DE19604273C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch im Hinblick auf das Kodieren eines Klangsignales, Zellkommunikationssystem, Zellnetzwerkelement und mobile Zell-Sender-/Empfänger-Einheit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch im Hinblick auf das Kodieren eines Klangsignales, Zellkommunikationssystem, Zellnetzwerkelement und mobile Zell-Sender-/Empfänger-Einheit

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch im Hinblick auf das Kodieren eines Klangsignales, ein Zellkom­ munikationssystem, ein Zellnetzwerkelement und eine mobile Sender-Empfänger-Einheit.
Das Erfordernis für effiziente digitale Sprachkodierungstechni­ ken mit einem guten subjektiven Kompromiß zwischen der Qualität und der Bitrate nimmt für viele Anwendungen zu, wie zum Bei­ spiel für Sprachübertragung über Satelliten, Landmobile, ein digitales Funk- oder ein gepacktes Netzwerk, Sprachspeicherung, Sprachantwort und drahtloses Fernsprechen.
Eine der besten bekannten Techniken, die einen guten Kompromiß zwischen Qualität und Bitrate erreichen kann, ist die sogenann­ te Code Excited Linear Prediction (CELP) Technik. Gemäß dieser Technik wird das Sprachsignal abgetastet bzw. gesampled und in Blöcken von L-Abtastwerten (d. h. Vektoren) verarbeitet, wobei L irgend eine vorbestimmte Zahl ist. Die CELP-Technik verwendet ein Kodebuch.
Ein Kodebuch im Zusammenhang mit CELP ist ein indizierter Satz von L-Abtastwert-langen Sequenzen, welche als L-dimensionale Kodevektoren bezeichnet werden (Impulskombinationen, welche L- verschiedene Positionen definieren und welche sowohl Null- Amplitudenimpulse als auch Nicht-Null-Amplitudenimpulse, die zu den jeweiligen Positionen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeord­ net werden, aufweist). Das Kodebuch weist einen Index k im Be­ reich zwischen 1 und M auf, wobei M die Größe des Kodebuches ist, die manchmal als Anzahl von Bits b ausgedrückt wird:
M = 2b
Ein Kodebuch kann in einem physikalischen Speicher (z. B. einer Nachschlagtabelle) gespeichert werden oder kann sich auf einen Mechanismus zum Verknüpfen des Index mit einem entsprechenden Kodevektor beziehen (z. B. eine Formel).
Zum künstlichen Erzeugen von Sprache gemäß der CELP-Technik wird jeder Block von Sprachabtastwerten bzw. -proben künstlich hergestellt durch Filtern des geeigneten Kodevektors aus dem Kodebuch durch zeitveränderliche Filter, welche die spektralen Eigenschaften des Sprachsignales modellieren. Am Ende des Ko­ dierers wird die synthetische Ausgabe für alle oder eine Teil­ menge bzw. Untergruppe der Kodevektorkandidaten des Kodebuches berechnet (Kodebuchsuche bzw. -suchlauf). Der gespeicherte bzw. zurückgehaltene Kodevektor ist der, der die synthetische Ausga­ be, die dem ursprünglichen Sprachsignal am nächsten kommt, ge­ mäß einem gegenständlich gewichteten Verzerrungsmaß produziert.
Ein erster Typ von Kodebüchern sind die sogenannten "stochastischen" Kodebücher. Ein Nachteil dieser Kodebücher ist, daß mit ihnen oft ein beträchtlicher physikalischer Spei­ cher verbunden ist. Sie sind stochastisch, d. h. zufällig, in dem Sinne, daß der Pfad bzw. der Weg vom Index zu dem zugehöri­ gen Kodevektor Nachschlagtabellen beinhaltet, die das Ergebnis von zufällig erzeugten Zahlen oder statistischen Techniken sind, die auf große Sprachtrainingssätze angewendet werden. Die Größe der stochastischen Kodebücher tendiert dazu, durch Spei­ cher- und/oder Suchkomplexität beschränkt zu sein.
Ein zweiter Typ von Kodebüchern sind die algebraischen Kodebü­ cher. Im Gegensatz zu den stochastischen Kodebüchern sind die die algebraischen Kodebücher keine Zufallskodebücher und erfor­ dern keinen Speicher. Ein algebraisches Kodebuch ist ein Satz bzw. eine Menge von indizierten Kodevektoren, in dem die Ampli­ tuden und Positionen der Impulse des k-ten Kodevektors von sei­ nem Index k über eine Regel, die keinen oder nur minimalen phy­ sikalischen Speicher erfordert, erhalten werden können. Daher ist die Größe eines algebraischen Kodebuchs nicht durch Spei­ chererfordernisse beschränkt. Algebraische Kodebücher können auch für eine effiziente Suche ausgelegt sein.
Aus der DE 43 15 313 A1 ist ein Verfahren zum Durchführen ei­ ner Suche in einem Kodebuch im Hinblick auf das Kodieren eines Sprachsignales bekannt. Das Kodebuch weist eine Mehrzahl von Kodevektoren auf und wird nach einem optimalen Kodevektor durchsucht, wobei der optimale Kodevektor über ein Korrelati­ onsverfahren bestimmt wird. Das Kodebuch ist aufgeteilt in Teilkodebücher, wobei jedes Teilkodebuch identische Impulsmu­ ster aufweist.
Aus der EP 0 396 121 A1 ist ein System zum Kodieren von Breit­ band-Audiosignalen unter Verwendung eines Vektorkodebuches be­ kannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ei­ ne Vorrichtung zum drastischen Reduzieren der Komplexität einer Kodebuchsuche nach dem Kodieren eines Klangsignales und ein Zellkommunikationssystem, ein Zellnetzwerkelement, eine mobile Zell-Sender-/Empfängereinheit, sowie ein bidirektionales drahtloses Kommunikationssystem in einem Zellkommunikationssystem bereitzu­ stellen, wobei das Verfahren und die Vorrichtung auf eine große Klasse von Kodebüchern anwendbar sein soll.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung können a-priori eine Teilmenge der Kodebuchim­ pulskombinationen auswählen die in dieser Teilmen­ ge zu suchenden Kombinationen im Hinblick auf eine Reduzierung der Kodebuchsuchkomplexität speichern bzw. festhalten.
Die Größe eines Kodebuches wird dadurch erhöht, daß die einzelnen Impulse des Kodevektors mit einer Nicht-Null- Amplitude bzw. einer Amplitude, die nicht null ist, mindestens eine von q möglichen Amplituden annehmen können, ohne daß die Suchkomplexität erhöht wird.
Bei dem Verfahren ist die Komplexität der Suche reduziert, da nur eine Teilmenge der Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen des Ko­ debuches durchsucht wird.
Ferner ist im Betrieb wird die Komplexität der Suche reduziert, da nur ei­ ne Teilmenge der Impulskombinationen des Kodebuches durchsucht wird.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Klangsignalkodierungseinrichtung mit einem Amplitudenwähler und einer opti­ mierenden Steuereinrichtung bzw. einem Kontroller in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer Kodiereinrichtung, die mit der Kodier­ einrichtung von Fig. 1 verbunden ist;
Fig. 3a eine Folge von Basisoperationen für die schnelle Kodebuchsuche in Übereinstim­ mung mit der vorliegenden Erfindung ba­ sierend auf signalausgewählten Im­ pulsamplituden;
Fig. 3b eine Folge von Operationen zum Vor- Zuweisen einer der q Amplituden zu je­ der Position p der Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen;
Fig. 3c eine Folge von Operationen, die die N verschachtelte Schleifensuche mit sich bringt, in der die innerste Schleife übergangen wird, wenn der Beitrag der ersten N-1 Impulse zu dem Zähler DAk T als für nicht ausreichend gilt;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der N verschachtelten Schleifen, die bei der Kodebuchsuche verwendet werden; und
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm, wel­ ches die Infrastruktur eines typischen Zellkommunikationssystems veranschau­ licht.
Fig. 5 veranschaulicht die Infrastruktur eines typischen Zell­ kommunikationssystems 1.
Obwohl die Anwendung des Suchverfahrens und der Vorrichtung ge­ mäß der Erfindung auf ein Zellkommunikationssystem als nicht beschränkendes Beispiel in der vorliegenden Beschreibung offen­ bart ist, sollte im Gedächtnis behalten werden, daß dieses Ver­ fahren und die Vorrichtung mit denselben Vorteilen in vielen anderen Typen von Kommunikationssystemen, in welchen das Kodie­ ren eines Klangsignales erforderlich ist, verwendet werden kön­ nen.
