CZ289724B6 - Způsob přenosu signálů a kodér a dekodér pro provádění způsobu - Google Patents

Abstract

P°i zp sobu p°enosu sign l se v k dovac m procesu odvozuje k dovan² sign l z kvaziperiodick ho sign lu, k dovan² sign l se vys l , a z k dovan ho sign lu se odvozuje v dek dovac m procesu rekonstruovan² sign l. V k dovac m procesu se odvozuj z kvaziperiodick ho sign lu sign lov segmenty, z nich ka d² reprezentuje dv po sob n sleduj c periody kvaziperiodick ho vstupn ho sign lu, a tyto segmenty se kombinuj pro vytv °en k dovan ho sign lu reprezentativn ho pro ne·plnou sekvenci sign lov²ch segment vstupn ho sign lu, p°i em sekvence sign lov²ch segment se vys l pro n slednou rekonstrukci v en m funkc okna s interpolac . V dek dovac m procesu se rekonstruuje sign l ze sekvence sign lov²ch segment , kter se kompletuje na p°ij mac stran interpolac a v se funkc okna. e en navrhuje kod r (12) a dekod r (28) pro prov d n zp sobu.\

Description

Způsob přenosu signálů a kodér a dekodér pro provádění způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká přenosového systému, sestávajícího z vysílače, který obsahuje kodér vytvářející z kvaziperiodického signálu kódovaný signál, dále z přenosových prostředků přenášejících kódovaný signál k přijímači, a z přijímače, obsahujícího dekodér, který z přijímaného kódovaného signálu vytváří rekonstruovaný signál. Konkrétně se vynález týká způsobu přenosu signálů, při kterém se v kódovacím pochodu odvozuje kódovaný signál z kvaziperiodického signálu, kódovaný signál se vysílá, a z kódovaného signálu se odvozuje v dekódovacím pochodu rekonstruovaný signál. Dále se vynález týká kodéru a dekodéru pro provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Přenosový systém výše uvedeného typu je popsán v „Methods for Waveform Interpolation in Speech Coding“ („Metody pro interpolaci časových průběhů při kódování řeči“), autora W.B. Kleijn, v časopisu Digital Signál Processing, vol. 1, no. 4, October 1991, s. 215-230. Přenosové systémy tohoto typu se používají například pro přenos řečových nebo hudebních signálů v kanálech, které mají omezenou přenosovou kapacitu.

Prvním příkladem takového kanálu je rádiový kanál mezi mobilní stanicí a pevnou základnovou stanicí. Přenosová kapacita tohoto kanálu je omezená, neboť kanál je sdílen velkým počtem uživatelů.

Druhým příkladem je záznamový kanál, používající magnetická, optická nebo jiná záznamová média, jako například polovodičové paměti. Příklady systémů, používajících takových záznamových kanálů, jsou diktafony a stroje s hlasově podporovaným uživatelským rozhraním. U takových systémů je obvykle žádoucí zajistit co největší redukci potřebné ukládací nebo záznamové kapacity. Známé systémy používají pro tento účel lineární predikci nebo subpásmové kódování.

V přenosovém systému, popisovaném ve výše uvedeném článku, je v kodéru kódována nejvýše jedna perioda ze všech period kvaziperiodického signálu. Takto získaný kódovaný signál je vysílán vysílacími prostředky po přenosovém kanálu k přijímači. Dekodér v přijímači potom dekóduje kódovaný signál na rekonstruovaný signál. Nepřenesené periody kvaziperiodického signálu se získávají interpolací period kvaziperiodického signálu, které byly skutečně přeneseny. Kvaziperiodickým signálem může být znělá část řečového signálu. Alternativně jim však může být reziduální signál, který byl odvozen ze znělé části řečového signálu pomocí technik založených na lineární predikci.

Pro určování signálových period, které se mají přenášet, je v přenosovém systému, popisovaném ve výše uvedeném článku, nezbytné kvaziperiodický signál vzorkovat rychlostí, která je podstatně vyšší, než vyžaduje vzorkovací teorem. Má-li být dosaženo přijatelné kvality rekonstruovaného signálu, je nutné pro volbu period kvaziperiodického signálu, který se má přenášet, používat složitý algoritmus. Tyto vlastnosti systému podle známého stavu techniky vedly k jeho značné složitosti.

-1CZ 289724 B6

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je podle vynálezu dosaženo způsobem přenosu signálů, při kterém se v kódovacím pochodu odvozuje kódovaný signál z kvaziperiodického signálu, kódovaný signál se vysílá, a z kódovaného signálu se odvozuje v dekódovacím pochodu rekonstruovaný signál, jehož podstatou je, že se v kódovacím pochodu odvozují z kvaziperiodického signálu signálové segmenty, z nichž každý reprezentuje dvě po sobě následující periody kvaziperiodického vstupního signálu, a tyto segmenty se kombinují pro vytváření kódovaného signálu reprezentativního pro neúplnou sekvenci signálových segmentů vstupního signálu, přičemž sekvence signálových segmentů se vysílá pro následnou rekonstrukci vážením funkcí okna s interpolací.

Podle dalšího znaku vynálezu se v kódovacím pochodu určují redukované signálové segmenty ze součtu tvořeného první periodou kvaziperiodického signálu, váženého první kódovací funkcí okna, a druhou periodou kvaziperiodického signálu, váženého druhou kódovací funkcí okna, a sekvence (sled) redukovaných signálových segmentů se vysílá jako kódovaný signál.

Počáteční hodnota první kódovací funkce okna a konečná hodnota druhé kódovací funkce okna jsou s výhodou rovné nule, a konečná hodnota první kódovací funkce okna je rovná počáteční hodnotě druhé kódovací funkce okna.

