitvinding ;
Fig. 2 een tweede transmissiesysteem volgens de uitvinding ;
Fig. 3 een sub-band coder voor gebruik in het transmissiesysteem volgens
<Desc/Clms Page number 5>
Fig. 2 ;
Fig. 4 een sub-band decoder voor gebruik in het transmissiesysteem volgens Fig. 2 ;
Fig. 5 selectiemiddelen voor gebruik in het transmissiesysteem volgens Fig. 1, en in de sub-band coder volgens Fig. 4 ;
Fig. 6 een stroomschema van een programma voor het bepalen van de meest optimale referentieomhullende voor processor 118 in Fig. 5.
Fig. 7 grafische voorstellingen van de in de coder en decoder volgens Fig.
2 en Fig. 4 gebruikte referentieomhullenden die door vier waarden gerepresenteerd worden ;
Fig. 8 grafische voorstellingen van de in de coder en decoder volgens Fig. 2 en Fig. 4 gebruikte referentieomhullenden die door acht waarden gerepresenteerd worden ;
In het transmissiesysteem volgens Fig. 1 wordt een ingangssignaal toegevoerd aan een zender 2. In de zender 2 wordt het ingangssignaal toegevoerd aan een ingang van een coder 3. De ingang van de coder 3 is verbonden met een analoogdigitaal omzetter 8. De uitgang van de analoog-digitaal omzetter 8 is verbonden met een ingang van een segmenteermiddelen 10. De uitgang van de segmenteermiddelen 10 is verbonden met een ingang van de transformatiemiddelen 13, hier gevormd door een cascade schakeling van een analysefilter 12 en pitchpredictiemiddelen 14.
De uitgang van de segmenteermiddelen 10 is bovendien verbonden met een ingang van lineaire predictiemiddelen 11. Een uitgang van de lineaire predictiemiddelen 11 met als uitgangssignaal de predictieparameters, is verbonden met een stuuringang van het analyse filter en met een eerste ingang van de zendmiddelen, hier gevormd door een multiplexer 26. Een uitgang van de pitchpredictiemiddelen 14, met als uitgangssignaal de pitchpredictieparameters is verbonden met een tweede ingang van de multiplexer 26.
Een uitgang van de transformatiemiddelen 13, met als uitgangssignaal het te verzenden signaal, is verbonden met een uitgang van meetmiddelen 18 en met een ingang van schaalmiddelen 16. Een eerste uitgang van de meetmiddelen 18 is verbonden met een stuuringang van de schaalmiddelen 16. Een tweede uitgang van de meetmiddelen 18 met als uitgangssignaal de vermogensmaat, is verbonden met een derde ingang
<Desc/Clms Page number 6>
van de multiplexer 26. De uitgang van de schaalmiddelen 16 is verbonden met een ingang van de omhullende bepalingsmiddelen 19 en met een ingang van tekenbepalingsmiddelen 24. De uitgang van de omhullende bepalingsmiddelen 19 is verbonden met een ingang van de selectiemiddelen 20.
De uitgang van de selectiemiddelen 20 met als uitgangssignaal de identificatiecode van de geselecteerde referentieomhullende is verbonden met een vierde ingang van de multiplexer 26, terwijl de uitgang van de tekenbepalingsmiddelen 24 met als uitgangssignaal het teken van het te verzenden signaal is verbonden met een vijfde ingang van de multiplexer 26.
De uitgang van de multiplexer 26 vormt tevens de uitgang van de zender 2. De uitgang van de zender 2 is via het kanaal 4 verbonden met een ingang van de ontvanger 6. De ingang van de ontvanger 6 is verbonden aan een ingang van een demultiplexer 28. De uitgangen van de demultiplexer 28 zijn verbonden met ingangen van een decoder 29. Een eerste uitgang van de demultiplexer 28 met als uitgangssignaal de lineaire predictieparameters, is verbonden met een eerste stuuringang van inverse transformatiemiddelen 37. In de inverse transformatiemiddelen is deze eerste stuuringang verbonden met een stuuringang van een synthesefilter 38. Een tweede uitgang van de demultiplexer 28 is verbonden met een tweede stuuringang van de inverse transfomatiemiddelen 37. In de inverse transformatiemiddelen 37 is deze tweede stuuringang verbonden met een pitchintroductiefilter 36.
Een derde uitgang van de demultiplexer 28 met als uitgangssignaal de vermogensmaat is verbonden met een stuuringang van schaalmiddelen 32. Een vierde uitgang van de demultiplexer 28 met als uitgangssignaal de identificatiecode van de geselecteerde referentie omhullende is verbonden met een ingang van een omhullende generator 30. De uitgang van de omhullende generator 30 is verbonden met een ingang van de schaalmiddelen 32. Een uitgang van de schaalmiddelen 32 is verbonden met een ingang van een vermenigvuldigingsschakeling 34. De reconstructiemiddelen 35 worden gevormd door de combinatie van de omhullende generator 30, de schaalmiddelen 32 en de vermenigvuldigingsschakeling 34.