In einem Zellkommunikationssystem wie dem mit dem Bezugszeichen 1, wird ein Telekommunikationsdienst für eine große geographi­ sche Fläche durch Unterteilen der großen Fläche in eine Anzahl von kleineren Zellen bereitgestellt. Jede Zelle weist eine zel­ lulare Basisstation bzw. Zellbasisstation 2 (Fig. 5) zum Be­ reitstellen von Funksignalübertragungskanälen, Tonfrequenz- und Datenkanälen auf.
Die Funksignalübertragungskanäle werden zum Beziffern von mobi­ len Funktelefonen (mobile Sender-/Empfängereinheiten) wie zum Beispiel 3 innerhalb der Grenzen der Bedeckungsfläche der Zell­ basisstation (Zelle) verwendet, und zum Anmelden von Gesprächen an andere Funktelefone entweder im Inneren oder außerhalb der Zelle der Basisstation oder an ein anderes Netzwerk zum Bei­ spiel das Public Switched Telephone Network (PSTN) 4.
Wenn ein Funktelefon 3 erfolgreich einen Anruf angemeldet oder empfangen hat, wird ein Tonfrequenz- oder Datenkanal mit der zellularen Basisstation 2 entsprechend der Zelle, in der das Funktelefon 3 gelegen ist, eingestellt und eine Kommunikation zwischen der Basisstation 2 und dem Funktelefon 3 findet über den Tonfrequenz- oder Datenkanal statt. Das Funktelefon 3 kann auch eine Steuer- oder Zeitablaufsinformation über den Funksi­ gnalübertragungskanal empfangen, während des Verlaufs eines An­ rufes.
Wenn ein Funktelefon 3 eine Zelle während eines Anrufes verläßt und eine andere Zelle betritt, übergibt das Funktelefon den An­ ruf an einen zur Verfügung stehenden Tonfrequenz- oder Datenka­ nal in der neuen Zelle. Gleichermaßen, wenn kein Anruf in Bear­ beitung ist, wird eine Steuer- bzw. Kontrollmeldung über den Funksignalübertragungskanal gesandt, so daß das Funktelefon ein Protokoll an die zur der neuen Zelle gehörige Basisstation 2 abgibt. Auf diese Weise ist eine mobilie Kommunikation über ei­ nen großen geographischen Bereich möglich.
Das Zellkommunikationssystems 1 weist ferner ein Terminal bzw. eine Datenstation 5 zum Steuern der Kommunikation zwischen den zellularen Basisstationen 2 und dem Public Switched Telephone Network 4 zum Beispiel während einer Kommunikation zwischen ei­ nem Funktelefon 3 und dem PSTN 4 oder zwischen einem Funktele­ fon 3 in einer ersten Zelle und einem Funktelefon 3 in einer zweiten Zelle auf.
Natürlich ist ein bidirektionales drahtloses Funkkommunikati­ onsuntersystem erforderlich zum Einrichten einer Kommunikation zwischen jedem in einer Zelle gelegenen Funktelefon 3 und der zellularen Basisstation 2 der Zelle. Solch ein bidirektionales drahtloses Funkkommunikationssystem weist typischerweise sowohl in dem Funktelefon 3 als auch in der zellularen Basisstation 2 folgendes auf: (a) einen Sender zum Kodieren des Sprachsignales und zum Senden des kodierten Sprachsignales über eine Antenne, die zum Beispiel mit dem Bezugszeichen 6 oder 7 gekennzeichnet ist, und (b) einen Empfänger zum Empfangen eines gesandten ko­ dierten Sprachsignales über dieselbe Antenne 6 oder 7 und zum Dekodieren des empfangenen kodierten Sprachsignales. Wie es dem einschlägigen Fachmann gut bekannt ist, ist eine Sprachkodie­ rung erforderlich zum Reduzieren der Bandbreite, die notwendig ist zum Übertragen von Sprache über das bidirektionale drahtlo­ se Funkkommunikationssystem, d. h. zwischen einem Funktelefon 3 und einer Basisstation 2.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung eine effiziente digitale Sprachkodierungstechnik mit einem guten subjektiven Kompromiß zwischen Qualität und Bitrate bereitzustellen, z. B. für die bi­ direktionale Übertragung von Sprachsignalen zwischen einer zel­ lularen Basisstation 2 und einem Funktelefon 3 durch einen Ton­ frequenz- oder Datenkanal. Fig. 1 ist ein schematisches Block­ diagramm einer digitalen Sprachkodierungseinrichtung, die ge­ eignet ist, diese effiziente Technik auszuführen.
Die Sprachkodierungseinrichtung von Fig. 1 ist dieselbe Kodie­ rungseinrichtung, die in Fig. 1 der US-Stammanmeldung Nr. 07/927,528 veranschaulicht ist, zu der jedoch in Übereinstim­ mung mit der vorliegenden Erfindung ein Amplitudenwähler 112 hinzugefügt wurde. Die US-Stammanmeldung Nr. 07/927,528 wurde am 10. September 1992 für eine Erfindung mit der Bezeichnung "DYNAMISCHES KODEBUCH ZUM EFFIZIENTEN SPRACHKODIEREN AUF DER BASIS VON ALGEBRAISCHEN KODES" angemeldet.
Das analoge Sprachsignal wird abgetastet und blockverarbeitet bzw. in Blöcken weiterverarbeitet. Es ist so zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung auf ein Sprachsignal beschränkt ist. Das Kodieren von anderen Typen von Klangsignalen kann auch in Erwägung gezogen werden.
In dem veranschaulichten Beispiel weist ein Block eines abgeta­ steten Eingangssprachsignales S (Fig. 1) L aufeinanderfolgende Abtastwerte auf. In der CELP Literatur wird L als "Teilbild"- Länge bezeichnet und liegt typischerweise zwischen 20 und 80. Ebenso werden die Blöcke von L Abtastwerten als L-dimensionale Vektoren bezeichnet. Verschiedene L-dimensionale Vektoren wer­ den im Verlauf des Kodierverfahrens erzeugt. Eine Liste von diesen Vektoren, die in den Fig. 1 und 2 erscheinen, und ei­ ne Liste der übertragenen Parameter ist im nachfolgenden gege­ ben:
Liste der Haupt-L-dimensionalen Vektoren
S Eingangssprachvektor;
R' tonhöhenbeseitigter Restvektor;
X Zielvektor bzw. Targetvektor;
D rückwärts gefilterter Zielvektor;
Ak
Kodevektor des Index k von dem al­ gebraischen Kodebuch; und
Ck
Neuerungsvektor (gefilterter Kode­ vektor).
Liste von übertragenen Parametern
k Kodevektorindex (Eingabe des alge­ braischen Kodebuches);
g Verstärkung;
STP Kurzzeitvorhersage-Parameter (definieren A(z)); und
LTP Langzeitvorhersage-Parameter (definieren eine Tonhöhenverstä­ rkung b und eine Tonhöhenverzöge­ rung T).
DEKODIERPRINZIP
Es wird bevorzugt, zuerst die Sprachdekodiereinrichtung von Fig. 2 zu beschreiben, welche die verschiedenen Schritte veran­ schaulicht, die zwischen der digitalen Eingabe (Eingabe des De­ multiplexers 205) und der abgetasteten Sprachausgabe (Ausgabe des Synthesefilters 204) durchgeführt werden.
Der Demultiplexer 205 extrahiert 4 verschiedene Parameter aus der binären Information, die er von einem digitalen Eingabeka­ nal erhält, nämlich den Index k, die Verstärkung g, die Kurz­ zeitvorhersage-Parameter STP und die Langzeitvorhersage- Parameter LTP. Der aktuelle L-dimensionale Vektor S des Sprach­ signales wird auf der Basis dieser vier Parameter aufgebaut bzw. erzeugt, wie in der folgenden Beschreibung erklärt wird.
Die Sprachdekodiereinrichtung von Fig. 2 weist ein dynamisches Kodebuch 208 auf, welches zusammengesetzt ist aus einem alge­ braischen Kodegenerator 201 und einem adaptiven Vorfilter 202, einem Verstärker 206, einem Addierer 207, einer Langzeitvorher­ sageeinrichtung 203 und einem Synthesefilter bzw. Aufbaufilter 204.
In einem ersten Schritt erzeugt der algebraische Kodegenerator 201 einen Kodevektor Ak in Antwort auf den Index k.