V dekódovacím pochodu způsobu podle vynálezu se rekonstruuje signál ze sekvence signálových segmentů, který se kompletuje na přijímací straně interpolací a váží se funkcí okna.

Vynález dále přináší dekodér pro provádění výše uvedeného způsobu, obsahující segmentovací prostředky se segmentovacími obvody, připojené prvním vstupem ke vstupu kvaziperiodického signálu pro kódování a vysílání, přičemž uvedený signálový vstup je připojen k detektoru začátků period v kvaziperiodickém signálu, přičemž uvedený detektor má výstup připojený jednak k řídicí jednotce (kontroléru) kodéru a jednak k prvnímu vstupu multiplexoru, přičemž řídicí jednotka má dále další výstup připojený ke druhému vstupu segmentovacích prostředků, přičemž segmentovací prostředky mají svůj výstup připojený ke druhému vstupu multiplexoru, který má výstup kódovaného signálu.

Vynález dále přináší dekodér pro provádění dekódovacího pochodu způsobu, obsahující demultiplexor, mající vstup přijímaného signálu a první výstup připojený k řídicí jednotce (kontroléru), která je připojena k řídicím vstupům registrů, a také k řídicímu vstupu interpolátoru, přičemž uvedené registry mají vstupy připojené k signálovým vstupům interpolátoru, a přičemž interpolátor je opatřen výstupem rekonstruovaného přijímaného signálu.

Vynález umožňuje vytvořit přenosový systém, který je podstatně jednodušší, aniž by přitom docházelo ke ztrátě kvality rekonstruovaného signálu.

Vynález je založen na seznání skutečnosti, že rekonstruovaný signál je možné získat ze signálových segmentů reprezentujících dvě periody kvaziperiodického signálu jejich vážením funkcí okna a kombinováním po sobě jdoucích vážených segmentů, přičemž rekonstruovaný signál se z hlediska vnímání jen sotva liší od vstupního signálu. Jelikož signálový segment je reprezentativní pro dvě po sobě následující periody kvaziperiodického signálu, je možné vážit tento signálový segment pomocí funkce okna, aniž by docházelo k příliš velké ztrátě informace. Jelikož jsou signálové segmenty váženy funkcí okna, je možné je kombinovat sumací do spojitě probíhajícího rekonstruovaného signálu, který se z hlediska vnímání jen sotva liší od vstupního signálu. Vzhledem k této spojitosti je volba signálových segmentů méně důležitá, než u dosavadního přenosového systému. Volbu tak lze provádět jednodušším způsobem. Kromě toho již není nezbytné vzorkovat kvaziperiodický signál při frekvenci vyšší, než jakou vyžaduje vzorkovací teorém.

-2CZ 289724 B6

Podle provedení vynálezu obsahují segmentovací prostředky prostředky pro vážení funkcí okna, sloužící k určování redukovaných signálových segmentů, a to pomocí součtu tvořeného první periodou kvaziperiodického signálu váženého první kódovací funkcí okna a druhou periodou kvaziperiodického signálu, váženého druhou kódovací funkcí okna, přičemž signálové segmenty jsou redukované signálové segmenty.

Pokusy ukazují, že je možné nahradit signálový segment, obsahující dvě po sobě jdoucí periody kvaziperiodického signálu, jedním opakováním redukovaného signálového segmentu, aniž by byla pozorována ztráta kvality. To je výhodné, neboť není nutné přenášet více než tento signálový segment, mající délku jedné periody kvaziperiodického signálu. To vede ke snížení potřebné přenosové kapacity systému na polovinu.

Pro první a druhou kódovací funkci okna, které se ukázaly jako vhodné pro daný účel, se ukazuje účelné, aby počáteční hodnota první kódovací funkce okna a konečná hodnota druhé kódovací funkce okna byly rovné nule, a aby dále byla konečná hodnota první kódovací funkce okna rovná počáteční hodnotě druhé kódovací funkce okna. Taková volba kódovacích funkcí okna může vést k signálovému segmentu, který může být periodicky prodlužován, aniž by docházelo k pozorovatelné ztrátě kvality.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 blokové schéma přenosového systému pro realizaci vynálezu, obr. 3 blokové schéma kodéru podle vynálezu, použitelného v přenosovém systému z obr. 1, obr. 2 blokové schéma dekodéru, použitelného v přenosovém systému z obr. 1, obr. 4 blokové schéma segmentovacích prostředků pro použití v kodéru z obr. 2, obr. 5 průběhy signálů, vyskytujících se v segmentovacích prostředcích z obr. 4, obr. 6 průběhy signálů, vyskytujících se v dekodéru při odvozování rekonstruovaného signálu, obr. 7 průběhy signálů, vyskytujících se v dekodéru při přechodu od neznělého řečového signálu ke znělému řečovému signálu, obr. 8 průběhy signálů v dekodéru při přechodu od znělého řečového signálu k neznělému řečovému signálu, obr. 9 průběhy rekonstrukce funkcí okna, které se mohou vyskytovat v alternativních provedeních, a obr. 10 průběhy rekonstrukce funkcí okna, které se mohou vyskytovat v nepřekrývajících se nejkratších periodách po sobě jdoucích signálových segmentů.

Příklady provedení vynálezu

V přenosovém systému, znázorněném na obr. 1, je přiváděn do vysílače 2 kvaziperiodický signál, v daném případě řečový signál. V tomto vysílači 2 je řečový signál přiváděn k analogověčíslicovému převodníku 8. Výstup analogově-číslicového převodníku 8 je připojen ke vstupu detektoru 10, ke vstupu kodéru 12 kvaziperiodického signálu a ke vstupu dalšího kodéru 14 neperiodických signálů. Výstup detektoru 10 je připojen ke vstupu multiplexoru 18, k řídicímu vstupu kodéru 12 a k řídicímu vstupu dvoj čestného přepínače 16. Výstup kodéru 12, přenášející kódovaný signál jako jeho výstupní signál, je připojen k prvnímu kontaktu „zapnuto-vypnuto“ dvojcestného přepínače 16, zatímco výstup kodéru 14 je připojený k druhému kontaktu dvojcestného přepínače 18. Střední kontakt dvojcestného přepínače 10 je připojen ke druhému vstupu multiplexoru 18. Výstup multiplexoru 18 je připojen ke vstupu vysílacích prostředků 20. Výstup vysílacích prostředků 20 také tvoří výstup vysílače 2 a je připojen ke vstupu přenosového kanálu 4.