De uitgang van de vermenigvuldigingsschakeling 34 is verbonden met een ingang van de inverse transformatiemiddelen 37, welke ingang gevormd wordt door een ingang van het pitchintroductiefilter 36. De uitgang van het pitchintroductiefilter 36 is verbonden met een ingang van het synthesefilter 38. De uitgang van het synthesefilter 38 die tevens de uitgang van de inverse transformatie middelen 37 vormt, is verbonden met een ingang van de-segmenteer middelen 40, waarvan de uitgang is verbonden met
<Desc/Clms Page number 7>
een ingang van een digitaal-analoog omzetter 42. De uitgang van de digitaal-analoog omzetter 42 vormt tevens de uitgang van de decoder 29 en van de ontvanger 6.
Het ingangssignaal van het transmissiesysteem volgens Fig. 1 wordt door de analoog-digitaal omzetter 8 omgezet in een digitaal signaal. Het uitgangssignaal van de analoog-digitaal omzetter 8 wordt door de segmenteermiddelen 10 omgezet in opeenvolgende segmenten van N signaalmonsters welke parallel beschikbaar zijn aan de uitgang van de segmenteermiddelen 10. Door middel van de transformatiemiddelen 13, wordt het uitgangssignaal van de segmenteermiddelen 10 omgezet in het te verzenden signaal dat in de vorm van opeenvolgende segmenten van N signaalmonsters beschikbaar is. In de lineaire predictie middelen 11 worden de lineaire predictieparameters van het betreffende segment van het ingangssignaal bepaald. Door het analysefilter 12 wordt aan de hand van de door de predictiemiddelen 11 bepaalde predictieparameters het residusignaal in gesegmenteerde vorm bepaald.
Door de pitchpredictiemiddelen 14 worden de pitchpredictieparameters van een in het predictieresidu aanwezige periodieke component bepaald. Deze parameters kunnen bijvoorbeeld een pitchperiode en een amplitudefactor zijn. Bovendien wordt door de pitchpredictiemiddelen 14 de periodieke component uit het uitgangssignaal van het analysefilter 12 verwijderd. De werking van de transformatiemiddelen 13 gevormd door lineaire predictiemiddelen 12 en pitchpredictiemiddelen is onder andere beschreven in het tijdschriftartikel "Predictive Coding of Speech at Low Bit Rates"door B. S. Atal in IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-30, N
EMI7.1
o. 4. April 1982.
Door middel van de meetmiddelen 18 wordt de vermogensmaat van het te verzenden signaal bepaald. Een geschikte vermogensmaat P is gelijk aan N N t=i i =1 waarin i een lopende variabele is en 4. het ie monster van een bepaald segment van het te verzenden signaal is. Door de meetmiddelen 18 wordt een stuursignaal dat omgekeerd evenredig is aan de vermogensmaat aan de schaalmiddelen 16 geleverd.
Door de schaalmiddelen 16 wordt het uitgangssignaal van de transformatiemiddelen zodanig geschaald dat het vermogen van ieder segment van signaalmonsters aan de uitgang van de schaalmiddelen gelijk blijft. Door de omhullende bepalingsmiddelen 19
<Desc/Clms Page number 8>
wordt de omhullende van ieder segment van signaalmonsters aan de uitgang van de schaalmiddelen 16 bepaald. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door de absolute waarde van alle signaalmonsters in het betreffende segment te bepalen. De omhullende wordt dan gegeven door de reeks van absolute woorden van de signaalmonsters in het betreffende segment. De selectiemiddelen 20 bepalen welke referentieomhullende de door de omhullende bepalingsmiddelen 19 bepaalde omhullende van het betreffende segment het beste benadert.
Het uitgangssignaal van de selectiemiddelen 20 bestaat uit de identificatiecode van de geselecteerde referentieomhullende. Met behulp van de tekenbepalingsmiddelen 24 worden de tekens van alle monsters van het te verzenden signaal in een segment bepaald. Het uitgangssignaal van de tekenbepalingsmiddelen 24 bestaat uit een reeks van tekens van de monsters van het te verzenden signaal.
De uitgangssignalen van de lineaire predictiemiddelen 11, de pitchpredictiemiddelen 14, de tekenbepalingsmiddelen 24, de selectiemiddelen 20 en de meetmiddelen 18 worden door de multiplexer 26 gecombineerd tot een enkel signaal dat via het kanaal 4 naar de ontvanger 6 verzonden wordt. In de ontvanger 6 wordt het ontvangen signaal door middel van de demultiplexer 28 weer in een aantal deelsignalen ontbonden.