In einem zweiten Schritt wird der Kodevektor Ak durch den adap­ tiven Vorfilter 202 verarbeitet, dem die Langzeitvorhersage- Parameter LTP zugeführt werden zum Erzeugen eines Ausgabeneue­ rungsvektors Ck. Der Zweck des adaptiven Vorfilters 202 ist der, den Frequenzinhalt des Ausgabeneuerungsvektors Ck dyna­ misch zu steuern, so daß die Sprachqualität erhöht wird, d. h. zum Verringern der akustischen Verzerrung, die durch Frequenzen verursacht wird, die das menschlische Ohr stören. Typische Übertragungsfunktionen F(z) für den adaptiven Vorfilter 202 sind im nachfolgenden gegeben:
Fa(z) ist ein Formant-Vorfilter, bei dem 0 < γ1 < γ2 < 1 Konstan­ ten sind. Dieser Vorfilter verstärkt die Formant-Bereiche und arbeitet sehr effektiv besonders bei Kodierraten unter 5 kbit/s.
Fb(z) ist ein Tonhöhenvorfilter, wobei T die mit der Zeit vari­ ierende bzw. zeitabhängige Tonhöhenverzögerung ist und b0 ent­ weder eine Konstante ist oder gleich dem Langzeittonhöhenvor­ hersage-Parameter von den aktuellen oder vorhergehenden Teil­ bildern ist. Fb(z) ist sehr effektiv zum Verstärken bzw. erhö­ hen der Tonhöhen harmonischer Frequenzen bei allen Raten. Daher weist F(z) typischerweise einen Tonhöhenvorfilter auf, der manchmal mit einem Formant-Vorfilter kombiniert wird, nämlich:
F(z) = Fa(z) Fb(z)
In Übereinstimmung mit der CELP-Technik wird das abgetastete Ausgangssprachsignal erhalten durch zuerst Skalieren des Neuerungsvektors Ck von dem Kodebuch 208 mit der Verstärkung g durch den Verstärker 206. Der Addierer 207 addiert dann die skalierte Wellenform g Ck auf den Ausgang E (die Langzeitvor­ hersagekomponente der Signalanregung des Synthesefilters 204) der Langzeitvorhersageeinrichtung 203, die mit den LTP- Parametern versehen ist und in einer Feedbackschleife plaziert ist und eine Übertragungsfunktion B(z) aufweist, die wie folgt definiert ist:
B(z) = bz-T,
wobei b und T jeweils die oben definierte Tonhöhenverstärkung und -verzögerung sind.
Die Vorhersageeinrichtung 203 ist ein Filter mit einer Übertra­ gungsfunktion, die in Übereinstimmung mit den letzten empfange­ nen LTP-Parametern b und T ist zum Modellieren der Tonhöhenpe­ riodizität der Sprache. Sie führt die geeignete Tonhöhenver­ stärkung b und Verzögerung T der Samples bzw. Proben bzw. Ab­ tastwerte ein. Das zusammengesetzte Signal E + gCk bildet die Signalanregung des Synthesefilters 204, der eine Übertragungs­ funktion 1/A(z) aufweist (A(z) wird in der folgenden Beschrei­ bung definiert). Der Filter 204 liefert die korrekte Spektrum­ form in Übereinstimmung mit den letzten empfangenen STP- Parametern. Genauer gesagt, der Filter 204 formt die Resonanz­ frequenzen (Formanten) der Sprache. Der Ausgabeblock ist das künstlich gebildete gesamplede bzw. abgetastete Sprachsignal, welches in ein Analogsignal mit geeignetem Anti-Umschalt- Filtern in Übereinstimmung mit einer im Stand der Technik be­ kannten Art konvertiert werden kann.
Es gibt viele Wege, einen algebraischen Kodegenerator 201 zu entwerfen. Ein vorteilhaftes Verfahren, welches in der oben ge­ nannten US-Patentanmeldung Nr. 07/927,528 offenbart ist, be­ steht im Verwenden wenigstens eines N-verschränkten bzw. ver­ schachtelten Einzelimpulspermutationskodes.
Dieses Konzept wird anhand eines einfachen algebraischen Kode­ generators 201 veranschaulicht. In diesem Beispiel ist L = 40 und der Satz von 40-dimensionalen Kodevektoren enthält nur N = 5 Nicht-Null-Amplitudenimpulse, welche Sp1 , Sp2 , Sp3 , Sp4 , Sp5 genannt werden. In dieser sorgfältigeren Schreibweise steht pi für den Platz des i-ten Impulses innerhalb des Teilbildes (d. h. pi reicht von 0 bis L-1). Es sei angenommen, daß der Impuls Sp1 auf acht mögliche Positionen p1 wie folgt eingeschränkt ist:
p1 = 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 = 0 + 8m1; m1 = 0, 1 ... 7
Innerhalb dieser acht Positionen, die "Spur" #1 genannt werden können, können Sp1 und sieben Null-Amplitudenimpulse frei per­ mutieren. Dies ist ein "Einzelimpulspermutationskode". Es seien nun fünf solcher "Einzelimpulspermutationskodes" durch ebensol­ ches Beschränken der Positionen der verbleibenden Impulse in einer ähnlichen Weise verschränkt (d. h. Spur #2, Spur #3, Spur #4 und Spur #5).
p1 = 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 = 0 + 8m1
p2 = 1, 6, 11, 16, 21, 26, 31, 36 = 1 + 8m2
p3 = 2, 7, 12, 17, 22, 27, 32, 37 = 2 + 8m3
p4 = 3, 8, 13, 18, 23, 28, 33, 38 = 3 + 8m4
p5 = 4, 9, 14, 19, 24, 29, 34, 39 = 4 + 8m5
Es sei angemerkt, daß die ganzen Zahlen mi = 0, 1, ..., 7 voll die Position pi jedes Impulses Spi definieren. Somit kann ein einfacher Positionsindex kp durch einfaches Multiplexen (Bündeln bzw. im Multiplexbetrieb arbeiten) der mi's unter Ver­ wendung der nachfolgenden Beziehung erhalten werden:
kp = 4096m1 + 512m2 + 64m3 + 8m4 + m5
Es sollte darauf hingewiesen werden, daß andere Kodebücher un­ ter Verwendung der obigen Impulsspuren erhalten werden können. Zum Beispiel können nur 4 Impulse verwendet werden, wobei die ersten drei Impulse jeweils die Positionen in den ersten drei Spuren belegen, während der vierte Impuls entweder die vierte oder die fünfte Spur mit einem Bit um zu spezifizieren welche Spur belegt. Diese Konstruktion erzeugt ein 13 Bit Positionsko­ debuch.
Im Stand der Technik wird angenommen, daß die Nicht-Null- Amplitudenimpulse eine feste Amplitude für alle praktischen Zwecke aus Gründen der Komplexität der Kodevektorsuche haben. In der Tat, wenn der Impuls Spi eine von q möglichen Amplituden annehmen kann, müssen so viel wie qN Impulsamplitudenkombina­ tionen in der Suche berücksichtigt werden. Zum Beispiel, wenn die fünf Impulse des ersten Beispiels eine von q = 4 möglichen Amplituden annehmen können, z. B. Spi = +1, -1, +2, -2 anstelle einer festen Amplitude, springt die Größe des algebraischen Ko­ debuches von 15 auf 15 + (5 × 2) Bits = 25 Bits; das bedeutet, daß eine Suche tausendmal komplexer ist.
Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, die überraschende Tatsache zu offenbaren, daß eine sehr gute Leistung mit q- Amplitudenimpulsen erzielt werden kann, ohne einen hohen Preis zu zahlen. Die Lösung besteht darin, die Suche auf eine be­ schränkte Teilmenge bzw. Untergruppe von Kodevektoren zu be­ schränken. Das Verfahren des Auswählens der Kodevektoren be­ zieht sich auf das Eingangssprachsignal wie in der folgenden Beschreibung beschrieben wird.
Der praktische Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zunahme der Größe des dynamischen algebraischen Kodebuches 208 dadurch zu ermöglichen, daß einzelne Impulse verschiedene mög­ liche Amplituden annehmen können, ohne daß die Komplexität der Kodevektorsuche vergrößert wird.
