DE3736193C2 - - Google Patents
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- DE3736193C2 DE3736193C2 DE3736193A DE3736193A DE3736193C2 DE 3736193 C2 DE3736193 C2 DE 3736193C2 DE 3736193 A DE3736193 A DE 3736193A DE 3736193 A DE3736193 A DE 3736193A DE 3736193 C2 DE3736193 C2 DE 3736193C2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
- H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
- H03M7/3053—Block-companding PCM systems
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- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Sprachsignal-Kodierverfahren, wo
nach PCM-kodierte Sprachdaten in zeitlich gesteuerter Folge
in Blöcke unterteilt werden, wobei jeder Block eine vorbe
stimmte Anzahl Daten hat.
Aus der WO 86/04 198 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen digi
taler Signale beispielsweise PCM-Signale bekannt, die zeit
lich in aufeinanderfolgende Blöcke aufgeteilt sind. Diese Si
gnale werden zu einer Filtereinheit übertragen, wobei die
Filtereinheit aus einem sogenannten Kodierfilter oder Diffe
rential-Verarbeitungsfilter besteht, um einen Schätzungsfeh
ler für ein Signal für jeden der Blöcke zu erhalten. Das Ko
dierfilter besteht aus einer Vielzahl von Einzelfiltern bzw.
Filtereinheiten. Die mit Hilfe der Filter erzeugten maximalen
Absolutwerte, die mit einem Koeffizienten multipliziert sein
können, werden untereinander verglichen und durch Auswahl
eines Filters, welches zu einer Minimierung des Wertes führt,
können die Eingangs-Digitalsignale über die Filter übertragen
werden, welche den größten Wirkungsgrad für jeden der
Blöcke haben, d. h. es wird dabei ein sehr kleiner Schät
zungsfehler realisiert.
Aus der DE 34 11 962 A1 ist eine Datenübertragungseinrich
tung bekannt, welche aus einer Übertragungsdaten- und
Skalierinformations-Bildungseinrichtung und einer Daten
kompressionseinrichtung besteht und auch zur Übertragung
von PCM-kodierten Audiosignalen, also Sprachsignalen, ge
eignet ist. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird ein
Skalier-Datenwert identifiziert, welcher ein höchstwerti
ges Bit darstellt, das einen Maximalwert eines absoluten
Signalwerts in jedem der Blöcke entspricht. Es werden fer
ner Kodedaten aus einer vorherbestimmten Anzahl von Daten
bits gebildet, welche das höchstwertige Bit einschließen,
um dadurch die Sprachdaten zu verdichten. Ferner werden
die Kodedaten so korrigiert, daß ein Fehler zwischen einem
dekodierten Wert der Kodedaten und einem originalen
Sprachmuster, welches diesen Kodedaten entspricht, auf ein
Minimum herabgesetzt wird.
Es muß im Falle einer Übertragung eines Sprachsignals mit
Hilfe einer schnellen, digitalen Übertragungsleitung oder
im Falle einer digitalen Verarbeitung eines Sprachsignals,
um so ein Sprachsignal für eine Verwendung in einer
Spracherwiderungseinrichtung zu speichern oder zu synthe
tisieren, irgendwie ein Sprachsignal in ein digitales Si
gnal umgesetzt werden. Ein Sprachsignal ist im wesentli
chen ein analoges Signal mit einem Frequenzband zwischen
0,3 bis 3,4 kHz. Um ein solches Sprachsignal in ein digi
tales Signal umzusetzen, kann beispielsweise ein Analog-
Digital-Umsetzer mit einem Auflösungsvermögen von 8 Bit
bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz (Puls-Code-Modulation
oder einfach ein PCM-Kodierverfahren) verwendet werden. Um
dieses digitale Signal wieder in das ursprüngliche Sprach
signal zurückzubringen, kann ein Digital-Analog-Umsetzer
mit einer Auflösung von 8 Bit bei der Abtastfrequenz von
8 kHz verwendet werden, um damit das digitale Signal in
ein analoges Signal umzusetzen, wenn es für eine Wellen
formung ein Tiefpaßfilter durchläuft. In diesem Fall gilt,
je größer das Auflösungsvermögen jeder der A/D- und D/A-
Umsetzer, und folglich die Bitbreite der PCM-Kodierung
ist, um so größer ist die Qualität einer wiedergegebenen
Sprache.
Ein derartiges PCM-kodiertes Sprachsignal hat eine Bitrate
pro Sekunde (Datengeschwindigkeit) von 64 kbps; um folg
lich ein Sprachsignal mit einer derart hohen Bitrate zu
übertragen, ist ein extrem hoch-qualitativer Übertragungs
weg erforderlich. Außerdem ist zum Speichern eines derar
tigen Sprachsignals ein Speicher mit einer sehr großen Ka
pazität erforderlich. Folglich sind auch verschiedene Vor
schläge unterbreitet worden, um die Bitrate eines Sprach
signals zu reduzieren. Einer dieser Vorschläge ist das
differentielle PCM-Kodierverfahren, in welchem Differenzen
von PCM-Kodes zeitlich gesteuerter Reihenfolge gebildet
werden. Das differentielle PCM-Kodierverfahren benutzt die
Redundanz, welche auf der Korrelation von Sprach-Wellen
formen basiert. Schwankungen im Wert zwischen benachbarten
Abtastwerten fallen in den meisten Fällen in einen be
grenzten dynamischen Bereich, so daß die Anzahl an Bits
pro Abtastvorgang reduziert werden können. In dem adapti
ven differentiellen Puls-Code-Modulations-Kodierverfahren
gemäß den CCITT-Empfehlungen, welches eine Verbesserung
gegenüber dem differentiellen PDM-Kodierverfahren ist, ist
die Bitrate von 32 kbps realisiert worden.