Výstup kanálu 4 je připojený ke vstupu přijímacích prostředků 22 přijímače 6. Výstup přijímacích prostředků 22, přenášející kódovaný signál jako jejich výstupní signál, je připojen ke

-3CZ 289724 B6 vstupu demultiplexoru 24. První výstup demultiplexoru 24 je připojen k řídicímu vstupu dvojcestného přepínače 26 a k řídicímu vstupu dvojcestného přepínače 32. Druhý výstup demultiplexoru 32 je připojen ke střednímu kontaktu dvojcestného přepínače 26. První kontakt „zapnuto-vypnuto“ dvojcestného přepínače 26 je připojen k dekodéru 28, provádějícímu rekonstrukci signálu z kódovaného signálu. Druhý kontakt „zapnuto-vypnuto“ dvojcestného přepínače 26 je připojen k dalšímu dekodéru 30. Výstup dekodéru 28, vydávající jako výstupní signál rekonstruovaný signál, je připojen k prvnímu kontaktu „zapnuto-vypnuto“ dvojcestného přepínače 32, zatímco výstup dalšího dekodéru 34 je připojen k druhému kontaktu „zapnutovypnuto“ dvojcestného přepínače 32. Střední kontakt dvojcestného přepínače 32 je připojen ke vstupu číslicově-analogového převodníku 34. Výstup číslicově-analogového převodníku 34 je výstupem přijímače 6.

V přenosovém systému z obr. 1 je řečový signál, který má být přenášen (nebo zaznamenáván), převáděn v analogově-číslicovém převodníku 8 na digitální signál s vzorkovací frekvencí 8 kHz. Detektor 10 detekuje, zda výstup analogově-číslicového převodníku 8 je kvaziperiodický (znělý), nebo neperiodický (neznělý). Výstupní signál uvažovaného detektoru 10 má první logickou hodnotu pro kvaziperiodický signál a druhou logickou hodnotu pro neperiodický signál. Provedení detektoru 10 jsou popsána například v patentových spisech USA US 4 384 335, US 4 625 327 a US 4 384 335.

Kodér 12 je uspořádán a určen pro kódování kvaziperiodických signálů, zatímco kodér 14 je uspořádán a určen pro kódování neperiodických signálů. Kodér 12 je uspořádán podle myšlenky vynálezu a bude podrobněji popsán níže. Vhodné provedení kodéru 14 je popsáno například ve zveřejněné patentové přihlášce PCT WO 92/06470.

Je-li přítomen kvaziperiodický vstupní signál, je kódovaný výstupní signál kodéru 12 přiváděn k multiplexoru 18 přes dvoj čestný přepínač, přes který se také přivádí výstupní signál kodéru 14 k multiplexoru 18 v případě, kdy je přítomen neperiodický signál. K multiplexoru 18 je také přiváděn výstupní signál detektoru 10. Tímto způsobem se dosahuje toho, že kvaziperiodické a neperiodické části řečového signálu jsou kódovány kodérem, který je vždy nejvhodnější pro uvedené dílčí části řečového signálu. Výstupní signál multiplexoru 18 se přivádí přes vysílací prostředky 20 ke kanálu 4. Tento vysílací prostředek může obsahovat například také modulátor.

Výstupní signál přenosového kanálu 4 je připojen ke vstupu přijímacích prostředků 22 přijímače 6. Tyto přijímací obvody mění výstupní signál kanálu do podoby vhodné pro přivádění do následujícího demultiplexoru 24. Přijímací prostředky 22 mohou obsahovat například demodulátor a detektor. Dvojcestné přepínače 26 a 32 jsou přepínány do vhodné polohy výstupním signálem prvního výstupu demultiplexoru 24. Tento signál indikuje, zda kódovaný signál reprezentuje kvaziperiodický nebo neperiodický signál. Reprezentuje-li kódovaný signál kvaziperiodický signál, je druhý výstup demultiplexoru 24 připojen k dekodéru 28 a výstup dekodéru 28 je připojen ke vstupu číslicově-analogového převodníku 34. Reprezentuje-li kódovaný signál neperiodický signál, je druhý výstup demultiplexoru 24 připojen k dalšímu dekodéru 30 a výstup tohoto dalšího dekodéru 30 je připojen ke vstupu číslicově-analogového převodníku 34. Tímto způsobem je použit pro vytváření rekonstruovaného signálu vždy vhodný detektor. Císlicově-analogový převodník 34 potom vytváří rekonstruovaný signál v analogové podobě, představující výstup přijímače.

Jak již bylo uvedeno, je možné, aby kvaziperiodický signál obsahoval reziduální signál, odvozovaný z řečového signálu pomocí predikčního filtru, jehož koeficienty jsou určovány lineární predikcí. V tomto případě musí být predikční filtr zařazen přímo za analogově-číslicový převodník 8, a musí být použity predikční obvody, které určují z výstupního signálu analogověčíslicového převodníku 8 predikční parametry. Tyto predikční parametry jsou potom přiváděny k multiplexoru 18 v digitalizované podobě, v níž se musí přivádět k přijímači 6. V přijímači 6 musí být zařazen mezi střední kontakt dvojcestného přepínače 32 a vstup číslicově-analogového převodníku inverzní filtr. Tento inverzní filtr má přenosovou funkci, která je inverzní

-4CZ 289724 B6 k přenosové funkci predikčního filtru. Pro tyto účely je predikční filtr nastaven v souladu s predikčními koeficienty, přístupnými na přídavném výstupu demultiplexoru 24.