KODIERPRINZIP
Das gesamplede bzw. abgetastete Sprachsignal S wird auf einer Block bei Block Grundlage durch das Kodiersystem von Fig. 1, welches in 11 Bausteine, beziffert von 102 bis 112, aufgeteilt ist, kodiert. Die Funktion und der Betrieb der meisten dieser Bausteine sind bezüglich der Beschreibung in der US-Stamman­ meldung Nr. 07/927,528 unverändert. Daher, obwohl die folgende Beschreibung wenigstens kurz die Funktion und den Betrieb eines Bausteins erklärt, wird sich auf die Sache konzentriert, die neu in bezug auf die Offenbarung der US-Stammanmeldung Nr. 07/927,528 ist.
Für jeden Block von L Samples bzw. Abtastwerten des Sprachsi­ gnales wird ein Satz von Linear Predictive Coding (LPC) Parame­ tern, sogenannte Kurzzeitvorhersage-Parameter (STP) in Überein­ stimmung mit einer bekannten Technik durch einen LPC-Spektrum­ analysator 102 erzeugt. Genauer gesagt, der Analysator 102 formt die spektralen Eigenschaften eines jeden Blocks S von L Samples bzw. Abtastwerten.
Der Eingabeblock S des L-Abtastwertes wird durch einen weißma­ chenden Filter bzw. Analysefilter 103, der die folgende Über­ tragungsfunktion basierend auf den aktuellen Werten der STP- Parameter hat, weiß gemacht bzw. analysiert:
wobei a0 = 1, und z ist die übliche Variable der sogenannten z-Transformierten. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, erzeugt der weißmachende Filter 103 einen Restvektor R.
Ein Tonhöhenextraktor bzw. eine Tonhöhenmaskeneinrichtung 104 wird verwendet zum Berechnen und Quantisieren der LTP- Parameter, nämlich der Tonhöhenverzögerung T und der Tonhöhen­ verstärkung g. Der Anfangszustand des Extraktors 104 wird auch auf einen Wert FS von einem Anfangszustandextraktor 110 ge­ setzt. Ein detailliertes Verfahren zum Berechnen und Quantisie­ ren der LTP-Parameter ist in der US-Stammpatentanmeldung Nr. 07/927,528 beschrieben und sollte dem Fachmann bekannt sein. Dementsprechend wird dies nicht weiter in der vorliegenden Of­ fenbarung beschrieben.
Einer Filterantwortencharakterisierungseinrichtung 105 (Fig. 1) werden die STP- und LTP-Parameter zugeführt zum Berechnen einer Filterantwortencharakterisierung FRC zur Verwendung in den späteren Schritten. Die FRC-Information besteht aus den folgenden drei Komponenten, wobei n = 1, 2, ... L.
  • - f(n): Frequenzgang bzw. Antwort von F(z)
    Es sei angemerkt, daß F(z) typischerweise den Tonhöhenvorfilter beinhaltet.
  • - h(n):
    wobei γ ein gegenständlicher Faktor ist. Noch allgemeiner, h(n) ist die Impulsantwort bzw. An­ sprechempfindlichkeit von F(z)W(z)/A(z), welches die Kaskade des Vorfilters F(z), des gegenständ­ lichen bzw. Wahrnehmungs-Gewichtungsfilters W(z) und des Synthesefilters 1/A(z) ist. Es sei angemerkt, daß F(z) und 1/A(z) dieselben Filter sind, die in dem Dekoder von Fig. 2 verwendet werden.
  • - U(i, j): Autokorrelation von h(n) entsprechend dem folgenden Ausdruck:
Der Lanzeitvorhersageeinrichtung 106 wird das vergangene Anre­ gungssignal (d. h. E + gCk des vorherigen Teilbildes) zugeführt zum Bilden der neuen E-Komponente unter Verwendung der geeigne­ ten Tonhöhenverzögerung T und der Verstärkung b.
Der Anfangszustand des gegenständlichen Filters 107 wird auf den Wert FS gesetzt, der von dem Anfangszustandsextraktor 110 geliefert wird. Der tonhöhenentledigte Restvektor R' = R - E, der durch einen Subtrahierer 121 (Fig. 1) berechnet wird, wird dann dem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 107 zugeführt zum Erhal­ ten eines Zielvektors X am Ausgang des letzteren Filters. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die STP-Parameter an den Filter 107 angelegt zum Ändern seiner Übertragungsfunktion in Beziehung zu diesen Parametern. Grundsätzlich ist X = R' - P, wobei P den Beitrag der Langzeitvorhersage (LTP) einschließlich des "Rufens" bzw. gedämpfter Schwingungen von den vergangenen Anregungen darstellt. Das MSE-Kriterium, welches auf Δ ange­ wandt wird, kann nun in den folgenden Matrixnotationen festge­ stellt werden:
wobei H eine L × L untere Dreiecks-Toeplitz-Matrix ist, die von der h(n) Antwort wie folgt gebildet wird. Der Term h(0) besetzt die Matrixdiagonale und h(1), h(2), ... h(L - 1) besetzen die je­ weiligen unteren Diagonalen.
Ein Rückwärts-Filterungsschritt wird durch den Filter 108 von Fig. 1 durchgeführt. Durch das auf Null Setzen der Ableitung der obigen Gleichung mit Bezug auf die Verstärkung g erhält man den Bestwert der Verstärkung wie folgt:
Mit diesem Wert für g wird die Minimierung zu:
Es ist das Ziel, den besonderen Index k zu finden, für den die Minimierung erzielt wird. Es sei angemerkt, daß, da ∥X∥2 eine feste Größe ist, derselbe Index durch Maximieren der folgenden Größe erhalten werden kann:
wobei D = (XH) und αk 2 = ∥AkHT∥2.
In dem Rückwärtsfilter 108 wird ein rückwärts gefilterter Ziel­ vektor D = (XH) berechnet. Der Ausdruck "rückwärts Filtern" für diese Operation kommt von der Interpretation von (XH) als das Filtern eines zeitumgekehrten X.
Nur ein Amplitudenwähler 112 wurde zu Fig. 1 der oben erwähn­ ten US-Stammpatentanmeldung Nr. 07/927,528 hinzugefügt. Die Funktion des Amplitudenwähler 112 ist es, die Kodevektoren Ak, die durch den Optimierungskontroller bzw. die Optimierungssteu­ ereinheit 109 gesucht werden, auf die vielversprechendsten Ko­ devektoren Ak zu beschränken, wobei die Komplexität der Kode­ vektorsuche vermindert wird. Wie im Vorhergehenden beschrieben worden ist, ist jeder Kodevektor Ak eine Impuls-Amplituden- /Positionskombinationswellenform, welche L verschiedene Posi­ tionen p definiert und welche sowohl Null-Amplitudenimpulse als auch Nicht-Null-Amplitudenimpulse, die den jeweiligen Positio­ nen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, aufweist, wobei jeder Nicht-Null-Amplitudenimpuls wenigstens einen der q verschiedenen möglichen Amplituden annimmt.
Es wird nun auf die Fig. 3a, 3b und 3c Bezug genommen. Der Zweck des Amplitudenwählers 112 ist es, eine Funktion Sp zwi­ schen den Positionen p der Kodevektorwellenform und den q mög­ lichen Werten der Implusamplituden vorzubestimmen bzw. im vor­ aus festzustellen. Die vorbestimmte Funktion Sp wird in Bezie­ hung zu dem Sprachsignal vor der Kodebuchsuche erhalten. Genau­ er gesagt, Vorbestimmen dieser Funktion besteht in einem Vor- Zuordnen bzw. -Zuweisen, in Beziehung auf das Sprachsignal, we­ nigsten einer der q möglichen Amlituden zu jeder Position p der Wellenform (Schritt 301 von Fig. 3a).
Zum Vor-Zuweisen einer der q Amplituden zu jeder Position p der Wellenform wird ein Amplitudenschätzvektor B in Antwort auf den rückwärts gefilterten Zielvektor D und den tonhöhenbeseitigten Restvektor R' berechnet. Genauer gesagt, der Amplitudenschätz­ vektor B wird berechnet durch Aufsummieren (Unterschritt 301-1 von Fig. 3b) des rückwärts gefilterten Zielvektors D in nor­ mierter Form:
und des tonhöhenbeseitigten Restvektor R' in normierter Form:
zum dadurch Erhalten eines Amplitudenschätzvektors B der Form:
wobei β eine feste Konstante mit einem typischen Wert von 1/2 ist (der Wert von β wird zwischen 0 und 1 gewählt in Abhängig­ keit vom Prozentsatz der Nicht-Null-Amplitudenimpulse, die in dem algebraischen Kode verwendet werden).