Andere vorgeschlagene Verfahren schließen das adaptive
Prädiktions-Kodierverfahren mit adaptiver Bit-Zuordnung
(APS-AB), bei welchem die nicht-stehende Charakteristik
eines Sprachsignals und die lineare Prädiktions-Möglich
keit ausgenutzt werden, und das Linienspektrumpaar-(LSP)-
Verfahren ein, welches auf einem Sprachanalyse/-Synthese-
Verfahren basiert, jedoch sind diese adaptiven PCM-, APC-
AB- und LSP-Kodierverfahren in ihren Kodier- und Dekodier
prozessen sehr kompliziert, und eine Einrichtung zum
Durchführen dieser Kodier- und Dekodierprozesse wird sehr
teuer.
Andererseits gibt es das quasi-momentane Kompandierverfah
ren als eines der hochqualitativen PCM-Sprachübertragungs
verfahren in Verbindung mit Telekommunikationssatelliten.
Entsprechend dem quasi-momentanen Kompandierverfahren wer
den auch hier PCM-kodierte Sprachdaten in zeitlich ge
steuerter Folge in Blöcke aufgeteilt, die jeweils eine
vorherbestimmte Anzahl Daten haben, und Skalier- bzw. Nor
mierungsdaten, welche das höchstwertige Bit darstellen,
welches dem maximalen Wert im Absolutwert eines Signals in
jedem der Blöcke entspricht, werden identifiziert, worauf
beim nächsten Schritt Codedaten aus einer vorherbestimmten
Anzahl von Daten gebildet werden, welche das höchstwertige
Bit enthalten. Das quasi-momentane Kompandierverfahren ist
in dem Kodierprozeß verhältnismäßig einfach, und die Bit
anzahl eines Abtastwertes kann bequem reduziert werden.
Jedoch ist das quasi-momentane Kompandierverfahren im Wir
kungsgrad nicht zufriedenstellend.
Unter diesen Umständen ist als ein mögliches Verfahren zum
Verbessern des Wirkungsgrades des quasi-momentanen Kompan
dier-(Verdichtungs- und Dehnungs-)Verfahrens eine Kombina
tion aus dem differentiellen PCM-Kodierverfahren und dem
quasi-momentanen Kompandierverfahren denkbar. Auch wenn im
allgemeinen das quasi-momentane Kompandierverfahren bei
dem differentiellen PCM-Kodierverfahren leicht anwendbar
wäre, würden jedoch während einer Verdichtung verlorenge
gangene Bits einen Übertragungsfehler bewirken, so daß
sich ein derartiger Fehler an dem Integrator des Empfän
gers häufen würde, was zu einem unmöglichen empfangssei
tigen Zustand führen würde. In dieser Hinsicht wird nach
stehend im einzelnen der Fall in Betracht gezogen, bei
welchem ein in Fig. 10a dargestelltes Sprachsignal ent
sprechend einem Kodierverfahren kodiert wird, welches da
durch bestimmt ist, daß eine quasi-momentane Kompandierung
bei dem differentiellen PCM-Kodierverfahren angewendet
wird. Für das differentielle PCM-Kodieren wird zuerst die
ses Sprachsignal beispielsweise mit der Abtastfrequenz von
8 kHz abgetastet, und differentielle Werte zwischen den
Abtastwerten werden festgelegt. Hierbei wird ein differen
tieller Wert zwischen den benachbarten Abtastwerten durch
8 Bitdaten mit einem Vorzeichen, d. h. 8 Bitdaten in der
Darstellung eines Zweierkomplements, dargestellt. Unter
den quasi-momentanen Kompandierbedingungen wird ein Block
durch acht Abtastwerte gebildet, und die Übertragungsdaten
pro Abtastwert enthalten drei Bits. Außerdem enthalten die
Skalier- bzw. Normierungsdaten drei Bits.
Es wird nun angenommen, daß differentielle Werte für diese
acht Abtastwerte #1 bis #8 erhalten worden sind, wie in
Fig. 11a dargestellt ist. In diesem Block ist ein Maximum
im Absolutwert unter den differentiellen Werten ein Ab
tastwert #1, so daß die Skalier- bzw. Normierungspositio
nen POS in diesem Fall als das höchstwertige Bit in dem
Bitmuster des Abtastwerts #1 festgelegt wird, welches Bit
4 ist. Folglich wird der Wert der Normierungsposition POS
(100)₂. Folglich enthalten die Übertragungsbits jedes
Abtastwerts (Übertragungsdaten oder Kodedaten) drei Daten
bits vom Bit 5, welches als ein Bit festgelegt ist, wel
ches höher als die Normierungs-Position POS ist und ein
Vorzeichen (Vorzeichenbit) anzeigt, bis zum Bit 3, d. h.
die Bits 5, 4 und 3. Folglich haben in diesem Block Über
tragungsdaten (Codedaten), welche dadurch gebildet sind,
daß die Normierungsposition POS am Anfang und dann die
Übertragungsbits von Abtastwerten #1 bis #8 nacheinander
angeordnet sind, eine Struktur, wie sie in Fig. 11b darge
stellt ist.
Wenn solche kodierte Daten dekodiert werden, werden zuerst
die kodierten Daten eines Blocks drei Bits man drei Bits
zerlegt, und die Normierungsposition POS wird durch die
ersten drei Bits identifiziert. Wenn dann die folgenden
kodierten drei Bitdaten in 8 Bitdaten gedehnt werden, ist
das höchstwertige Bit der kodierten Daten an einer Bitpo
sition, welche ein Bit ist, das höher als die Normierungs
position POS ist, zusammen mit den Wert des Vorzeichen
bits, das in jedem der Bits höher als das höchstwertige
Bit gesetzt ist, und mit "0" angeordnet, welche in jedem
der Bits gesetzt wird, die niedriger als das niedrigstwer
tige Bit ist. Im Ergebnis werden dann die kodierten Daten
erhalten, wie sie in Fig. 11c dargestellt sind. Ein Ver
gleich dieser dekodierten Daten mit den Daten vor einer
Dekodierung zeigt die Tatsache, daß die Information dieser
Bits, welche wenigerwertig als die Übertragungsbits sind,
in den dekodierten Daten verlorengegangen ist (siehe Fig. 10a).