Met behulp van de identificatiecode van de geselecteerde referentieomhullende wordt met behulp van de omhullende generator 30 de geselecteerde referentieomhullende gegenereerd in de vorm van een segment van monsters van de betreffende referentieomhullende. Door middel van de schaalmiddelen 32 wordt aan de hand van de ontvangen vermogensmaat de referentieomhullende geschaald zodanig dat deze een vermogen heeft dat evenredig is met de vermogensmaat. Door middel van de vermenigvuldigingsschakeling 34 wordt ieder der waarden van de monsters van de referentieomhullende vermenigvuldigd met het bijbehorende teken uit de reeks ontvangen tekens die beschikbaar zijn aan de uitgang van de demultiplexer 28.
Het uitgangssignaal van de vermenigvuldigingsschakeling 34, zijnde het gereconstrueerd signaal wordt door middel van de inverse transformatiemiddelen 37 omgezet in het gereconstrueerde ingangssignaal. Hiertoe ontvangen het synthesefilter 38 en het pitchintroductiefilter 36 het betreffende lineaire predictieparameters en de pitchpredictieparameters. De werking van het pitchintroductiefilter 36 en het synthesefilter 38 zijn bekend uit het eerder genoemde tijdschriftartikel van B. S. Atal. De overdrachtsfunctie van het synthesefilter 38 is invers aan de overdrachtsfunctie van het analysefilter 12. Het in gesegmenteerde vorm aanwezige gereconstrueerde ingangssignaal wordt door de-segmenteermiddelen 40 omgezet in een
<Desc/Clms Page number 9>
reeks van opeenvolgende signaalmonsters.
Door middel van de digitaal-analoog omzetter 42 wordt het uitgangssignaal van de-segmenteermiddelen 40 omgezet in een analoog signaal.
In het transmissiesysteem volgens Fig. 2 wordt het ingangssignaal toegevoerd aan een zender 2. De ingang van de zender 2 is verbonden met een ingang van de transformatiemiddelen aanwezig in de coder 51, welke transformatiemiddelen hier gevormd worden door een filterbank 50. Een eerste uitgang van de filterbank 50 is verbonden met een ingang van een vertragingselement 62. Het uitgangssignaal aan de eerste uitgang van de filterbank 50 representeert een eerste spectraal deel van het ingangssignaal. Een uitgang van het vertragingselement 62 is verbonden met een ingang van een tijddomein coder, zijnde hier een vectorquantisator 66 die gebruik maakt van lineaire predictie (LPC : Linear Predictive Coding).
Een uitgang van de vectorquantisator 66, met als uitgangssignaal een eerste digitaal uitgangssignaal, is verbonden met een eerste ingang van de zendmiddelen, zijnde hier een multiplexer 68.
Een aantal uitgangen van de filterbank 50, met als uitgangssignalen een aantal te verzenden signalen, zijn ieder verbonden met een ingang van een transformatiedomein coder, zijnde hier een sub-bandcoder 64. De te verzenden signalen aan de ingang van de sub-bandcoder 64 representeren gezamenlijk een tweede spectrale deel van het ingangssignaal. Een uitgang van de sub-band coder 64 met als uitgangssignaal een tweede digitaal uitgangssignaal is verbonden met een tweede ingang van de multiplexer 68.
De uitgang van de multiplexer 68 is via het kanaal 4 verbonden met een ingang van een ontvanger 6. In de ontvanger 6 wordt het signaal aan de ingang toegevoerd aan een demultiplexer 70. Een eerste uitgang van de demultiplexer 70 met als uitgangssignaal het eerste digitaal gecodeerd signaal is verbonden met een tijddomein decoder, zijnde hier een inverse vectorquantisator 84 die gebruik maakt van lineaire predictie. Een uitgang van de inverse vectorquantisator 84 met als uitgangssignaal een eerste gereconstrueerd signaal is verbonden met een ingang van een vertragingselement 86. De uitgang van het vertragingselement 86 is verbonden met een eerste ingang van de combinatiemiddelen 88. Een tweede uitgang van de demultiplexer 70 is verbonden met een ingang van de transformatiedomein decoder, zijnde hier een sub-band decoder
EMI9.1
al 72.
Een aantal uitgangen van de sub-banddecoder 72 met als uitgangssignalen gereconstrueerde signalen die het tweede spectrale deel van het ingangssignaal representeren
<Desc/Clms Page number 10>
zijn ieder verbonden met een ingang van de combinatiemiddelen 88. Aan de uitgang van de combinatiemiddelen 88 is het gereconstrueerde ingangssignaal beschikbaar.
Het ingangssignaal van het transmissiesysteem volgens Fig. 2 wordt door de filterbank 50 gesplitst in een eerste spectrale deel en een tweede spectrale deel. Het eerste spectrale deel wordt door middel van de vectorquantisator 66 omgezet in een eerste digitaal gecodeerd signaal. Een geschikte implementatie van de vectorquantisator 66 is bijvoorbeeld beschreven in de CCITT Recommendation G. "Coding of speech at 16 kbit/s using low delay code excited linear prediction. Deze coder berust of het principe van "analyse door synthese"
In deze vectorquantisator wordt het te coderen ingangssignaal omgezet in opeenvolgende segmenten van een aantal signaalmonsters van het te coderen signaal.