Für jede Position der Wellenform wird die Amplitude Sp, die zu der Position p vorzugewiesen werden soll, erhalten durch Quan­ tisieren eines entsprechenden Amplitudenschätzwertes Bp des Vektors B. Genauer gesagt, für jede Position P der Wellenform wird ein spitzen-normierter Amplitudenschätzwert Bp des Vektors B quantisiert (Unterschritt 301-2 von Fig. 3b) unter Verwen­ dung des folgenden Ausdrucks:
wobei Q (.) die Quantisierungsfunktion ist und
ein Normierungsfaktor ist, der eine Spitzenamplitude der Nicht- Null-Amplitudenimpulse darstellt.
In dem wichtigen Spezialfall, in dem:
  • - q = 2, das heißt, die Impulsamplituden können nur zwei Werte annehmen (d. h. Spi = ±1); und
  • - die Nicht-Null-Amplitudenimpulsdichte N/L ist kleiner als oder gleich 15%;
kann der Wert von β gleich null sein; dann reduziert sich der Amplitudenschätzvektor B einfach auf den rückwärts gefilterten Zielvektor D und folglich ist
Sp = sign(Dp).
Der Zweck des Optimierungskontrollers 109 ist es, den besten Kodevektor Ak aus dem algebraischen Kodebuch auszuwählen. Das Auswahlkriterium ist in der Form eines Verhältnisses gegeben, das für jeden Kodevektor Ak zu berechnen ist und über alle Ko­ devektoren (Schritt 303) zu maximieren ist:
wobei D = (XH) und αk 2 = ∥AkHT∥2.
Da Ak ein algebraischer Kodevektor mit N Nicht-Null-Amplituden­ impulsen der jeweiligen Amplituden Spi , ist der Zähler das Qua­ drat von
und der Nenner ist ein Energieterm, der ausgedrückt werden kann als:
wobei U(pi, pj) die Korrelation ist, die verknüpft ist mit zwei Einheitsamplitudenimpulsen, einen an der Position pi und den anderen an der Position pj. Diese Matrix wird in Übereinstim­ mung mit der obigen Gleichung in der Filterantwortencharakteri­ sierungseinrichtung 105 berechnet und in den Satz Parametern, auf die in dem Blockdiagramm von Fig. 1 als FRC verwiesen wird, eingeschlossen.
Ein schnelles Verfahren zum Berechnen des Nenners (Schritt 304) beinhaltet die N verschachtelten Schleifen, die in Fig. 4 dar­ gestellt sind, in denen die abgekürzte Schreibweise S(i) und SS(i, j) anstelle der jeweiligen Größen "Spi " und "Spi Spj" ver­ wendet wird. Die Berechnung des Nenners αk 2 ist der am meisten Zeit verbrauchende Prozeß. Die Berechnungen, die zu αk 2 beitra­ gen, welche in jeder Schleife von Fig. 4 ausgeführt werden, können auf getrennte Zeilen von der äußersten Schleife an zur innersten Schleife wie folgt geschrieben werden:
wobei pi die Position des i-ten Nicht-Null-Amplitudenimpulses ist. Es sei angemerkt, daß die N verschachtelten Schleifen von Fig. 4 es ermöglichen, die Nicht-Null-Amplitudenimpulse des Kodevektors Ak in Übereinstimmung mit N verschränkten Einzelim­ pulspermutationskodes zu beschränken.
In der vorliegenden Erfindung wird die Suchkomplexität dra­ stisch reduziert durch Beschränken der Teilmenge von Kodevekto­ ren Ak, welche als Kodevektoren gesucht werden von denen die N Nicht-Null-Amplitudenimpulse die Funktion, die in Schritt 301 von Fig. 3a vorbestimmt worden ist, respektieren bzw. erfül­ len. Die vorfestgesetzte bzw. vorbestimmte Funktion wird er­ füllt, wenn jeder N Nicht-Null-Amplitudenimpuls eines Kodevek­ tors Ak eine Amplitude gleich der Amplitude hat, die der Positi­ on p des Nicht-Null-Amplitudenimpulses vorzugewiesen wurde.
Dieses Beschränken der Teilmenge von Kodevektoren wird durchge­ führt durch zuerst Kombinieren der vorbestimmten Funktion Sp mit den Eingängen der Matrix U(i, j) (Schritt 302 von Fig. 3a), dann durch Verwenden der N verschränkten Schleifen von Fig. 4, wobei angenommen wird, daß alle Impulse S(i) fest, positiv und von Einheitsamplitude (Schritt 303) sind. Somit wird, obwohl die Amplitude der Nicht-Null-Amplitudenimpulse jeden der q mög­ lichen Werte in dem algebraischen Kodebuch annehmen kann, die Suchkomplexität reduziert auf den Fall von festen Impulsampli­ tuden. Genauer gesagt, die Matrix U(i, j), die durch die Filter­ antwortencharakterisierungseinheit 105 geliefert wird, wird mit der vorbestimmten Funktion in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung kombiniert (Schritt 302):
U'(i, j) = Si Sj U(i, j),
wobei Si von dem Auswahlverfahren des Amplitudenauswählers 112 resultiert, Si ist nämlich die Amplitude, die für eine einzelne Position i folgend auf die Quantisierung des entsprechenden Amplitudenschätzvektors ausgewählt wird.
Mit dieser neuen Matrix kann die Berechnung für jede Schleife des schnellen Algorithmus auf eine getrennte Zeile, von der äußersten zu der innersten Schleife wie folgt geschrieben wer­ den:
wobei px die Position des x-ten Nicht-Null-Amplitudenimpulses des Wellenform ist, und wobei U'(px, py) eine Funktion ist, die abhängt von der Amplitude Spx , welche vorzugewiesen einer Posi­ tion px unter den Positionen p ist und von der Amplitude Spy , welche vorzugewiesen zu einer Position py unter den Positionen p ist.
Um die Suchkomplexität weiter zu verringern, kann man (siehe Fig. 3c) insbesondere, aber nicht ausschließlich, die innerste Schleife überspringen, immer wenn die folgende Ungleichung wahr ist:
wobei Spn die Amplitude ist, die zu der Position pn zugeordnet ist, Dpn ist die pn-te Komponente des Zielvektors D, und TD ist ein Schwellwert in bezug auf den rückwärts gefilterten Zielvek­ tor D.
Das globale Signalanregungssignal E + gCk wird durch einen Ad­ dierer 120 (Fig. 1) aus dem Signal gCk von dem Kontroller 109 und dem Ausgang E von der Vorhersageeinrichtung 106 berechnet.
Der Anfangszustandextraktorbaustein 110, der durch einen Wahr­ nehmungsgewichtungsfilter mit einer Übertragungsfunktion 1/A(zγ-1), die in Abhängigkeit zu den STP-Parametern variiert, gebildet ist, subtrahiert von dem Restsignal R das Signalanre­ gungssignal E + gCk für den einzigen Zweck des Erhaltens des endgültigen Filterzustandes FS zum Verwenden als Anfangszustand im Filter 107 und dem Tonhöhenextraktor 104.
Der Satz von vier Parametern k, g, LTP und STP wird in das ge­ eignete Format für den digitalen Kanal durch einen Multiplexer 111 konvertiert, der das Verfahren zum Kodieren eines Blockes S von Samples des Sprachsignales vervollständigt.