Das heißt, es hat ein Verlust an Informationsbits
stattgefunden.
Wenn ein Sprachsignal auf der Basis von derartigen kodier
ten Daten mit einem Verlust an Informationsbits wiederge
geben wird, findet infolge einer Häufung von Fehlern, wel
che der Menge an verlorengegangenen Bits entsprechen, eine
negative (d. c.) Verschiebung statt, wie durch eine strich
punktierte Linie in Fig. 10c dargestellt ist, wodurch eine
Wellenform erzeugt wird, welche in ihrer Lage im Vergleich
zu der ursprünglichen Wellenform, welche durch die ge
strichelte Linie in Fig. 10c dargestellt ist, nach unten
rechts verschoben ist. Im Ergebnis kann somit eine Infor
mation nicht wieder richtig hergestellt werden. Als ein
Verfahren, um mit dieser Situation fertigzuwerden, ist
"Differential Companding PCM (DC-PCM) Due To Accumulation
of Loost Bits" von Takahashi et al. in Transactions of
Electronics Communication Society, '84/10, Vol. J 67-B,
Nr. 10 vorgeschlagen worden. Jedoch ist dieses vorgeschla
gene Verfahren wirksam, um differentielle Daten in der
Größenordnung von 15 Bit in verdichtete Daten in der Größen
ordnung von 8 Bits zu verdichten, es kann jedoch nicht
bei einem Kodierverfahren mit einer niedrigen Bitrate an
gewendet werden, um differentielle Daten in der Größenord
nung von 8 Bits in verdichtete Daten in der Größenordnung
von 3 Bits zu verdichten. Das heißt, im Falle einer derart
niedrigen Bitrate ergibt sich, wenn die Amplitude einer
Sprachwellenform sich zwischen zwei Blöcken beträchtlich
ändert, ein Fall, bei welchem sich die Skalier- bzw. Nor
mierungsposition zwischen Blöcken beträchtlich ändert. Aus
diesem Grund gibt es einen Fall, bei welchem das gehäufte
Fehlersignal im Wert größer wird als die effektiv zu über
tragenden Daten. In einem solchen Fall werden die zu über
tragenden Daten durch das Fehlersignal überschattet, so
daß keine richtige Datenübertragung durchgeführt werden
kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
das Sprachsignal-Kodierverfahren derart zu verbessern, daß
unter Anwendung eines quasi-momentanen Dehnungsverfahrens
die Fehlerquote bei der Sprachsignal-Kodierung minimiert
wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentan
spruch 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung nä
her erläutert. Es zeigt
Fig. 1, wie Fig. 1a und 1b zusammenzusetzen sind, wobei in
Fig. 1a und 1b in Blockform ein Sprachsignal-
Kodiersystem gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2 eine Wiedergabe eines Beispiels eines Signal
formats von kodierten Daten;
Fig. 3a eine Darstellung zur Erläuterung einer Optimie
rungsverarbeitung;
Fig. 3b eine Darstellung zur Erläuterung einer differen
tiellen Optimierungs-Bitroutine;
Fig. 4a und 4b ein Flußdiagramm eines Beispiels der differen
tiellen Optimierungs-Bitroutine;
Fig. 5a bis 5c Darstellungen zur Erläuterung der Vorteile
der Optimierungsverarbeitung;
Fig. 6a bis 6d Darstellungen zum Verständnis, wie die Opti
mierung durchgeführt wird;
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Sprach
signal-Dekodiereinrichtung gemäß einer Ausfüh
rungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 8a bis 8c Darstellungen zur Erläuterung einer weiteren
Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 9, wie Fig. 9a und 9b zusammenzusetzen sind, wobei
Fig. 9a und 9b in Blockform ein Sprachsignal-
Kodiersystem gemäß einer weiteren Ausführungs
form mit Merkmalen nach der Erfindung darstellen;
Fig. 10a bis 10c und
Fig. 11a bis 11c Darstellungen zur Erläuterung eines übli
chen, herkömmlichen Verfahrens einer Sprach
signal-Verdichtungskodierung;
Fig. 12a bis 12g schematisch Darstellungen zum Verständnis
des Grundgedankens der Arbeitsweise bei der
quasi-momentanen Verdichtungsverarbeitung ent
sprechend noch einer weiteren Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 13, wie Fig. 13a und 13b zusammenzufügen sind, wo
bei Fig. 13a und 13b in Blockform ein Sprach
signal-Verdichtungskodiersystem gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung darstel
len; und
Fig. 14a bis 14h schematische Darstellungen zum Verständnis
der Arbeitsweise des in Fig. 13a und 13b darge
stellten Systems.
In Fig. 1a und 1b, welche so, wie in Fig. 1 dargestellt, zu
sammenzufügen sind, ist ein Sprachsignal-Kodiersystem gemäß
einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. In der
dargestellten Ausführungsform wird eine quasi-momentane Kom
pandierung auf das differentielle PCM-Kodierverfahren ange
wendet, wobei differentielle Verdichtungsdaten in Form von
Blöcken, welche durch Anwenden der quasi-momentanen Kompan
dierung erhalten worden sind, infolge dekodiert werden und
mit dem ursprünglichen Signal verglichen werden, um an jedem
Abtastpunkt eine Korrektur durchzuführen, um so differen
tielle Daten mit einem reduzierten Fehler in der Anzahl Ver
dichtungsbits zu schaffen. Außerdem wird in der dargestell
ten Ausführungsform ein Sprachsignal mit der Abtastfrequenz
von 8 kHz abgetastet und ein differentieller Wert zwischen
den Abtastvorgängen wird durch 8 Bitdaten mit Hilfe der Zwei
komplement-Darstellung angezeigt. Ein Block für den quasi-
momentanen Kompandierschritt ist durch acht Abtastwerte
gebildet, und die Übertragungsdaten, enthalten drei Bits
für einen Abtastwert, wobei die Skalier- bzw. Normierungs
daten durch drei Bits festgelegt sind.