Voor een groot aantal codeboekwoorden opgeslagen in een codeboek wordt met behulp van een synthesefilter een gesynthetiseerd signaalsegment opgewekt. Het verschil van het actuele segment van het ingangssignaal en het gesynthetiseerde signaalsegment wordt door middel van een perceptueel weegfilter gefilterd. Van een segment van uitgangssignaalmonsters van het perceptuele weegfilter wordt de kwadratische som van de signaalmonsters berekend.
Dit bepalen van het gesynthetiseerde signaal, het bepalen van het verschil tussen het ingangssignaal en het gesynthetiseerde signaal, het filteren met behulp van het perceptief weegfilter en het bepalen van de kwadratische som gebeurt voor ieder van de beschikbare 1024 codeboekwoorden. Van deze codeboekwoorden wordt dat codeboekwoord geselecteerd dat aanleiding geeft tot de kleinste kwadratische som.
De overdrachtsfunctie van het analysefilter wordt bepaald met behulp van lineaire predictie een schatting van het verband tussen opeenvolgende signaalmonsters in de vier aan het actuele segment voorafgaande segmenten van het gesynthetiseerde signaal. Het gecodeerde signaal bestaat nu uit een codeboek index van het geselecteerde codeboek woord. Er wordt opgemerkt dat de predictieparameters niet overgedragen hoeven te worden.
Het tweede spectrale deel van het ingangssignaal wordt gerepresenteerd door de te verzenden signalen in de vorm van sub-bandsignalen aan de uitgang van de filterbank 50. Ieder van deze sub-bandsignalen wordt door de sub-bandcoder 64 omgezet in een bijbehorend digitaal gecodeerd signaal. Het tweede digitaal gecodeerd uitgangssignaal wordt gevormd door een combinatie van de digitaal gecodeerde signalen. Er
<Desc/Clms Page number 11>
wordt opgemerkt dat de sub-bandsignalen aan de uitgang van de filterbank 50 basisband signalen zijn die een banddoorlaat signaal in de betreffende sub-band representeren.
Deze basisband representatie heeft als voordeel dat het benodigde monsters per sub-band wordt bepaald door de bandbreedte van de betreffende sub-band en niet door de maximale frequentie in de betreffende sub-band. Een geschikte implementatie van de sub-bandcoder 64 voor signalen met een bemonsterfrequentie van 48 kHz is bekend uit de Draft International Standard ISO/IEC DIS 11172"Information technology-Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media up to about 1, 5 Mbit/s" section 3 pp. 174-337. De sub-band signalen aan de ingang worden door middel van quantisatie en codering omgezet in een digitaal signaal. De sub-band signalen worden met aantal niveaus gequantiseerd dat voor verschillende sub-banden verschillend kan zijn.
Het actuele aantal quantisatieniveaus dat voor iedere sub-band wordt gebruikt hangt af van het vermogen van het betreffende sub-bandsignaal en het vermogen van de subbandsignalen van nabijgelegen sub-banden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de eigenschap van het menselijk gehoorsysteem dat een zwak signaal in de nabijheid van een sterk signaal niet hoorbaar is. Hierdoor is het mogelijk om een dergelijk zwak signaal met aanzienlijk minder quantisatieniveaus te quantiseren dan het sterke signaal. Aan de hand van de sterkte van de diverse sub-band signalen wordt voor iedere sub-band een nog juist waarneembaar ruisniveau berekend. Uit dit ruisniveau wordt het aantal benodigde quantisatieniveaus voor ieder sub-band signaal bepaald.
Het tweede digitale uitgangssignaal bestaat nu uit de verschillende gequantiseerde sub-bandsignalen en uit informatie over het aantal quantisatieniveaus van iedere sub-band. Er wordt opgemerkt dat de hierboven beschreven coder is ingericht voor het coderen van een signaal van 0- 24 kHz. Aangezien dat een eerste spectraal deel door de tijddomein coder worden gecodeerd hoeven de sub-banden die in dit spectrale gebied liggen niet gecodeerd te worden. Dit kan eenvoudigweg gebeuren door geen bits aan deze sub-banden te alloceren.
Door de multiplexer 68 worden het eerste en het tweede digitaal gecodeerd uitgangssignaal tot een enkel gecombineerd signaal samengevoegd. Het vertragingselement 62 is aanwezig om de vertraging van de spectrale delen van het ingangssignaal, die via twee wegen de multiplexer 68 bereiken, gelijk te maken. Dit gecombineerde signaal wordt door de zender 2 via het kanaal 4 naar de ontvanger 6 verzonden.