V kodéru 12, znázorněném na obr. 2, je přiváděn vzorkovaný kvaziperiodický vstupní signál ke vstupu detektoru 36 základního tónu (pitch detector) a ke vstupu segmentovacích prostředků 40 se segmentovacími obvody, přičemž n je plovoucí (průběžná) proměnná, značící pořadové číslo konkrétního vzorku. Výstup detektoru 36 základního tónu, vydávající výstupní signál reprezentující pořadové číslo n_k prvního signálového vzorku po sobě jdoucích k period kvaziperiodického signálu, je připojen k prvnímu vstupu řídicí jednotky (kontroléru) 38. Výstup detektoru 36 základního tónu je dále připojený k prvnímu vstupu multiplexoru 42. Druhý vstup řídicí jednotky 38 je připojený k výstupu detektoru 10 z obr. 1. První výstup řídicí jednotky 38 je připojený k řídicímu vstupu segmentovacích prostředků 40.

Druhý výstup řídicí jednotky 38, vydávající na výstupu výstupní signál, indikující počet nepřenesených signálových segmentů mezi dvěma přenesenými signálovými segmenty, je připojený k druhému vstupu multiplexoru 42. Výstup segmentovacích prostředků 40 je připojený ke vstupu subkodéru 41. Výstup subkodéru 41, vydávající jako výstupní signál kódovaný signál, je připojený ke třetímu vstupu multiplexoru 42. Na výstupu multiplexoru 42 je přítomen kódovaný kvaziperiodický signál.

V kodéru na obr. 2 určuje detektor 36 základního tónu začátek n_k každé periody kvaziperiodického signálu s[n]. Provedení detektoru 36 základního tónu (pitch detector) je popsáno například v článku „Automatic and Reliable Estimation of Glottal Closure Instant and Period“ od autorů Y.M. Cheng a D. O’Shaughnessy, v časopisu IEEE Transaction on Acoustics, Speech and Signál Processing, vol. 37, no 12, December 1989, str. 1805-1815. Ze začátku každé z period může být určena doba trvání pk každé z period k, a to pomocí vztahu

Pk = n_k+i - n_k.

Řídicí jednotka 38 počítá počet period kvaziperiodického signálu a přivádí řídicí signál k segmentovacím prostředkům pro dvě po sobě následující periody z většího počtu (např. čtyř) period. V prvním provedení segmentovacích prostředků 40 odvozuje signálový segment o délce dvou period z kvaziperiodického signálu a je přiváděn do subkodéru 41.

Je třeba poznamenat, že doba trvání po sobě jdoucích period kvaziperiodického signálu nemusí být stejná. V druhém provedení segmentovacích prostředků se také odvozuje signálový segment o délce dvou period z kvaziperiodického signálu, avšak tento dvouperiodový signálový segment je převáděn na redukovaný signálový segment M_k[n]. Redukovaný signálový segment je určován součtem první periody segmentu, vážené první funkcí okna, a druhé periody segmentu, vážené druhou funkcí okna. Potom platí pro Mk[n] vztah:

M_k[n] = s[n]w„[n] + s[n+pk]w_p [n+pj (1)

V (1) jsou w_a[n] a w_p[n] funkce okna, volené tak, že M_k[n] má následující vlastnosti. M_k[n] má periodu rovnou pk, a M_k[n] se rovná nule pro hodnoty n menší než n_k a pro hodnoty n větší nebo rovné n_k + Pk- Periodické pokračování C_k[n + mp_k) (m je celé číslo) M_k[n] neobsahuje nežádoucí nespojitosti. Toho se dosáhne volbou M_k[n_k] rovného s[n_k+i] a volbou Mk[nk+i-l] rovného s[nk+i-l]. To znamená, že poslední vzorek z M_k[n] a první vzorek z M_k[n] jsou dva po sobě jdoucí vzorky z původního kvaziperiodického signálu. Kromě toho musí mít funkce okna w_a a w_p povlovný průběh, aby samy nemohly způsobovat nežádoucí nespojitosti.

-5CZ 289724 B6

Vhodné funkce okna w_a a w_p jsou komplementární, takže součet w_a[n] + wp[n+pk] se rovná 1 pro n_k<n<n_k+p_k. Vhodné funkce okna w_o a w_p jsou například:

0.5-0.5cos ;nik*ftnin^^n<ai⁺P* tBk+Pk*¹¹ (2)

ⁿ~ⁿfc*l (3)

Ve vztazích (2) a (3) je pmm minimální hodnota p_k a Pk+i - Jelikož takto získaný signálový segment má pouze poloviční dobu trvání, než původní segment, redukuje se přenosová kapacita potřebná pro přenos signálového segmentu na polovinu.

Detektorem základního tónu jsou také detekovány přechody z kvaziperiodického signálu na neperiodický signál. Při takovém přechodu se z poslední periody kvaziperiodického signálu odvodí redukovaný signálový segment. Začíná-li neperiodický signál při n = n_u, obsahuje poslední perioda kvaziperiodického signálu vzorky sfnu-iJXnu-i + l],...,s[n_u-l]. Z této poslední periody a z části neperiodického signálu, která má dobu trvání rovnou periodě p_u.i posledního signálového segmentu kvaziperiodického signálu, se nyní určí redukovaný signálový segment. Pro určení funkce okna podle vztahů (2) a (3) se potom volí

Pk ~ Pk+1 ~ Pmin ~ Pu-1·

Odhad původního signálového segmentu o délce dvou period se potom může získat v dekodéru jedním opakováním přijatého redukovaného signálového segmentu. Experimenty ukazují, že mezi původním signálovým segmentem a jedenkrát opakovaným redukovaným signálovým segmentem není slyšitelný rozdíl.