In Fig. 1a und 1b wird ein eingegebenes Sprachsignal SS in
seiner Bandbreite durch ein Tiefpaßfilter 1 begrenzt und
dann an einen A/D-Umsetzer 2 angelegt, von welchem aus ein
digitales 8 Bitsignal DS abgegeben wird. Der A/D-Umsetzer
2 hat die Abtastfrequenz von 8 kHz und eine lineare Quanti
sierungscharakteristik. Das digitale Signal DS wird in einen
Puffer 3 gespeichert, welcher eine Speicherkapazität hat, um
zum Festlegen eines Blockes 8 Abtastwerte zu speichern. Das
in dem Puffer 3 gespeicherte, digitale Signal DSd wird dann
an einen positiven Eingangsanschluß einer Addier-/Substrahier
einheit abgelegt, um so Differenzdaten zu bilden. 9 Bit
Differenzdaten DDs, welche von der Addier-/Subtrahiereinheit
4 abgegeben worden sind, werden durch eine den Maximalwert
begrenzende Schaltung 5 in 8 Bit Differenzdaten DD umgesetzt.
Der Grund für die Begrenzung des Maximalwerts der Differenz
daten ist folgender, wenn die Differenzdaten DDs einer quasi-
momentanen Verdichtung unterzogen würden, würde ein großer
Skalier- bzw. Normierungswert für einen Block mit sporadisch
erzeugten, großen Differenzdaten gesetzt werden, was dazu
beitragen würde, die Datenbeziehung nach der quasi-momentanen
Verdichtung für andere kleinere Differenzdaten zu verschlech
tern. Im Ergebnis würde dann eine wiedergegebene Sprache
beim Hören einen unbeholfenen Eindruck hinterlassen. Um mit
dieser Schwierigkeit fertigzuwerden, wird der Maximalwert
von Differenzdaten auf diese Weise begrenzt, um dadurch eine
wiedergegebene Sprache zu erzeugen, welche so natürlich wie
möglich ist.
Die Differenzdaten DD werden einem Puffer 6 mit einer Spei
cherkapazität zum Speichern von 8 Abtastwerten, einer Ska
lierwert-Einstelleinheit 7, zum Einstellen eines Skalier
wertes für die quasi-momentane Verdichtung, und auch an
einen Eingangsanschluß eines Addierers 8 angelegt. Ein Aus
gang des Addierers 8 wird einem Register 9 zugeführt, des
sen Ausgang an einen negativen Eingang des Anschlusses der
Addier-/Subtrahiereinheit 4, dem anderen Eingang des Addie
rers 8 und auch einem Puffer 10 mit einer Speicherkapazität
zum Speichern von 8 Abtastwerten zugeführt. Auf diese Weise
wird ein kommulativer Wert der Differenzdaten DD, welche durch
die Schaltung 5 auf acht Bits beschränkt worden sind, durch
den Addierer 8 festgelegt, und diese Daten werden als die Da
ten eines Abtastwerts verwendet, welcher unmittelbar vor dem
laufenden Abtastwert für die Ausbildung von Differenzdaten
DDs liegt. Die in dem Puffer 6 gespeicherten Daten werden
einer quasi-momentanen Verdichtungseinheit 11 zugeführt, in
welcher für jeden Abtastwert ein quasi-momentaner Verdich
tungs-Kodierschritt durchgeführt wird.
Die Skalierwert-Einstelleinheit 7 indentifiziert unter den
acht Abtastwerten von Differenzdaten DD, welche kontinuier
lich von der Schaltung 5 abgegeben worden sind, einen Ab
tastwert, welcher in seinem Maximalwert der größte ist,
legt das höchstwertige Bit seines Bitmusters fest und gibt
dann dessen Bitposition in Form von 3 Bit Skalierdaten DK
ab. Die Skalierdaten DK werden dann der Verdichtungseinheit
11 einer Optimierungs-Verarbeitungseinheit 12, um die Ver
dichtungs-Differenzdaten DC von der Einheit 11 in opti
mierte Daten umzusetzen, an einen Eingangsanschluß eines
Multiplexers 13, um einen Datenblock in ein Signal mit einem
vorherbestimmten Format zu formen, und auch an eine quasi-
momentane Expandiereinheit 14 angelegt, um die optimierten
Verdichtungs-Differenzdaten auszudehnen. Andererseits sind
die in dem Puffer 10 gespeicherten Daten kodierte Daten,
welche durch Sammeln von Differenzdaten DD aus dem Register
9 gebildet worden sind, und sie werden an die Optimierungs-
Verarbeitungseinheit 12 als das ursprüngliche Sprachsignal
angelegt, welches ein zu kodierender Gegenstand ist.
In der Verdichtungseinheit 11 wird für jeden Abtastwert von
8 Bit Differenzdaten DD aus dem Puffer 6 3 Bitdaten, deren
höchstwertiges Bit dem Bit des Abtastmusters entspricht,
welches ein Bit ist, das höher als die Skalierposition ist,
welche durch die von der Einheit 7 zugeführten Skalierdaten
DK dargestellt sind, extrahiert, und die auf diese Weise
extrahierten Daten werden dann an die Optimierungs-Verarbei
tungseinheit 12 als Verdichtungs-Differenzdaten DC abgegeben.