In de ontvanger 6 wordt het gecombineerde signaal weer ontbonden in een replica van
<Desc/Clms Page number 12>
het eerste digitaal gecodeerd uitgangssignaal en een replica van het tweede digitaal gecodeerd uitgangssignaal. Het replica van het eerste digitaal gecodeerd uitgangssignaal wordt door de inverse vectorquantisator 84 omgezet in een eerste gereconstrueerd signaal. Een geschikte implementatie van de deeldecoder is beschreven in de eerder genoemde CCITT Recommendation G. 728. In deze inverse vector quantisator 84 wordt het door de vectorquantisator 66 geselecteerde codeboekwoord aan de hand van de overgezonden codeboekindex opgewekt. Met behulp van een synthesefilter wordt het codeboekwoord omgezet in een gedecodeerd signaal.
De parameters van het synthesefilter worden hiertoe met behulp van lineaire predictie uit de vier segmenten voorafgaande aan het huidige segment van het gedecodeerde signaal afgeleid. Dit gebeurt op eenzelfde wijze als in de coder 66.
Het replica van het tweede digitaal gecodeerd uitgangssignaal wordt door de sub-band decoder 72 omgezet in een aantal gereconstrueerde signalen in de vorm van sub-bandsignalen die beschikbaar zijn aan de uitgang van de sub-band decoder 72. Er wordt opgemerkt dat deze sub-bandsignalen basisband signalen zijn die een banddoorlaat signaal in de betreffende sub-band representeren. Deze basisband representatie heeft als voordeel dat het benodigde monsters per sub-band wordt bepaald door de bandbreedte van de betreffende sub-band en niet door de maximale frequentie in de betreffende subband. Door de combinatiemiddelen 88 worden de sub-bandsignalen naar de gewenste sub-band frequentie geconverteerd en vervolgens gecombineerd met het eerste gereconstrueerd signaal tot een gereconstrueerd ingangssignaal.
In de sub-band coder 64 volgens Fig. 3 wordt ieder der sub-band signalen toegevoerd aan een eigen deelcoder 91... 100. De deelcoders 91... 100 zijn volgens eenzelfde principe opgebouwd. De ingang van de deelcoder 91 is verbonden met segmenteermiddelen 90. De uitgang van de segmenteermiddelen 90 is verbonden met een ingang van meetmiddelen 92 en met een ingang van schaalmiddelen 94. Een eerste uitgang van de meetmiddelen 92 is verbonden met een stuuringang van de schaalmiddelen 94. Een tweede uitgang van de meetmiddelen 92 met als uitgangssignaal een vermogensmaat is verbonden met een eerste ingang van een multiplexer 102. De uitgang van de schaalmiddelen 94 is verbonden met een ingang van een absolute waarde bepaler 95 en met een ingang van tekenbepalingsmiddelen 98.
Een uitgang van de absolute waarde bepalingsmiddelen is verbonden met een ingang van selectiemiddelen 96. Een uitgang van de selectiemiddelen 96, met als uitgangssignaal een gecodeerd
<Desc/Clms Page number 13>
signaal in de vorm van een identificatiecode van een geselecteerde referentieomhullende, is verbonden met een ingang van de multiplexer 102. Een uitgang van de tekenbepalingsmiddelen is verbonden met een derde ingang van de multiplexer 102. De uitgang van de multiplexer 102 vormt de uitgang van de sub-bandcoder 64.
In een uitvoering van de coder 51 bedoeld voor een transmissiesysteem voor audiosignalen met een maximale frequentie van 8 kHz, omvat het eerste spectrale deel het frequentiegebied van 0-2 kHz, en omvat het tweede spectrale deel het frequentiegebied van 2 kHz tot 8 kHz. Het tweede spectrale gebied wordt gerepresenteerd door de acht sub-bandsignalen aan de ingang van de sub-bandcoder 64. In de deelcoders 91 ... 100 worden de sub-bandsignalen gesegmenteerd in segmenten met een gelijke tijdsduur, waarbij het aantal monsters van het sub-bandsignaal in een segment evenredig is met de bandbreedte van het betreffende sub-bandsignaal. Het frequentiegebied van iedere sub-band en het daarbij behorende aantal monsters per segment is gegeven in Tabel l. De tijdsduur van een segment is 4 mS.
Tabel l
EMI13.1
<tb>
<tb> sub-band <SEP> i <SEP> fmin <SEP> [kHz] <SEP> fmax <SEP> [kHz] <SEP> Af <SEP> [kHz] <SEP> monsters/segment <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4
<tb> 2 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 3 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 1 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 1 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 1 <SEP> 8 <SEP>
<tb>
In een uitvoering van de coder 51 bedoeld voor een transmissiesysteem voor audiosignalen met een maximale frequentie van 16 kHz, omvat het eerste spectrale deel het frequentiegebied van 0 - 4 kHz, en omvat het tweede spectrale deel het frequentiegebied van 4 kHz tot 16 kHz.