Claims (38)

1. Verfahren zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch (208) im Hinblick auf das Kodieren eines Klangsignales, wobei das Kodebuch (208) aus einem Satz von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) besteht, wobei jede Impuls-Amplituden-/Positionskombination (Ak) L verschiedene Positionen (p) definiert, die L Abtastwerten des Klangsignales zugeordnet sind, und sowohl Null- Amplituden-Impulse als auch Nicht-Null-Amplituden-Impulse aufweist, die den jeweiligen Positionen P = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, und wobei jeder der Nicht-Null-Amplituden-Impulse wenigstens eine von q möglichen Amplituden annimmt, mit den Schritten:
Vorauswählen einer Teilmenge von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) aus dem Kodebuch (208) in Bezug auf das Klangsignal; und
Durchsuchen nur der Teilmenge von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) nach einer zum Kodieren des Klangsignales besten Impuls-Amplituden- /Positionskombination;
wobei:
der Schritt des Vorauswählens ein Vorbestimmen in Bezug auf das Klangsignal einer Funktion (Sp) zum Vor-Zuweisen zu den Positionen p = 1, 2, ... L gültige Amplituden aus den q möglichen Amplituden; und
der Schritt des Durchsuchens das Durchsuchen nur der Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen (Ak) des Kodebuches (208), welche Nicht-Null- Amplituden-Impulse in Bezug auf die vorbestimmte Funktion (Sp) haben, umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorbestimmens der Funktion einen Schritt des Vor-Zuweisens durch die vorbestimmte Funktion (Sp) einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist, und wobei die vorbestimmte Funktion (Sp) erfüllt ist, wenn jeder der Nicht-Null-Amplituden-Impulse einer Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) eine Amplitude hat, die gleich der der Amplitude ist, die durch die vorbestimmte Funktion (Sp) der Position p des Null-Amplituden-Impulses vor­ zugewiesen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vor-Zuweisens einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p die Schritte aufweist:
Verarbeiten des Klangsignales zum Erzeugen eines rückwärts gefilterten Zielsignales D und eines tonhöhenentledigten Restsignales R';
Berechnen eines Amplituden-Schätzvektors B in Antwort auf das rückwärts gefilterte Zielsignal D und das tonhöhenentledigte Restsignal R'; und
Quantisieren eines Amplitudenschätzwertes Bp des Vektors B für jede der Positionen p zum Erhalten der Amplitude, die für die Position p auszuwählen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens eines Amplitudenschätzvektors B den Schritt des Aufsummierens des rückwärts gefilterten Zielsignales D in normierter Form:
zu dem tonhöhenentledigten Restsignal R' in normierter Form:
zum dadurch Erhalten eines Amplitudenschätzvektors B der Form:
wobei β eine feste Konstante ist, umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei β eine feste Konstante mit einem Wert zwischen 0 und 1 ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Positionen p der Quantisierungsschritt das Quantisieren eines spitzennormierten Amplitudenschätzwertes Bp des Vektors B unter Verwendung des folgenden Ausdruckes umfaßt:
wobei der Nenner
ein Normierfaktor ist, welcher eine Spitzenamplitude des Nicht-Null-Amplituden- Impulses darstellt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impulskombinationen (Ak) eine Anzahl N von Nicht-Null-Amplituden- Impulsen aufweist, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Beschränkens der Positionen p der Nicht-Null-Amplituden-Impulse in Übereinstimmung mit wenigstens einem N-verschränkten Einzelimpulspermutationskode umfaßt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) eine Anzahl N von Nicht- Null-Amplituden-Impulsen aufweist, und daß der Schritt des Suchens einen Schritt des Maximierens eines gegebenen Verhältnisses mit einem Nenner αk 2, der durch N verschachtelte Schleifen in Übereinstimmung mit der nachfolgenden Beziehung berechnet wird, umfaßt:
wobei die Berechnung für jede Schleife in eine getrennte Zeile von einer äußersten Schleife zu einer innersten Schleife der N-verschachtelten Schleifen geschrieben wird, wobei pn die Position des n-ten Nicht-Null-Amplituden-Impulses der Kombination ist und wobei U'(px, py) eine Funktion ist, welche von der einer Position px unter den Positionen p vor-zugewiesenen Amplitude SPx und der einer Position py unter den Positionen p vor-zugewiesenen Amplitude SPy abhängig ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Maximierens des gegebenen Verhältnisses einen Schritt des Überspringens von wenigstens der inneren Schleife der N-verschachtelten Schleifen umfaßt, immer wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist
wobei SPn die Amplitude ist, die der Position pn vorzugewiesen ist, Dpn die pn-te Komponente des Zielvektors D, und TD ein Schwellwert in Bezug auf den rückwärts gefilterten Zielvektor D ist.
10. Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch (208) im Hinblick auf das Kodieren eines Klangsignales, wobei das Kodebuch (208) aus einem Satz von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) besteht, wobei jede Impuls-Amplituden-/Positionskombination (Ak) L-verschiedene Positionen (p) definiert, die L-Abtastwerten des Klangsignales zugeordnet sind, und sowohl Null- Amplitudenimpulse als auch Nicht-Null-Amplitudenimpulse aufweist, die den jeweiligen Positionen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, und wobei jeder der Nicht-Null Amplitudenimpulse eine von q möglichen Amplituden annimmt, mit:
einer Einrichtung zum Vorauswählen einer Teilmenge von Impuls-Amplituden- Positionskombinationen aus dem Kodebuch (208) in Bezug auf das Klangsignal; und
einer Einrichtung zum Durchsuchen nur der Teilmenge von Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen (Ak) nach einer zum Kodieren des Klangsignales besten Impuls-Amplituden-/Positionskombination;
wobei:
die Vorauswahleinrichtung eine Einrichtung zum Vorbestimmen, in Beziehung zu dem Klangsignal, einer Funktion (Sp) aufweist, zum Vor-Zuweisen zu den Positionen p = 1, 2, ... L gültigen Amplituden aus den q möglichen Amplituden, und die Sucheinrichtung eine Einrichtung zum Beschränken der Suche auf die Impuls- Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) des Kodebuches aufweist, welche Nicht- Null-Amplitudenimpulse aufweisen, die die vorbestimmte Funktion (Sp) erfüllen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorbestimmen der Funktion eine Einrichtung zum Vor-Zuweisen durch die vorbestimmte Funktion (Sp) einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist und wobei die vorbestimmte Funktion (Sp) beachtet wird, wenn jeder der Nicht-Null-Amplitudenimpulse einer Impuls-Amplituden- /Positionskombination (Ak) eine Amplitude aufweist, die gleich der Amplitude ist, die durch die vorbestimmte Funktion (Sp) der Position p des Nicht-Null- Amplitudenimpulses vorzugewiesen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vor-Zuweisen einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist:
eine Einrichtung zum Verarbeiten des Klangsignales zum Erzeugen eines rückwärts gefilterten Zielsignales D und eines tonhöhenentledigten Restsignales R';
eine Einrichtung zum Berechnen eines Amplitudenschätzvektors B in Antwort auf das rückwärts gefilterte Zielsignal D und auf das tonhöhenentledigte Restsignal R'; und
eine Einrichtung zum Quantisieren für jede der Positionen p eines Amplitudenschätzvektors Bp des Vektors B zum Erhalten der Amplitude, welche für die Position p auszuwählen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen eines Amplitudenschätzvektors B eine Einrichtung zum Aufaddieren (207) des rückwärts gefilterten Zielsignales D in normierter Form:
zu dem tonhöhenentledigten Restsignales R' in normierter Form:
zum dadurch Erhalten eines Amplitudenschätzvektors B in der Form:
aufweist, wobei β eine feste Konstante ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß β eine feste Konstante mit einem Wert zwischen 0 und 1 ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierungseinrichtung eine Einrichtung zum Quantisieren eines spitzennormierten Amplitudenschätzwertes Bp für den Vektor B für jede der Positionen p unter Verwendung des folgenden Ausdruckes aufweist:
wobei der Nenner
ein Normierfaktor ist, der eine Spitzenamplitude der Nicht-Null-Amplitudenimpulse darstellt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impulskombinationen (Ak) eine Anzahl N von Nicht-Null-Amplituden­ impulsen aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Beschrän­ ken der Positionen p der Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Übereinstimmung mit wenigstens einem N-verschachtelten Einzelimpulspermutationskode aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jede der Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen eine Anzahl N von Nicht-Null-Amplitudenimpulsen aufweist und daß die Sucheinrichtung eine Einrichtung zum Maximieren eines gegebenen Verhältnisses, welches einen Nenner αK 2 aufweist, und eine Einrichtung zum Berechnen des Nenners αK 2 mit Hilfe von N verschachtelten Schleifen in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung aufweist:
wobei die Berechnung für jede Schleife in eine getrennte Zeile von einer äußersten Schleife zu einer innersten Schleife der N verschachtelten Schleifen geschrieben wird, wobei pn die Position des n-ten Nicht-Null-Amplitudenimpulses der Kombination ist, und wobei U'(px, py) eine Funktion ist, die von der einer Po­ sition px unter den Positionen p vorzugewiesenen Amplitude Spx und von einer der Position py unter den Positionen p vorzugewiesenen Amplitude Spy , abhängt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung zum Berechnen des Nenners αK 2 eine Einrichtung aufweist, zum Über­ springen wenigstens der innersten Schleife der N-verschachtelten Schleifen, immer wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist,
wobei Spn die der Position pn vorzugewiesene Amplitude ist, Dpn die pn-te Komponente des Zielvektors D ist, und TD ein Schwellwert ist bezüglich des rückwärts gefilterten Zielvektors D.