Subkodér 41 může být řešen jako kodér DPCM (diferenciální pulsní kódové modulace). Diferenciální pulsní kódová modulace je známá například z „Digital Coding of Waveforms“ autorů N.S. Jayant a P. Noll, 1984, ISBN 0-13-211913-7, kapitola 6, str. 252-272. V multiplexoru 42 se kombinuje informace, týkající se trvání period základního tónu (pitch periods), škodovaným segmentem, a vytváří se tak kódovaný signál. Jestliže počet nepřenesených segmentů, ležících mezi dvěma přenesenými segmenty, je proměnlivý, je tento počet také kódován a přiváděn do multiplexoru 42.

V dekodéru 28 je kódovaný signál veden k demultiplexoru 44. První výstup demultiplexoru 44 je připojený ke vstupu řídicí jednotky (kontroléru) 46. Výstup řídicí jednotky 46 je připojený k řídicímu vstupu registru 48, dále k řídicímu vstupu registru 50 a také k prvnímu řídicímu vstupu interpolátoru 52. Druhý výstup demultiplexoru je připojen ke vstupu registru 48 a ke vstupu registru 50. Výstup registru 48 je připojen k prvnímu signálovému vstupu interpolátoru

-6CZ 289724 B6

52. Výstup registru 50 je připojen k druhému signálovému vstupu interpolátoru 52. Třetí výstup demultiplexoru 44, obsahující ve svém výstupním signálu kódovanou informaci o počtu chybějících segmentů mezi dvěma kódovanými segmenty, je připojen k druhému řídicímu vstupu interpolátoru 52. Výstup interpolátoru 52 potom vytváří rekonstruovaný kvaziperiodický signál.

Demultiplexor 44 dělí kódovaný signál na signál základního tónu (pitch signál) a na určitý počet nepřenesených signálových segmentů, ležících mezi dvěma skutečně přenesenými signálovými segmenty. Dva po sobě následující kódované signálové segmenty se ukládají do registrů 48 a 50. To se provádí v odezvě na řídicí informaci o délce segmentu, odvozenou ze signálu základního tónu. Interpolátor 52 provádí rekonstrukci kompletní sekvence signálových segmentů, pomocí interpolace signálových segmentů uložených v registrech 48 a 50.

Zde se předpokládá, že určitý počet r redukovaných signálových segmentů mezi dvěma přenesenými redukovanými signálovými segmenty chybí. Aby mohl být rekonstruován kvaziperiodický signál, je redukovaný signálový segment M_k[n) periodicky rozšiřován na signálový segment M’_k[n] o délce 2pk, a druhý redukovaný signálový segment M’_k+r+i[n] je periodicky rozšiřován na signálový segment o délce 2p_k+r+i[n]. Pro první signálový segment M_k[n] a druhý signálový segment M’_k+r+i[n] lze potom napsat vztahy:

;n^Sn<njt+pjt (4) o ;njt + 2p^n ?^n<nk+r+l (5) (ⁿPt+r+l) 'ⁿfc+r+l ⁺Pk*r+l^sn<nJt+r*l^{+ 2}Pi*r+l

Je-li přenášen signálový segment o délce dvou period základního tónu, není obvykle již zapotřebí tento signálový segment rozšiřovat podle vztahů (4) a (5). Potom je r interpolovaných signálových segmentů vytvářeno pomocí interpolace dvou známých signálových segmentů. Pro i-tý signálový segment (k<i<k+r+l) potom platí vztah:

»ý[«] H_kl^p_k-ůi ] ] (6) v němž veličina d, je rovna výrazu (7) i

^ai^{s s} Pm m-Jt

Je třeba připomenout, že není nutné používat jen lineární interpolaci, ale i interpolaci vyšších řádů, přičemž však je tomto případě zapotřebí více než dvou redukovaných signálových segmentů.

Rekonstruovaný signál se získává vážením každého z interpolovaných signálových segmentů (při překrývání po přibližně jednu periodu základního tónu) pomocí funkce okna a vzájemným sčítáním vážených signálových segmentů. Funkce okna nabývá své maximální hodnoty ve středu příslušného segmentu a klesá směrem k jeho oběma okrajům.

Rekonstruovaný signál je potom dán vztahem

Vhodná funkce okna w_k má například tvar:

0.5-0.5cos ff------Pk (9)

0.5+0.5cos ^{n n}k+l

Pfc+1 ;^η*+2*^η

Rekonstruovaný signál je potom k dispozici na výstupu interpelátoru 52. Při přechodech z neperiodické části signálu do kvaziperiodické části a naopak jsou zapotřebí zvláštní opatření pro odstranění nespoj itostí. Při přechodu z neperiodické části signálu do kvaziperiodické části, pro n = n_f, je kvaziperiodická část rozšířena pomocí signálových vzorků redukovaného signálového segmentu M_f_i[n] = Mf[n+pf], pro nf-pf<n<nf. Signálové vzorky redukovaného signálového segmentu M_f_i[n] jsou násobeny vzorkovanými hodnotami okna s předváhováním, přičemž okno je rovno:

(10)

Neperiodická část signálu se násobí vzorky okna s postváhováním (backward-tapering window), které je rovno:

0.5+0.5cos

Kromě toho se v první periodě periodického signálu, kdy perioda začíná při n = nf, volí funkce okna Wf tak, aby byla pro nf<n<nf₊i rovná 1. Pro jiné části kvaziperiodického signálu je funkce okna dána vztahem (9). Jestliže poslední přenesený signálový segment začíná při n = n_b a neperiodická část signálu začíná při n = n_u, kde ni je rovno n_u_i, potom na konci kvaziperiodické části signálu nescházejí žádné periody. To znamená, že zde potom nevzniká