Het tweede spectrale gebied wordt dan
EMI13.2
gerepresenteerd door de acht sub-bandsignalen aan de ingang de sub-bandcoder 64. ep In de deelcoders 91... worden de sub-bandsignalen eveneens gesegmenteerd in
<Desc/Clms Page number 14>
vansegmenten met een gelijke tijdsduur, waarbij het aantal monsters van het sub-bandsignaal in een segment evenredig is met de bandbreedte van het betreffende sub-bandsignaal. Het frequentiegebied van iedere sub-band en het daarbij behorende aantal monsters per segment is gegeven in Tabel 2. De tijdsduur van een segment is hier 2 mS.
Tabel 2
EMI14.1
<tb>
<tb> sub-band <SEP> i <SEP> fmin <SEP> [kHz] <SEP> fmax <SEP> [kHz] <SEP> Af <SEP> [kHz] <SEP> monsters/segment
<tb> 1 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 14 <SEP> 16 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP>
<tb>
In de sub-bandcoder volgens Fig. 3 bepalen de meetmiddelen 92 een vermogensmaat voor het betreffende segment van sub-bandsignaalmonsters.
Deze vermogensmaat wordt omgezet in een logaritmische vermogensmaat, en het verschil tussen de logaritmische vermogensmaten van een actueel segment en het daaraan voorafgaande segment wordt gecodeerd door middel van Huffmann codering. Het Huffmann gecodeerde signaal wordt toegevoerd aan de multiplexer 68 ter verzending van dit signaal naar de ontvanger 6. Een alternatieve wijze van het coderen van de vermogensmaat van de verschillende sub-banden is het coderen van de vermogensmaat van een bepaalde subband en het coderen van het verschil van het vermogen van deze betreffende sub-band en de andere sub-banden. Dit leidt in situaties waarin de vermogensmaten van de verschillende sub-banden gecorreleerd zijn tot een aanzienlijke besparing van transmissiecapaciteit.
De schaalmiddelen 94 schalen de sub-bandsignaalmonsters aan de hand van een stuursignaal afkomstig van de meetmiddelen 94 zodanig dat het vermogen van de segmenten aan de uitgang van de schaalmiddelen 94 een constante waarde heeft. De absolute waarde bepaler 95 bepaalt de omhullende van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94 en voert deze in gesegmenteerde vorm toe aan
<Desc/Clms Page number 15>
de selectiemiddelen 96. De selectiemiddelen 96 vergelijken de omhullende van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94 met een aantal referentieomhullende, en selecteren die referentieomhullende die het meest overeenkomt met de omhullende van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94. De selectiemiddelen 96 leveren aan hun uitgang een gecodeerd signaal in de vorm van een identificatiecode van de geselecteerde referentieomhullende.
Deze identificatiecode wordt aan de multiplexer 102 toegevoerd ter verzending naar de ontvanger 6. In de sub-banden waarin vier sub-bandsignaalmonsters per segment worden gebruikt worden vijf referentieomhullenden gebruikt, terwijl in de sub-banden waarin acht sub-bandsignaalmonsters per segment worden gebruikt elf referentieomhullenden worden gebruikt.
Het aantal gebruikte referentieomhullende in de sub-banden met acht subbandsignaalmonsters kan variëren van een tot elf. Door de Huffmanncodering van de vermogensmaat, kan het aantal benodigde bits voor deze vermogensmaat van segment tot segment verschillen. Indien er hierdoor transmissiecapaciteit over is, kan deze transmissiecapaciteit gebruikt worden voor het verzenden van langere identificatiecodes van referentieomhullenden, waardoor een groter aantal referentieomhullenden gebruikt kan worden voor de codering van de omhullende van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94.
Door de tekenbepalingsmiddelen 98 wordt het teken van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94 bepaald. Dit teken wordt toegevoerd aan de derde ingang van de multiplexer 102 ter verzending naar de ontvanger 6. Het is mogelijk dat niet voor alle sub-banden het teken van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94 naar de ontvanger wordt verzonden, maat dat ter plaatse van de ontvanger dit teken wordt gegenereerd door middel van een ruisgenerator. Deze vereenvoudiging is vooral toelaatbaar gebleken bij de hogere sub-banden.
In de sub-band decoder 72 volgens Fig. 4 wordt het uitgangssignaal van de demultiplexer 70 toegevoerd aan een demultiplexer 104. Aan ieder der deeldecoders 106... 114 worden drie uitgangssignalen van de demultiplexer 104 toegevoerd. Een eerste van die uitgangen wordt toegevoerd aan een omhullende generator 108. Een tweede van die uitgangen is verbonden met een eerste ingang van een vermenigvuldigingsschakeling 110 en een derde van die uitgangen is verbonden met een eerste ingang van een vermenigvuldigingsschakeling 112. Het is echter ook denkbaar dat de derde uitgang van de multiplexer 104 niet aanwezig is, maar dat de eerste ingang van de
<Desc/Clms Page number 16>
vermenigvuldigingsschakeling 112 is verbonden met een uitgang van een ruisbron 109.