19. Zellkommunikationssystem zum Bedienen eines großen geographischen Bereiches, welcher in eine Mehrzahl von Zellen unterteilt ist, mit:
mobilen Sender/Empfängereinheiten (3);
Zellbasisstationen (2), die jeweils in den Zelten gelegen sind;
einer Einrichtung (5) zum Steuern der Kombination zwischen den Zellbasisstationen;
einem bidirektionalen drahtlosen Kommunikationsuntersystem zwischen jeder mobilen Einheit (3), die in einer Zelle gelegen ist, und der Zellbasisstation (2) der einen Zelle, wobei das bidirektionale drahtlose Kommunikationsuntersystem sowohl in der mobilen Einheit (3) als auch in der Zellbasisstation (2) (a) einen Sender mit einer Einrichtung zum Kodieren eines Sprachsignales und eine Einrichtung zum Übertragen des kodierten Sprachsignales, und (b) einen Empfänger mit einer Einrichtung zum Empfangen eines gesendeten kodierten Sprachsignales und eine Einrichtung zum Dekodieren des empfangenen kodierten Sprachsignales aufweist;
wobei
die Sprachsignalkodierungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die auf das Sprachsignal anspricht, zum Erzeugen von Sprachsignalkodierparametern und wobei die Sprachsignalkodierparametererzeugungseinrichtung eine Vorrichtung aufweist zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch (208) in Hinblick auf das Kodieren des Sprachsignales, wobei das Kodebuch aus einem Satz von Im­ puls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) besteht, und jede Impuls-Amplituden- /Positionskombination (Ak) L verschiedene Positionen (p) definiert, die L Abtast­ werten des Sprachsignales zugeordnet sind, und sowohl Null-Amplitudenimpulse und Nicht-Null-Amplitudenimpulse aufweist, die jeweiligen Positionen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, und wobei jeder der Nicht-Null-Amplitudenim­ pulse eine von q möglichen Amplituden annehmen kann, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Vorauswahlen von dem Kodebuch einer Teilmenge von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen in Bezug zu dem Sprachsignal, und eine Einrichtung zum Durchsuchen nur der Teilmenge der Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen (Ak) nach einer zum Kodieren des Klangsignales besten Impuls-Amplituden-/Positionskombination;
wobei die Vorauswahlrichtung eine Einrichtung zum Vorbestimmen, in Bezug auf das Sprachsignal, einer Funktion (Sp) aufweist, zum Vor-Zuweisen zu den Positionen p = 1, 2, ... L gültige Amplituden aus den q möglichen Amplituden; und die Einrichtung zum Durchsuchen eine Einrichtung zum Beschränken der Suche auf die Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) des Kodebuches aufweist, die Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Bezug auf die vorbestimmte Funktion (Sp) aufweisen.
20. Zellkommunikationssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorbestimmen der Funktion eine Einrichtung zum Vor-Zuweisen durch die vorbestimmte Funktion (Sp) einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist und wobei die vorbestimmte Funktion (Sp) beachtet wird, wenn jeder der Nicht-Null-Amplitudenimpulse einer Impuls- Amplituden-/Positionskombination (Ak) eine Amplitude aufweist, die gleich der Amplitude ist, die durch die vorbestimmte Funktion (Sp) der Position p des Nicht- Null-Amplitudenimpulses vorzugewiesen ist.
21. Zellkommunikationssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vor-Zuweisen einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist:
eine Einrichtung zum Verarbeiten des Sprachsignales zum Erzeugen eines rückwärts gefilterten Zielsignales D und eines tonhöhenentledigten Restsignales R';
eine Einrichtung zum Berechnen eines Amplitudenschätzvektors B in Antwort auf das rückwärts gefilterte Zielsignal D und auf das tonhöhenentledigte Restsignal R'; und
eine Einrichtung zum Quantisieren für jede der Positionen p eines Amplitudenschätzvektors Bp des Vektors B zum Erhalten der Amplitude, welche für die Position p auszuwählen ist.
22. Zellkommunikationssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen eines Amplitudenschätzvektors B eine Ein­ richtung zum Aufaddieren (207) des rückwärts gefilterten Zielsignales D in nor­ mierter Form:
und des tonhöhenentledigten Restsignales R' in normierter Form:
zum dadurch Erhalten eines Amplitudenschätzvektors B in der Form:
aufweist, wobei β eine feste Konstante ist.
23. Zellkommunikationssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß β eine feste Konstante ist mit einem Wert zwischen 0 und 1.
24. Zellkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierungseinrichtung eine Einrichtung zum Quantisieren eines spitzennormierten Amplitudenschätzwertes Bp für den Vektor B für jede der Positionen p unter Verwendung des folgenden Ausdruckes aufweist:
wobei der Nenner
ein Normierfaktor ist, der eine Spitzenamplitude der Nicht-Null-Amplitudenimpulse darstellt.
25. Zellkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impulskombinationen (Ak) eine Anzahl N von Nicht- Null-Amplitudenimpulsen aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Beschränken der Positionen p der Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Über­ einstimmung mit wenigstens einem N-verschachtelten Einzelimpulspermutations­ kode aufweist.
26. Zellkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die jede der Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen eine Anzahl N von Nicht-Null-Amplitudenimpulsen aufweist und daß die Sucheinrichtung eine Einrichtung zum Maximieren eines gegebenen Verhältnisses, welches einen Nenner αK 2 aufweist, und eine Einrichtung zum Berechnen des Nenners αK 2 mit Hilfe von N verschachtelten Schleifen in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung aufweist:
wobei die Berechnung für jede Schleife in eine getrennte Zeile von einer äußersten Schleife zu einer innersten Schleife der N verschachtelten Schleifen geschrieben wird, wobei pn die Position des n-ten Nicht-Null-Amplitudenimpulses der Kombination ist, und wobei U'(px, py) eine Funktion ist, die von der einer Position px unter den Positionen p vorzugewiesenen Amplitude Spx und von einer der Position py unter den Positionen p vorzugewiesenen Amplitude Spy , abhängt.
27. Zellkommunikationssystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen des Nenners αK 2 eine Einrichtung aufweist, zum Überspringen wenigstens der innersten Schleife der N-verschachtelten Schleifen, immer wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist,
wobei Spn , die der Position pn vorzugewiesene Amplitude ist, Dpn die pn-te Komponente des Zielvektors D ist, und TD ein Schwellwert ist bezüglich des rückwärts gefilterten Zielvektors D.
28. Zellnetzwerkelement (2) mit (a) einem Sender mit einer Einrichtung zum Kodieren eines Sprachsignales und einer Einrichtung zum Senden des kodierten Sprachsignales und (b) einem Empfänger mit einer Einrichtung zum Empfangen eines gesendeten kodierten Sprachsignales und einer Einrichtung zum Dekodieren des empfangenen kodierten Sprachsignales;
wobei die Sprachsignalkodierungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die auf das Sprachsignal anspricht, zum Erzeugen von Sprachsignalkodierparametern und wobei die Sprachsignalkodierparametererzeugungseinrichtung eine Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch (208) in Hinblick auf das Kodieren des Sprachsignales aufweist, wobei das Kodebuch aus einem Satz von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) besteht, und jede Impuls- Amplituden-/Positionskombination (Ak) L verschiedene Positionen (p) definiert, die L Abtastwerten des Sprachsignales zugeordnet sind, und sowohl Null- Amplitudenimpulse und Nicht-Null-Amplitudenimpulse aufweist, die jeweiligen Positionen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, und wobei jeder der Nicht-Null-Amplitudenimpulse eine von q möglichen Amplituden annehmen kann, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Vorauswählen von dem Kodebuch einer Teilmenge von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen in Bezug zu dem Sprachsignal, und
eine Einrichtung zum Durchsuchen nur der Teilmenge der Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen (Ak) nach einer zum Kodieren des Klangsignales besten Impuls-Amplituden-/Positionskombination;
wobei die Vorauswahlrichtung eine Einrichtung zum Vorbestimmen, in Bezug auf das Sprachsignal, einer Funktion (Sp) aufweist, zum Vor-Zuweisen zu den Positionen p = 1, 2, ... L gültige Amplituden aus den q möglichen Amplituden; und
die Einrichtung zum Durchsuchen eine Einrichtung zum Beschränken der Suche auf die Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) des Kodebuches aufweist, die Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Bezug auf die vorbestimmte Funktion (Sp) aufweisen.