An der Optimierungs-Verdichtungseinheit 12 wird ein Block
von Verdichtungs-Differenzdaten DC, welche von der Einheit
11 zugeführt worden sind, infolge dekodiert, und die auf
diese Weise dekodierten Daten werden dann mit dem ursprüng
lichen, von dem Puffer 10 aus zugeführten Signal verglichen,
wodurch die Verdichtungs-Differenzdaten DC für jede Abtast
stelle korrigiert sind, so daß dadurch Differenzdaten mit
einem geringeren Fehler in der Anzahl Verdichtungsbits ge
bildet sind. Die auf diese Weise korrigierten Daten werden
dann als optimierte Differenzdaten DC₀ an den anderen Ein
gangsanschluß des Multiplexers 13 und auch an die Dehnungs
einheit 14 angelegt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird ein Signal, welches durch
die Skalierdaten DK, die von der Skalierwert-Einstellein
heit 7 abgegeben worden sind und an dessen Anfang oder Ende
angeordnet sind und die optimierten Differenzdaten DC₀ der
jeweiligen Abtastwerte haben, die infolge danach angeordnet
sind, als kodierte Daten DL für einen Block ausgebildet und
wird an die nächstfolgende Einrichtung, z. B. eine Daten
übertragungseinrichtung, eine Datenspeichereinrichtung u. ä.
abgegeben. An der quasi-momentanen Dehnungseinheit 14 wer
den die optimierten 3 Bit Differenzdaten DC₀ von der Einheit
12 so angeordnet, daß ihr höchstwertiges Bit an der Bitstelle
festgelegt ist, welche ein Bit ist, das höher als die
Bitstelle ist, welche durch die von der Einheit 7 zugeführ
ten Skalierdaten DK angezeigt ist; außerdem wird der Wert
der Vorzeichendaten der optimierten Differenzdaten DC₀ je
dem der höheren Bits zugeordnet, und "0" wird den niedrigeren
Bits zugeordnet, um dadurch dekodierte 8 Bitdaten DE auszu
bilden, welche ihrerseits an einen Integrator 15 angelegt
werden.
An dem Integrator werden die von der Einheit 14 gelieferten,
dekodierten Daten DE gesammelt, und rekonstruierte Daten SD,
welche dadurch erhaltbar sind, daß die kodierten Daten DL
tatsächlich einer Dekodierung unterzogen werden, werden ge
bildet, wobei die rekonstruierten Daten SD in dem Register
9 ausgegeben werden. Das Register 9 erhält die Daten SD nach
Beendigung einer Verarbeitung für einen Block und unmittel
bar vor dem Beginn einer Verarbeitung für den nächstfolgen
den Block. Bei dieser Struktur kann die Anhäufung von Feh
lern infolge eines Verlusts an Bits, welcher dem quasi-momen
tanen Kompandierverfahren inhärent ist, vor der Bildung der
ersten Abtastdaten des nächsten Blockes beseitigt werden.
Folglich können die kodierten Daten DL genauer und wirklich
keitsgetreuer erzeugt werden.
Auf diese Weise werden gemäß der dargestellten Ausführungs
form in der Optimierungseinheit 12 die Verdichtungs-Dif
ferenzdaten DC so korrigiert, daß sie der zeitlichen Schwan
kung des ursprünglichen Sprachsignals näher folgt, und außer
dem wird der kommulative Fehler in einem Block durch die
dekodierten Daten SD, die an dem Integrator 15 erzeugt wor
den sind, in den nächstfolgenden Block reflektiert, so daß
eine Sprachkodierverarbeitung mit einer niedrigen Bitrate
bei der Anwendung der quasi-momentanen Kompandierverarbeitung
mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Nunmehr wird die Optimierungsverarbeitung von Verdichtungs-
Differenzdaten beschrieben, welche durch die Optimierungs-
Verarbeitungseinheit 12 durchgeführt wird. Hierbei soll eine
in Fig. 3a dargestellte Sprachwellenform kodiert werden.
Wenn die Differenzen an Abtaststellen #1, #2 und #3, wobei
die Abtaststelle #0 als eine Bezugsstelle verwendet ist,
jeweils durch acht Bits festgelegt sind, ist der Abtastwert #1
im Absolutwert ein Maximum unter diesen Differenzen. Folglich
werden die drei Bit Verdichtungs-Differenzdaten in diesem
Fall mit Hilfe des Abtastwertes #1 als einem Bezugswert
festgelegt, und der Skalierwert ist an der Stelle des höchst
wertigen Bits dieses Bitmusters festgelegt. Wenn nunmehr
Verdichtungs-Differenzdaten durch drei Bits dargestellt sind,
haben Daten, welche dargestellt werden können, eine Quanti
sierungsbreite, welche ein Bit ist, das in seiner Position
niedriger als der Skalierwert ist, und folglich wird jeder
der Abtastwerte #1, #2 und #3 durch Daten ersetzt, welche in
dieser Quantisierungsbreite dargestellt werden können. Bei
spielsweise ist für die Verdichtungs-Differenzdaten des Ab
tastwerts #1 unter den Daten, welche diese Daten darstellen
können, ein Wert P12 (=(010)₂); jedoch ist in diesem Fall
das niedrigstwertige Bit (LSB) ein Bit, das in der Speicher
stelle niedriger als diese Skalierposition ist. In ähnlicher
Weise wird danach das, was niedriger als der tatsächliche
Wert P11 ist, ersetzt. Unter den Daten, welche sich mit die
ser Quantisierungsbreite darstellen, sind die Daten, welche
den Wert P13 (=(011)₂) entsprechen, welcher um eine Einheit
größer als P12 ist, näher bei dem tatsächlichen Wert P11
der Abtaststelle #1. Wenn folglich dieser Wert P13 als die
Verdichtungs-Differenzdaten des Abtastwerts #1 genommen wird,
kann der Fehler in dem dekodierten Sprachsignal minimiert
werden. Das heißt, der Fehler eines dekodierten Wertes kann
in diesem Fall im Maximum auf die halbe Quantisierungsbreite
dieser Verdichtungs-Differenzdaten begrenzt werden. In
ähnlicher Weise ist im Hinblick auf die Abtastwerte #2 und
#3 nur notwendig, Verdichtungs-Differenzdaten so zu wählen,
daß jeder ihrer dekodierten Werte so nahe wie möglich an dem
Wert des Signals liegt, bevor es kodiert wird (d. h. Wert
P21 für den Abtastwert #2 und Wert P31 für den Abtastwert
#3). Das heißt, da in diesem Fall bezüglich eines Abtast
werts #2 ein dekodierter Wert, welcher auf einem Wert P23
basiert, welcher größer als der Wert P21 ist, und zwar im
Vergleich zu einem dekodierten Wert, der auf einem Wert P22
basiert, welcher kleiner als der Wert P21 ist, näher bei dem
Wert P21 liegt, eine Differenz (=(110)₂) zwischen dem Wert
P11, welcher ein dekodierter Wert des Abtastwerts #1 ist,
und einem Wert P22 als Verdichtungs-Differenzdaten gesetzt
wird. Außerdem wird bezüglich des Abtastwerts #3, da der
Wert P31 mit einem dekodierten Wert übereinstimmt, welcher
durch die Verdichtungs-Differenzdaten dargestellt werden
kann, eine Differenz (=(001)₂) zwischen einem Wert P23,
welcher ein dekodierter Wert des Abtastwerts #2 ist, und dem
Wert P13 als Verdichtungs-Differenzdaten gesetzt.