Een uitgang van de referentieomhullende generator 108 is verbonden met een tweede ingang van de vermenigvuldigingsschakeling 110. Een uitgang van de vermenigvuldigingsschakeling 110 is verbonden met een tweede ingang van een vermenigvuldigingsschakeling 112. De uitgang van de vermenigvuldigingsschakeling 112 vormt een der gedecodeerde sub-bandsignalen. De deeldecoders 106... 114 zijn op soortgelijke wijze geconstrueerd.
De omhullende generator 108 genereert aan de hand van de ontvangen identificatiecode de geselecteerde referentieomhullende. De vermenigvuldigingsschakeling 110 vermenigvuldigt de geselecteerde referentieomhullende met de vermogensmaat, zodat een replica van de omhullende van het betreffende sub-bandsignaal wordt verkregen. De replica van de omhullende van het sub-bandsignaal wordt in de vermenigvuldigingsschakeling 112 met het ontvangen teken van de sub-bandsignaalmonsters vermenigvuldigd, zodat aan de uitgang van de vermenigvuldigingsschakeling 112 het gereconstrueerde signaal in de vorm van een sub-bandsignaal beschikbaar is.
Voor subbanden waarbij het teken van de monsters van het sub-bandsignaal niet wordt overgedragen, wordt het uitgangssignaal van de vermenigvuldigingsschakeling 110 door de vermenigvuldigingsschakeling 112 vermenigvuldigd met het uitgangssignaal van de ruisbron 109.
In de selectiemiddelen 96 volgens Fig. 5 zijn vier ingangen met als ingangssignalen vier absolute waarden van het geschaalde sub-bandsignaal in een segment verbonden met vier ingangen van een processor 118. In Fig. 3 zijn deze vier ingangen van de selectiemiddelen 20,96 symbolisch weergegeven door een enkele ingang. Een eerste uitgang van de processor 118, met als uitgangssignaal een adressignaal is verbonden met een ingang van een ROM 116. Vier uitgangen van de ROM 116 met als uitgangssignaal vier waarden die de referentieomhullende representeren, zijn verbonden met vier verdere ingangen van de processor 118. Een tweede uitgang van de processor 118 met als uitgangssignaal de identificatiecode van de referentieomhullende vormt de uitgang van de selectiemiddelen 96.
Er wordt aangenomen dat in de selectiemiddelen 96 volgens Fig. 5 de omhullende van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94 wordt gerepresenteerd door vier waarden van deze omhullende op opeenvolgende tijdstippen. Ook wordt aangenomen dat de referentieomhullenden worden gerepresenteerd door vier waarden
<Desc/Clms Page number 17>
van deze referentieomhullenden. In de selectiemiddelen 20,96 genereert de processor opeenvolgend adressen voor de ROM 116. Deze ROM 116 levert de op het betreffende adres opgeslagen referentieomhullende af in de vorm van vier waarden. De processor 118 leest de waarden die de referentieomhullende en die de omhullende van het uitgangssignaal van de schaalmiddelen 94 representeren.
De processor 118 bepaalt een verschilmaat tussen de beide omhullende die bijvoorbeeld gelijk is aan de som van het kwadraat van de verschillen tussen de overeenkomstige waarden die de omhullenden representeren. De processor genereert opeenvolgend de adressen van alle bij de vergelijking te betrekken referentieomhullenden, en plaatst de identificatiecode van die referentieomhullende op de tweede uitgang waarbij de verschilmaat minimaal is. Er wordt opgemerkt dat voor de sub-banden waarin de omhullenden door acht signaalmonsters gerepresenteerd worden de selectiemiddelen acht ingangen moeten hebben. De ROM 116 heeft dan ook acht uitgangen, terwijl de ingangspoorten van de processor 118 dan ook voorzien moeten zijn van acht ingangen.
Voor het uitvoeren van de bovenbeschreven functie moet de processor 118 geladen zijn met een geschikt programma waarvan het stroomschema getoond wordt in Fig. 6. De genummerde instructies hebben de betekenis zoals is aangegeven in de onderstaande tabel.
Nr. Inschrift Betekenis
120 START Begin van het programma
122 MIN : =Z De waarde van de variabele MIN wordt gelijk gemaakt aan een constante Z.
124 READ SEGMENT De waarden die de omhullende van een seg- ment representeren worden gelezen.
126 SHAPENO : = 1 De eerste referentieomhullende wordt geselec- teerd.
128 READ SHAPE De waarden die de referentieomhullende repre- senteren worden gelezen.
130 CALCULATE SQDIFF Het kwadratische verschil tussen de referentie- omhullende en de en de omhullende van het segment worden berekend.