žádný problém s interpolací. Je-li však ni<n_u_i, není přítomen signál M’_k+r+i, nezbytný pro interpolaci. Jako M’_k+r+1 se potom bere první úsek neperiodické části signálu, který má délku Pu_i. Poslední funkce okna w_k[n] je potom vytvořena podle vztahu (9), kde k se zvolí jako rovné u-1 a k+2 se nahradí výrazem n_u+p_u_]. Výsledkem toho je potom to, že rekonstruovaný kvaziperiodický signál má okno s postváhováním (backward-tapering window) které překrývá začátek neperiodické části rekonstruovaného signálu v intervalu pu_i. Plynulý přechod do neperiodické části rekonstruovaného signálu se získá tak, že první úsek neperiodické části signálu se násobí oknem s předváhováním (forward-tapering window), které je určeno vztahem:

(

(12)

Sečtením kvaziperiodické a neperiodické části signálu, vytvořených výše uvedeným způsobem, se získají plynulé přechody bez nežádoucích nespojitostí.

Použijí-li se funkce okna podle vztahu (9), je možné, že se nespojitostí za určitých okolností ještě objeví. Tyto nespojitostí se tvoři v segmentech M’[n], interpolovaných podle (6), při přechodech, kde se kratší signálový segment ze segmentu kfn^-p^ d,] a _k+r+i[n”(*d_k+r+ i-di] rovná nule. Jestliže pk a pk+rH vykazují časové rozdíly, potlačí se tyto rušivé nespojitostí pomocí rekonstrukčních oken s postváhováním podle (9). Mají-li však pk a pk+r+1 značné rozdíly v čase, nežádoucí nespojitostí již nejsou dostatečně potlačeny. V těchto případech je však lépe, aby v periodě i, pro kterou platí k < i < k+r+1, byl signál získán ze vztahů:

S[n] +»/_![!!] (l-w_ř[nj) ;nj S«<n_j+1 (13) kde ;n_řán<nh

(14)

Hodnoty nb a n_e ve vztahu (14) jsou rovné:

*bmax{n_i(n_i+1-p_m-l} ;k<i<k+r+l ;i*=k+r+l (15)

-9CZ 289724 B6 při p_m = min {p_k,p_w+i}· {η,·₊ι, +p;_ j } ; i _B Jc+1 fflin{n_í+1,n_f+p_m} ;k+l<isjt+r+i

Tyto funkce okna popisují povlovný průběh, který se objeví pouze v intervalu, kde po sobě jdoucí nejkratší segmenty M’j[n] se překrývají. Jestliže se tyto nejkratší segmenty nepřekiývají (ne < n_b+l), funkce okna podle (14) již nevykazují povlovný průběh. Za této situace se rekonstruovaný signál určí podle vztahu:

	s[n] ; nt-5n<ni+1	(17)
kde:

*,·[»] (18)

0.5-0.5COS p [ ⁿl+lⁿh ;nfeSn<n_i+1

(19) ;n_esn<n_ř+i

Jsou-li použity tyto funkce okna, stane se rekonstruovaný signál nulovým pro hodnoty n, v nichž neleží žádný nejkratší signálový segment.

Při přechodu mezi neperiodickou částí vstupního signálu a kvaziperiodickou částí je možné použít funkcí okna s předváhováním a s postváhováním podle vztahů (10) a (11).

Jestliže při přechodu mezi kvaziperiodickou a neperiodickou částí signálu je po zbytek periody kvaziperiodické části signálu k dispozici redukovaný signálový segment, potom se kvaziperiodická část signálu prodlužuje až potud, pokud je neperiodická část násobena funkcí okna s postváhováním:

=

0.5+0.5COS

;n_uín<n_u+p_u_i (20)

Neperiodická část signálu se potom násobí funkcí okna, která je komplementární k funkci (20).

Není-li k dispozici žádný redukovaný signálový segment, rekonstrukce signálu se provede podle (9) a (12).

-10CZ 289724 B6

Je třeba uvést, že kromě přenosu hodnoty period pj(k<i<k+r+l) je alternativně možné určit hodnotu těchto period pomocí interpolace hodnot p_k a Pk+_r+i· Pro p; se potom odvodí:

p. = k+r+i-j. ?+I

(21)

V segmentovacích prostředcích znázorněných na obr. 4, se vstupní signál přivádí k prvnímu oddělovacímu obvodu 54 a k druhému oddělovacímu obvodu 56. Výstup prvního oddělovacího obvodu 54 je připojen k prvnímu obvodu 58 okna, zatímco výstup druhého oddělovacího obvodu 56 je připojen k druhému obvodu 60 okna. Výstup prvního obvodu 58 okna je připojen k prvnímu vstupu sčítacího obvodu 52 a výstup druhého obvodu 60 okna je připojen k druhému vstupu sčítacího obvodu 62. Výstup sčítacího obvodu 62 také tvoří výstup segmentovacích prostředků 40.

V oddělovacích obvodech 54 a 56 jsou uloženy dvě po sobě jdoucí periody základního tónu (pitch periods) kvaziperiodického signálu. V oddělovacím obvodu 54 je uložena první perioda kvaziperiodického signálu, zatímco v oddělovacím obvodu 56 je uložena druhá perioda tohoto kvaziperiodického signálu. Tato druhá perioda kvaziperiodického signálu bezprostředně následuje po jeho první periodě. Obvod 58 okna násobí první periodu kvaziperiodického signálu funkcí okna podle (1), zatímco druhý obvod okna násobí druhou periodu kvaziperiodického signálu funkcí okna podle (2). Pro tento účel přijímají obvody 58, 60 informace o periodách p_k a pk+i. Sčítací obvod 62 vytváří redukovaný signálový segment, v němž jsou sčítány výstupní signály obvodů 58, 60 okna. Bude zřejmé, že kodér a dekodér podle základní myšlenky vynálezu mohou být vytvořeny ve formě speciálního hardwaru, ale je také možné kodér nebo dekodér realizovat ve formě vhodně programovaného procesoru.