Auf diese Weise können Verdichtungs-Differenzdaten mit einer
größeren Wiedergabetreue mit einer größeren Abhängigkeit von
dem ursprünglichen Sprachsignal gebildet werden. Ein Beispiel
des Optimierungs-Differenz-Bitprogramms zum Verarbeiten die
ses Prozesses ist einem Flußdiagramm in Fig. 4a und 4b dar
gestellt.
Zuerst werden Verdichtungs-Differenzdaten d (DC) von der
quasi-momentanen Verdichtungseinheit 11 eingegeben (Schritt
101), und es wird geprüft, ob der Wert dieser Verdichtungs-
Differenzdaten d größer als ein positiver Maximalwert MAX
(=(011)₂) ist, welcher durch die Anzahl Verdichtungsbits
(in diesem Fall 3 Bits) dargestellt wird, oder ob der Wert
kleiner als ein negativer Maximalwert MIN (=(100)₂) ist
(Schritte 102 und 103).
Wenn das Ergebnis des Festsetzungsschrittes 102 ja ist, dann
wird der Wert MAX in die Verdichtungs-Differenzdaten d ein
gesetzt (Schritt 104). Wenn das Ergebnis des Bestimmungs
schrittes 103 ja ist, dann wird der Wert MIN in die Verdich
tungs-Differenzdaten d eingesetzt (Schritt 105). Es wird
dann ein Wert dm, welcher kleiner als die Verdichtungs-Dif
ferenzdaten d ist, durch das niedrigstwertige Bit LSB (=(001)₂)
gebildet, und ein Wert dp, welcher größer als die Verdich
tungs-Differenzdaten d ist, wird durch das niedrigstwertige
Bit gebildet (Schritte 106 und 107). Wenn der Wert dm kleiner als
der Wert MIN ist, wird der Wert MIN in den Wert dm einge
setzt (Schritte 108 und 109), während, wenn der Wert dp
größer als der Wert MAX ist, wird der Wert MAX in den Wert
dp eingesetzt (Schritte 110 und 111).
Auf diese Weise werden bei der Bestimmung von Werten dp und
dm 8 Bitwerte dd, ddp und ddm, welche sich dadurch ergeben,
daß die Werte d, dp und dm einer quasi-momentanen Dehnung
auf Grund der Skalierdaten DK unterzogen werden, berechnet
(Schritt 112). Ein dekodierter Wert da0, welcher ein deko
dierter Wert der Daten einen Abtastwert zuvor ist, wird zu
jedem dieser Werte dd, ddp und ddm addiert, um dadurch lokale
dekodierte Werte da, dap und dam festzulegen, welche den
jeweiligen Werten d, dp und dm entsprechen (Schritt 113).
Bei Schritten 112 und 113 wird die lokale Dekodierverarbei
tung durchgeführt und aus diesem Grund wird der dekodierte
Wert da0 des unmittelbar vorhergehenden Abtastwertes ge
speichert. Dann wird der Wert dai des ursprünglichen Signals,
welches dem Abtastwert entspricht, aus dem Puffer 10 ge
lesen, und Absolutwerte Da, Dp und Dm von Differenzen zwi
schen diesem Wert dai des ursprünglichen Signals und jedem
der lokalen dekodierten Werte da, dap bzw. dam wird berech
net (Schritt 114), wobei geprüft wird, ob der Wert dai des
ursprünglichen Signals größer als der lokale dekodierte Wert
da ist oder nicht (Schritt 115). Wenn das Ergebnis beim
Schritt 115 ja ist, dann wird auf den Schritt 116 übergegan
gen, um zu prüfen, ob der Absolutwert Da größer als der Ab
solutwert Dp ist oder nicht. Wenn das Ergebnis beim Schritt
116 ja ist, dann wird nach einem Einsetzen des Werts dp
in den Wert d (Schritt 117) auf den Schritt 106 zurückge
gangen. Wenn das Bestimmungsergebnis beim Schritt 116 nein
ist, dann wird der Wert d als die optimierten Differenzdaten
DC₀ abgegeben (Schritt 118).