29. Eine mobile Zell-Sender-/Empfänger-Einheit (3) mit (a) einem Sender mit einer Einrichtung zum Kodieren eines Sprachsignales und einer Einrichtung zum Senden des kodierten Sprachsignales, und (b) einem Empfänger mit einer Einrichtung zum Empfangen eines gesendeten kodierten Sprachsignales und einer Einrichtung zum Dekodieren des empfangenen kodierten Sprachsignales; wobei die Sprachsignalkodierungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die auf das Sprachsignal anspricht, zum Erzeugen von Sprachsignalkodierparametern und wobei die Sprachsignalkodierparametererzeugungseinrichtung eine Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch in Hinblick auf das Kodieren des Sprachsignales aufweist, wobei das Kodebuch aus einem Satz von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationenen (Ak) besteht, und jede Impuls- Amplituden-/Positionskombination (Ak) L verschiedene Positionen (p) definiert, die L Abtastwerten des Sprachsignales zugeordnet sind, und sowohl Null- Amplitudenimpulse und Nicht-Null-Amplitudenimpulse aufweist, die jeweiligen Positionen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, und wobei jeder der Nicht-Null-Amplitudenimpulse einen von q möglichen Amplituden annehmen kann, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Vorauswählen von dem Kodebuch einer Teilmenge von Impuls-Amplituden /Positionskombinationen in Bezug zu dem Sprachsignal, und
eine Einrichtung zum Durchsuchen nur der Teilmenge der Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen (Ak) nach einer zum Kodieren des Klangsignales besten Impuls-Amplituden /Positionskombination;
wobei die Vorauswahlrichtung eine Einrichtung zum Vorbestimmen, in Bezug auf das Sprachsignal, einer Funktion (Sp) aufweist, zum Vor-Zuweisen zu den Positionen p = 1, 2, ... L gültige Amplituden aus den q möglichen Amplituden; und
die Einrichtung zum Durchsuchen eine Einrichtung zum Beschränken der Suche auf die Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) des Kodebuches aufweist, die Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Bezug auf die vorbestimmte Funktion (Sp) aufweisen.
30. In einem Zellkommunikationssystem zum Bedienen eines großen geographischen Bereiches, der in eine Mehrzahl von Zellen unterteil ist, und mit mobilen Sender-/Empfängereinheiten (3); Zellbasisstationen (2), die jeweils in den Zellengelegen sind; und einer Einrichtung (5) zum Steuern der Kommunikation zwischen den Zellbasisstationen (2);
ein bidirektionales drahtloses Kommunikationsuntersystem zwischen jeder mobilen Einheit (3), die in einer Zelle gelegen ist, und der Zellbasisstation (2) der einen Zelle, wobei das bidirektionale drahtlose Kommunikationsuntersystem sowohl in der mobilen Einheit (3) als auch in der Zellbasisstation (2) (a) einen Sender mit einer Einrichtung zum Kodieren eines Sprachsignales und einer Einrichtung zum Senden des kodierten Sprachsignales, und (b) einen Empfänger mit einer Einrichtung zum Empfangen eines gesendeten kodierten Sprachsignales und einer Einrichtung zum Dekodieren des empfangenen kodierten Sprachsignales, aufweist;
wobei wobei die Sprachsignalkodierungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die auf das Sprachsignal anspricht, zum Erzeugen von Sprachsignalkodierparametern und wobei die Sprachsignalkodierparametererzeugungseinrichtung eine Vorrichtung zum Durchführen einer Suche in einem Kodebuch (208) in Hinblick auf das Kodieren des Sprachsignales aufweist, wobei das Kodebuch aus einem Satz von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) besteht, und jede Impuls- Amplituden-/Positionskombination (Ak) L verschiedene Positionen (p) definiert, die L Abtastwerten des Sprachsignales zugeordnet sind, und sowohl Null- Amplitudenimpulse und Nicht-Null-Amplitudenimpulse aufweist, die jeweiligen Positionen p = 1, 2, ... L der Kombination zugeordnet sind, und wobei jeder der Nicht-Null-Amplitudenimpulse einen von q möglichen Amplituden annehmen kann, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Vorauswählen von dem Kodebuch einer Teilmenge von Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen in Bezug zu dem Sprachsignal, und
eine Einrichtung zum Durchsuchen nur der Teilmenge der Impuls-Amplituden- /Positionskombinationen (Ak) nach einer zum Kodieren des Klangsignales besten Impuls-Amplituden-/Positionskombination;
wobei die Vorauswahlrichtung eine Einrichtung zum Vorbestimmen, in Bezug auf das Sprachsignal, einer Funktion (Sp) aufweist, zum Vor-Zuweisen zu den Positionen p = 1, 2, ... L gültige Amplituden aus den q möglichen Amplituden; und
die Einrichtung zum Durchsuchen eine Einrichtung zum Beschränken der Suche auf die Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen (Ak) des Kodebuches aufweist, die Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Bezug auf die vorbestimmte Funktion (Sp) aufweisen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorbestimmen der Funktion eine Einrichtung zum Vorzuweisen durch die vorbestimmte Funktion (Sp) einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist und wobei die vorbestimmte Funktion (Sp) beachtet wird, wenn jeder der Nicht-Null-Amplitudenimpulse einer Impuls- Amplituden-/Positionskombination (Ak) eine Amplitude aufweist, die gleich der Amplitude ist, die durch die vorbestimmte Funktion (Sp) der Position p des Nicht- Null-Amplitudenimpulses vorzugewiesen ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vor-Zuweisen einer der q möglichen Amplituden zu jeder Position p aufweist:
eine Einrichtung zum Verarbeiten des Sprachsignales zum Erzeugen eines rückwärts gefilterten Zielsignales D und eines tonhöhenentledigten Restsignales R';
eine Einrichtung zum Berechnen eines Amplitudenschätzvektors B in Antwort auf das rückwärts gefilterte Zielsignal D und auf das tonhöhenentledigte Restsignal R'; und
eine Einrichtung zum Quantisieren für jede der Positionen p eines Amplitudenschätzvektors Bp des Vektors B zum Erhalten der Amplitude, welche für die Position p auszuwählen ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen eines Amplitudenschätzvektors B eine Einrichtung zum Aufaddieren (207) des rückwärts gefilterten Zielsignales D in normierter Form:
und des tonhöhenentledigten Restsignales R' in normierter Form:
zum dadurch Erhalten eines Amplitudenschätzvektors B in der Form:
aufweist, wobei β eine feste Konstante ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß β eine feste Konstante ist mit einem Wert zwischen 0 und 1.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierungseinrichtung eine Einrichtung zum Quantisieren eines spitzennormierten Amplitudenschätzwertes Bp für den Vektor B für jede der Positionen p unter Verwendung des folgenden Ausdruckes aufweist:
wobei der Nenner
ein Normierfaktor ist, der eine Spitzenamplitude der Nicht-Null-Amplitudenimpulse darstellt.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impulskombinationen (Ak) eine Anzahl N von Nicht-Null-Amplituden­ impulsen aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Beschrän­ ken der Positionen p der Nicht-Null-Amplitudenimpulse in Übereinstimmung mit wenigstens einem N-verschachtelten Einzelimpulspermutationskode aufweist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die jede der Impuls-Amplituden-/Positionskombinationen eine Anzahl N von Nicht-Null-Amplitudenimpulsen aufweist und daß die Sucheinrichtung eine Einrichtung zum Maximieren eines gegebenen Verhältnisses, welches einen Nenner αK 2 aufweist, und eine Einrichtung zum Berechnen des Nenners αK 2 mit Hilfe von N-verschachtelten Schleifen in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung aufweist:
wobei die Berechnung für jede Schleife in eine getrennte Zeile von einer äußersten Schleife zu einer innersten Schleife der N-verschachtelten Schleifen geschrieben wird, wobei pn die Position des n-ten Nicht-Null-Amplitudenimpulses der Kombination ist, und wobei U'(px, py) eine Funktion ist, die von der einer Position px unter den Positionen p vorzugewiesenen Amplitude Spx und von einer der Position py unter den Positionen p vorzugewiesenen Amplitude Spy , abhängt.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen des Nenners αK 2 eine Einrichtung aufweist, zum Überspringen wenigstens der innersten Schleife der N-verschachtelten Schleifen, immer wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist,
wobei Spn die der Position pn vorzugewiesene Amplitude ist, Dpn die pn-te Komponente des Zielvektors D ist, und TD ein Schwellwert ist bezüglich des rückwärts gefilterten Zielvektors D.
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