132 SQDIFF < MIN ? Er wordt getest of SQDIFF kleiner is dan MIN.
<Desc/Clms Page number 18>
134 MIN : =QSDIFF De waarde van de variabele MIN wordt gelijk gemaakt aan de variabele SQDIFF
136 INDEX : =SHAPENO De index van de tot nu toe meest optimale refe- rentieomhullende wordt opgeslagen.
138 SHAPENO=N ? Er wordt getest of alle referentieomhullenden met de omhullende van een segment zijn verge- leken
140 SHAPENO : =SHAPENO+ 1 De volgende referentieomhullende wordt gese- lecteerd.
142 WRITE INDEX De identificatiecode van de geselecteerde refe- rentieomhullende wordt op de tweede uitgang van de processor geplaatst.
Het programma volgens het stroomschema volgens Fig. 6 wordt voor ieder segment van sub-bandsignaalmonsters een maal uitgevoerd. In blok 122 wordt de variabele MIN die de minimale foutmaat representeert, gelijk gemaakt aan op een zodanig groot getal Z dat de minimale verschilmaat zeker kleiner is dan dat dit getal Z.
Vervolgens wordt in blok 124 de waarden die de omhullende van een segment representeren door de processor 118 gelezen. In blok 126 wordt het adres behorend bij de eerste referentieomhullende op de eerste uitgang van de processor geplaatst. In blok 128 worden de waarden die de referentieomhullende representeren door de processor gelezen. In blok 130 wordt de verschilmaat tussen de omhullende van het segment en de referentieomhullende berekend. De verschilmaat SQDIFF kan als volgt berekend worden :
EMI18.1
L SQDIFF= y i
EMI18.2
In (2) is i een lopende variabele, L het aantal waarden dat de omhullenden represen- teert, x, de ie waarde van de waarden die de omhullende van het segment representeren en Yi de ie waarde van de waarden die de referentieomhullende representeren.
In blok 132 wordt de waarde van SQDIFF vergeleken met de waarde MIN. Is de waarde van SQDIFF kleiner dan de waarde MIN, dan komt de actuele referentieomhullende meer overeen met de omhullende van het segment dat de referentieomhullenden die eerder zijn vergeleken met de omhullende van het segment. In dat geval wordt de waarde van MIN in blok 134 gelijk gemaakt aan de waarde SQDIFF.
<Desc/Clms Page number 19>
Bovendien wordt dan in blok 136 de waarde INDEX die de identificatiecode van de tot nu toe meest overeenkomende referentieomhullende representeert gelijk gemaakt aan de identificatiecode van de actuele referentieomhullende. Indien de waarde van SQDIFF niet kleiner is dan de waarde van MIN worden de blokken 134 en 136 overgeslagen.
In blok 138 wordt nagegaan of alle referentieomhullenden reeds zijn vergeleken met de omhullende van het segment van sub-bandsignaalmonsters. Indien dit zo is, wordt in blok 142 de variabele INDEX die representatief is voor de identificatiecode van de referentieomhullende die het meest overeenkomt met de omhullende van het segment van sub-bandsignaalmonsters. Indien nog niet alle bij de vergelijking te betrekken referentieomhullenden zijn vergeleken met de omhullende van het segment van sub-bandsignaalmonsters, wordt in blok 140 de volgende referentieomhullende geselecteerd, en wordt er vervolgens naar blok 128 gesprongen.
Er wordt opgemerkt dat de coder en decoder volledig in hardware geïmplementeerd kan worden, maar het is ook mogelijk dat de coder en/of de decoder geheel of gedeeltelijk in een signaalprocessor gerealiseerd worden. Hierbij wordt deze signaalprocessor door geschikte software gestuurd.
In Fig. 7 zijn de vijf referentieomhullenden die gebruikt worden voor de sub-banden die gerepresenteerd worden door vier waarden getekend. De referentieomhullende worden gerepresenteerd door de waarden Yk, i waarbij k het volgnummer van de referentieomhullende is en i een volgnummer van de betreffende waarde die de referentieomhullende mede definieert. Uit experimenten is gebleken dat niet alle referentieomhullenden even vaak voorkomen. Hiervan kan gebruik gemaakt worden om bijvoorbeeld door middel van Huffmann codering de benodigde transmissiecapaciteit voor het overdragen van de identificatiecode van de referentieomhullende te reduceren.
In Fig. 8 zijn de elf referentieomhullenden die gebruikt worden voor de sub-banden die gerepresenteerd worden door elf waarden getekend. Ook hier is uit experimenten gebleken dat niet alle referentieomhullenden even vaak voorkomen.
Er wordt opgemerkt dat het mogelijk is om additioneel aan of in plaats van vaste referentieomhullenden ook adaptieve referentieomhullenden te gebruiken die uit het te coderen sub-band signaal worden afgeleid.