Wenn dagegen das Bestimmungsergebnis beim Schritt 115 nein
ist, dann wird geprüft, ob der Absolutwert Da größer als
der Absolutwert Dp ist (Schritt 119). Wenn das Bestimmungs
ergebnis beim Schritt 119 ja ist, dann wird nach einem Er
setzen des Wertes d durch den Wert dm (Schritt 120) auf den
Schritt 106 zurückgegangen. Wenn das Bestimmungsergebnis
beim Schritt 119 nein ist, dann wird der Prozeß beim Schritt
118 durchgeführt. Oder mit anderen Worten, wie auf der lin
ken Seite in Fig. 3b dargestellt ist, liegt der Wert dai des
ursprünglichen Signals näher bei dem dekodierten Wert dap
als bei dem dekodierten Wert da; die Verdichtungs-Differenz
daten d werden in den Werten dp modifiziert, welcher größer
als das niedrigstwertige Bit (LSB) ist, und der auf diese
Weise modifizierte Wert wird als der optimierte Differenz
wert DC₀ abgegeben. Im Gegensatz hierzu werden, wenn der
Wert dai des ursprünglichen Signals näher bei dem dekodier
ten Wert dam als bei dem dekodierten Wert da liegt, dann die
Verdichtungs-Differenzdaten d mit dem Wert dm modifiziert,
welcher kleiner als das niedrigstwertige Bit (LSB) ist, und
der auf diese Weise modifizierte Wert dann als die opti
mierten Differenzdaten DC₀ abgegeben. Wenn ein optimierter
Wert nicht durch eine Verarbeitung erhalten worden ist, wird
dieser Verarbeitungsschritt wiederholt. Auf diese Weise wer
den die Differenzdaten korrigiert, um so einen Fehler zwi
schen einem dekodierten Wert und dem ursprünglichen Signal
korrigiert, in dem wiederholt eine Additions- oder Subtrak
tionsoperation des niedrigstwertigen Bits (LSB) des Ver
dichtungsbits zu (bzw. von) den Verdichtungs-Differenzdaten,
die bei dem quasi-momentanen Dehnungsprozeß erhalten worden
sind, für jeden Abtastwert durchgeführt. Als Daten, welche
in dem Puffer 10 als das ursprüngliche Signal zu speichern
sind, können die Ausgangsdaten, welche von dem Puffer vor
dem Eingeben in die den Maximalwert begrenzende Schaltung 5
abgegeben worden sind, verwendet werden.
Unter dieser Voraussetzung wird nunmehr der Fall untersucht,
bei welchem ein in Fig. 5a dargestelltes Sprachsignal (das
identisch mit dem in Fig. 10a dargestellten Sprachsignal ist)
durch die quasi-momentane Verdichtungsverarbeitung mit Hilfe
des Optimierungs-Differenzbit-Programms kodiert wird. Zuerst wer
den Differenzwert t₀ dieses Sprachsignals für acht Abtastwerte
#1 bis #8 erhalten, wie in Fig. 6a dargestellt ist, so daß
diese Skalierposition POS bei Bit 4 festgelegt ist, welches
der höchstwertigen Stelle des Bitmuster des Abtastwertes
#1 entspricht, und folglich ist der Wert dieser Skalier-
Position POS (100)₂. Folglich sind die Verdichtungs-Diffe
renzdaten DC, welche durch die Verdichtungseinheit 11 für
jeden der Abtastwerte #1 bis #8 festgelegt sind, so, wie in
Fig. 6b dargestellt. Die Verdichtungs-Differenzdaten DC
werden durch das vorstehend beschriebene Optimierungs-Dif
ferenzbit-Programm in Optimierungs-Differenzdaten DC₀
korrigiert, wie in Fig. 6c für jeden der Abtastwerte #1 bis
#8 dargestellt ist. Im Ergebnis wird in
einem später noch beschriebenen Sprachsignal-Dekodiersystem
der Wert jeder der Abtastwerte #1 bis #8 dieser Optimie
rungs-Differenzdaten DC₀ in 8 Bit Differenzdaten expandiert,
wie in Fig. 6d dargestellt ist, und dann wird basierend auf
diesen Differenzdaten ein Sprachsignal dekodiert, wie es
durch die ausgezogene Linie in Fig. 5c dargestellt ist. In
Fig. 5c ist ein wiedergegebenes Sprachsignal, das dadurch
erhalten worden ist, daß die vorstehend beschriebenen Ver
dichtungs-Differenzdaten DC, so wie sie sind als kodierte
Daten verwendet werden, auch durch eine strichpunktierte
Linie dargestellt sind. Wie aus diesen Vergleichen zu erse
hen ist, bestimmt ein Sprachsignal, das auf der Basis der
Optimierungs-Differenzdaten DC₀ wiedergegeben worden ist,
hervorragend mit dem Sprachsignal vor einer Kodierung über
ein, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 5c dargestellt
ist, so daß eine bessere Wiedergabetreue zu dem ursprüng
lichen Sprachsignal vor der Kodierung erhalten wird. Anders
als das vorstehend beschriebene Optimierungs-Differenzbit-
Programm kann die Optimierungsverarbeitung von Verdichtungs
differenzdaten, wie oben beschrieben worden ist, realisiert
werden. Beispielsweise können nach einer Bestimmung des Ska
lierwertes die Verdichtungs-Differenzdaten dadurch optimiert
werden, daß nacheinander einer der dekodierten Werte ausge
wählt wird, welcher durch eine Quantisierungsbreite erhalten
werden kann, welcher dem Skalierwert entspricht, welcher dem
Abtastwert am nächsten ist, und dann Verdichtungs-Differenz
daten festgelegt werden, welche diesem dekodierten Wert
entsprechen.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sprachdekodie
rersystems gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dar
gestellt. Dieses Sprachdekodiersystem ist entsprechend aus
gelegt, um die kodierten Daten DL, welche mittels des vor
stehend beschriebenen Sprach-Kodiersystems kodiert worden
sind, zu dekodieren und um ein auf diese Weise wiedergege
benes Sprachsignal abzugeben. In Fig. 7 werden kodierte Da
ten DL, welche beispielsweise von einer (nicht dargestell
ten) vorhergehenden Einrichtung, wie einer Datenempfangs
einrichtung, einer Datenspeichereinrichtung u. ä. abgegeben
worden sind, einem Demultiplexer 21 zugeführt, und für jeden
Block werden die ersten drei Bits als der Skalierwert SC
identifiziert und sie werden an einen Skalierwert-Eingabe
anschluß der quasi-momentanen Dehnungseinheit 22 zugeführt.