Obr. 5a znázorňuje dvě po sobě jdoucí periody kvaziperiodického signálu, vynesené v závislosti na čase. V souladu s myšlenkou vynálezu a pro účely určování redukovaných segmentů je první perioda násobena první funkcí okna w_a a druhá perioda je násobena druhou funkcí okna w_p. Na obr. 5b jsou znázorněny příklady funkcí okna w_a a w_p. Z obr. 5b je zřejmé, že funkce okna w_a aw_p na sebe vzájemně navazují. Obr. 5c znázorňuje dvě po sobě jdoucí periody kvaziperiodického signálu, v nichž jsou tyto periody násobeny funkcí okna w_a resp. w_p. Redukované signálové segmenty jsou potom získány posunutím signálové periody, vážené funkcí okna w_a, která je znázorněna na obr. 5c, během časové periody pk, a přičtením této signálové periody k signálové periodě, vážené funkcí okna w_p. Takto získaný signálový segment je znázorněný na obr. 5d. Experimenty ukazují, že mezi signálem podle obr. 5d, periodicky prodlužovaném po další přídavnou časovou periodu a mezi původním signálem z obr. 5a nejsou pozorovatelné rozdíly. Pro přenos signálu z obr. 5d je však nezbytná pouze poloviční přenosová kapacita, než jakou vyžaduje přenos signálu z obr. 5a.

Obr. 6a znázorňuje dva po sobe přenášené redukované signálové segmenty v jejich správném časovém vztahu. Za situace, znázorněné na obr. 6, je hodnota veličiny r rovná třem. Znázorněné redukované signálové segmenty jsou potom redukované signálové segmenty M_k a M_k+l+i.

Z redukovaných signálových segmentů M_k a M_k+r+i jsou odvozeny signálové segmenty M’k a M’_k+r+i pro periodické pokračování jediné periody. Chybějící segmenty M_k+i, M_k+2 a M_k+3 jsou odvozeny ze signálových segmentů M’k a M_k+r+i provedením vztahů (6) a (7). Segmenty M’k, M’_k+i, M’_k+2, M’_k+3 a M’_k+r+i jsou pak znázorněny v přesném časovém vztahu na odpovídajících obr. 6b, 6c, 6d, 6e a 6f.

Obr. 6b, 6c, 6d, 6e a 6f kromě toho znázorňují příslušné funkce okna w_k, w_k+b w_k+2, w_k+3 a w_k+r+i, odpovídající vztahu (9). Střed (tj. přechod mezi dvěma periodami) signálového segmentu M’j

-11 CZ 289724 B6 a maximum odpovídající funkce okna Wj jsou vždy situovány do okamžiků η = η₍. Na obr. 6g je znázorněn rekonstruovaný signál, kteiý se získá sumací signálových segmentů Mi, vážených vhodnými funkcemi okna w,.

Obr. 7a znázorňuje přechod od neznělého řečového signálu ke znělému řečovému signálu. V intervalu (neznělý) U leží podstatná část neznělého řečového signálu, která musí být plně kódována. V intervalu V (znělý) znělého (kvaziperiodického) řečového signálu postačuje přenášet neúplnou sekvenci signálových segmentů a chybějící signálové segmenty potom rekonstruovat podle základní myšlenky vynálezu.

Aby se odstranilo slyšitelné zkreslení, vznikající v rekonstruovaném signálu při přechodech od neznělého řečového signálu ke znělému, je první redukovaný signálový segment rozšířen z doby periody p_f na signálový segment o délce 3p_f, když je určován rekonstruovaný signál. Tento signálový segment je uložen v čase tak, aby druhá perioda tohoto rozšířeného signálového segmentu byla v koincidenci s periodou redukovaného signálového segmentu, jak ukazuje obr. 7b. V tomto signálovém segmentu jsou dva zde přítomné signálové segmenty o délce 2pf váženy funkcí okna w’_f_] podle (10) a funkcí w’_f podle (9), které jsou rovněž znázorněny na obr. 7b. Předpokládá se, že okamžik n = n_f je v koincidenci se začátkem první periody znělého řečového signálového segmentu. Neznělý řečový signál je kromě toho vážen funkcí okna (11), a to v okamžiku n, ležícím mezi n_f a nf-pf. Tato funkce okna je znázorněna na obr. 7c. Rekonstruovaný signál je potom rovný součtu váženého znělého a neznělého řečového signálového segmentu. Tento rekonstruovaný signál je znázorněn na obr. 7d.

Na obr. 8a je znázorněn přenášený signál při přechodu od znělého řečového signálu k neznělému řečovému signálu. V intervalu V (znělý) leží podstatná část znělého řečového signálu, zatímco v intervalu U (neznělý) se nachází neznělá část řečového signálu. Rovněž při přechodu od znělého řečového signálu k neznělému, znázorněném na obr. 8a, je nutné učinit zvláštní opatření pro odstranění slyšitelného zkreslení. Možným řešením je interpolace, využívající nejposlednější redukovaný znělý řečový signálový segment o délce pm^ a signálový segment o délce Pu-i z neznělého řečového signálového segmentu, který začíná v okamžiku přechodu od znělého k neznělému řečovému signálu. Tato interpolace je provedena přesně stejným způsobem jako interpolace popsaná výše, která využívá dva redukované signálové segmenty. Je třeba poznamenat, že hodnota veličiny r na konci znělé části řečového signálu může nabýt menší hodnoty, než hodnota r během uvažované znělé části řečového signálu. To je patrné například z obr. 8a, kde hodnota r je rovná 3 v intervalu a, zatímco v intervalu b je rovná 2.

Další možností odstranění slyšitelného zkreslení během přechodu od znělého k neznělému řečovému signálu je vážení, pomocí funkce okna, neznělé části řečového signálu během časové periody o délce Pk_+r. Tato funkce má hodnotu rovnou 0 při přechodu od znělého řečového signálu k neznělému a hodnotu rovnou 1 v pozdější časové periodě pk+r. Příslušná funkce okna je znázorněna na obr. 8b. Kompletní rekonstruovaný signál, jak je znázorněn na obr. 8c, se získá sčítáním interpolované znělé části řečového signálu a vážené neznělé části řečového signálu. Je zřejmé, že pro realizaci uvedených opatření pro odstranění nežádoucích vedlejších efektů musí být nahrazen dvojcestný přepínač 32 v přijímači 5 na obr. 1 prvkem, který může provádět uvažované operace s výstupními signály dekodéru 28 a dekodéru 30.

Obr. 9 ukazuje aplikace alternativních funkcí okna dle (15). Obr. 9a symbolicky znázorňuje redukované segmenty M_k a Mk_+r+i. Obr. 9b znázorňuje segmenty M’k a M’k+r+1 a nad nimi příslušné funkce okna l-w_k a Wk_+r+i. Obr. 9c znázorňuje signálový segment Μ\+ι s příslušnou funkcí okna, tvořenou kombinací funkcí okna Wk+i a l-Wk+2- Obr. 9d znázorňuje signálový segment M’_k+2 s příslušnou funkcí okna, tvořenou kombinací funkcí okna w_k+2 a l-Wk+3. Obr. 9e konečně znázorňuje signálový segment M’_k+r s příslušnou funkcí okna, tvořenou kombinací funkcí okna w_k+r a l-Wk_+r+i. Tyto obrázky zřetelně ukazují, že přechody, ležící mezi různými signálovými segmenty, jsou v koincidenci s překiýváním nejkratších segmentů patřícím po sobě následujícím kombinačním segmentům.

-12CZ 289724 B6

Obr. 10 znázorňuje situaci, při níž se vyskytují po sobě jdoucí nepřekrývající se segmenty. Ta nastává mezi segmenty M’_k+i a M’_k+2. Na konci nejkratší periody v signálovém segmentu M’_k+i má potom funkce okna w_k+2 hodnotu rovnou nule. Začátek funkce okna w_k+2 je v koincidenci se začátkem nejkratší periody ze signálového segmentu M’_k+2. Mezi koncem nejkratší periody v signálovém segmentu M’_k+i a začátkem nejkratší periody v signálovém segmentu M’_k+2 se rekonstruovaný signál rovná nule.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob přenosu signálů, při kterém se v kódovacím pochodu odvozuje kódovaný signál z kvaziperiodického signálu, kódovaný signál se vysílá, a z kódovaného signálu se odvozuje v dekódovacím pochodu rekonstruovaný signál, vyznačený tím, že se v kódovacím pochodu odvozují z kvaziperiodického signálu signálové segmenty, z nichž každý reprezentuje dvě po sobě následující periody kvaziperiodického vstupního signálu, a tyto segmenty se kombinují pro vytváření kódovaného signálu reprezentativního pro neúplnou sekvenci signálových segmentů vstupního signálu, přičemž sekvence signálových segmentů se vysílá pro následnou rekonstrukci vážením funkcí okna s interpolací.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se v kódovacím pochodu určují redukované signálové segmenty ze součtu tvořeného první periodou kvaziperiodického signálu, váženého první kódovací funkcí okna, a druhou periodou kvaziperiodického signálu, váženého druhou kódovací funkcí okna, a sekvence redukovaných signálových segmentů se vysílá jako kódovaný signál.
3. 3. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím, že počáteční hodnota první kódovací funkce okna a konečná hodnota druhé kódovací funkce okna jsou rovné nule, a konečná hodnota první kódovací funkce okna je rovná počáteční hodnotě druhé kódovací funkce okna.
4. 4. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím, že v dekódovacím pochodu se rekonstruuje signál ze sekvence signálových segmentů, která se kompletuje na přijímací straně interpelací a váží se funkcí okna.
5. 5. Kodér (12) pro provádění způsobu podle nároků 2 nebo 3, vyznačený tím, že obsahuje segmentovací prostředky (40) se segmentovacími obvody, připojené prvním vstupem ke vstupu kvaziperiodického signálu pro kódování a vysílání, přičemž uvedený signálový vstup je připojen k detektoru (36) začátků period v kvaziperiodickém signálu, přičemž uvedený detektor (36) má výstup připojený jednak k řídicí jednotce (33) kodéru a jednak k prvnímu vstupu multiplexoru (42), přičemž řídicí jednotka (38) má dále další výstup připojený ke druhému vstupu segmentovacích prostředků (40), přičemž segmentovací prostředky (40) mají svůj výstup připojený ke druhému vstupu multiplexoru (42), který má výstup kódovaného signálu.

   -13CZ 289724 B6
6. 6. Dekodér (28) pro provádění způsobu podle nároku 4, vyznačený tím, že obsahuje demultiplexor (44), mající vstup přijímaného signálu a první výstup připojený k řídicí jednotce (46), která je připojena k řídicím vstupům registrů (48, 50), a také k řídicímu vstupu interpolátoru

   5 (52), přičemž uvedené registry (48, 50) mají vstupy připojené k signálovým vstupům interpolátoru (52), a přičemž interpolátor (52) je opatřen výstupem rekonstruovaného přijímaného signálu.