Andere Kodierdaten (Verdichtungs-Differenzdaten) werden an
einen Codedaten-Eingabeanschluß der Einheit 22 geliefert.
An der Einheit 22 werden die auf diese Weise zugeführten
Kodedaten drei Bits mal drei Bits segmentiert, und die
3 Bitdaten werden an der Bitstelle, welche den eingegebenen
Skalierdaten SC entspricht, als 8 Bitdaten angeordnet, wo
bei der Inhalt des Vorzeichenbits den oberen Bits zugeord
net wird, welche höher als die Codedaten sind, und wobei
"0" den niedrigeren Bits zugeordnet wird, um sie dadurch in
8 Bitdaten zu expandieren (siehe Fig. 6d); diese 8 Bitda
ten werden in den Integrator 23 eingebracht.
In dem Integrator 23 werden nacheinander eingegebene 8 Bit
daten kummulativ berechnet um dadurch einen Signalwert eines
Sprachsignals an jedem Abtastwert festzulegen, welcher dann
einem D/A-Umsetzer 24 zugeführt wird. In dem D/A-Umsetzer 24
wird ein empfangener Signalwert mit einer Umsetzfrequenz von
8 kHz in ein entsprechendes analoges Signal (Pegelsignal)
umgesetzt, welches dann einem Tiefpaßfilter 25 zugeführt
wird. Nachdem durch das Tiefpaßfilter 25 eine entsprechende
Wellenform gebildet worden ist, wird das analoge Signal der
nächstfolgende Einrichtung, z. B. einer Sprache ausgebenden
Einrichtung als ein rekonstruiertes Sprachsignal zugeführt.
Auf diese Weise ist der Aufbau eines Sprachdekodiersystems
zum dekodieren von kodierten Daten entsprechend der Erfin
dung erheblich vereinfacht. Folglich kann beispielsweise ein
derartiges Sprachdekodiersystem durch einen 8 Bit Universal-
Mikroprozessor realisiert werden, und die Kosten können so
mit sehr niedrig gehalten werden.
In der quasi-momentanen Kompandierverarbeitung wird eine
Skalierposition auf der Basis eines Bitmusters gesetzt, das
einen maximalen Signalwert in Absolutwert in einem Block
hat. Wenn es folglich einen Abtastwert gibt, der einen spo
radisch großen Wert in dem Block hat, wird ein Skalierwert,
welcher einem solchen großen Wert entspricht, gesetzt, so
daß die Abhängigkeit oder Folgebeziehung von kodierten Da
ten zu anderen kleinen Werten schlecht wird, was dann bei
der Hörcharakteristik nachteilig sein kann. Im Hinblick auf
diese Umstände kann mit einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung ein derartiger Nachteil beseitigt werden, wie
nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Um dies zu errei
chen, ist es nur notwendig, kodierte Daten festzulegen, wel
che hinsichtlich des Fehlers in einem Block sehr klein sind
und zu diesem Zweck ist es nur notwendig, die Skalierposi
tion (den Wert) richtig zu setzen.
Gemäß einer Ausführungsform wird daher ein
Fehler zwischen dem Wert des Sprachsignals vor dem Kodie
ren und einem kodierten Wert in jedem Abtastwert berechnet,
(1) wenn die quasi-momentane Verdichtung auf der Basis der
anfangs gesetzten Skalierposition durchgeführt wird, (2)
wenn die quasi-momentane Verdichtung basierend auf der Ska
lier-Position durchgeführt worden ist, bei welcher an einer
Stelle ein Bit gesetzt wird, das niedriger als die anfangs
gesetzte Skalier-Position ist. Basierend auf den auf diese
Weise berechneten Fehlern wird dann ein Bewertungswert für
jede der Skalierpositionen festgesetzt, und dann wird basie
rend auf diesen Bewertungswerten die vorzüglichste Position
unter diesen Skalier-Positionen ausgewählt. Als Bewertungs
wert kann ein Absolutwert einer Endsumme von Differenzen zwi
schen dem ursprünglichen Sprachsignal und einem dekodierten
Wert in jedem Abtastwert oder eine zweite Potenz einer End
summe (Fehlerpotenz) derartiger Differenzen verwendet
werden.
Das heißt, beispielsweise wird im Falle eines in Fig. 8a
dargestellten Sprachsignals der Skalierwert auf der Basis
des Abtastwerts #1 festgelegt, dessen Differenzwert der
größte unter den drei Abtastwerten #1 bis #3 dieses Sprach
signals ist. Wenn dagegen der Skalierwert um eine Einheit
kleiner gemacht wird, wird die Quantisierungsbreite eines
Abtastwegs um eine Stufe kleiner, so daß ein in Fig. 8b dar
gestellter Zustand erhalten wird. Wenn dagegen der Skalier
wert eine Stufe größer gemacht wird, wird die Quantisierungs
breite eines Abtastwertes eine Stufe größer gemacht, wodurch
dann ein in Fig. 8c dargestellter Zustand geschaffen wird.
Wenn die vorstehend beschriebene Optimierungsverarbeitung
mit Hilfe des Optimierungs-Differenzbit-Programms bei jeder
dieser Bedingungen durchgeführt wird, wird das Vorzeichenbit
in jedem Abtastwert so, wie in der nachstehenden Tabelle
aufgeführt ist.
Hierbei ist
SC₀ ein Skalierwert für den Fall der Fig. 8a;
SC-1 ein Skalierwert für den Fall von Fig. 8b, welcher um 1 kleiner als der Wert SC₀ ist;
SC₁ ein Skalierwert für den Fall der Fig. 8c, welcher um 1 größer als der Wert SC₀ ist.
SC₀ ein Skalierwert für den Fall der Fig. 8a;
SC-1 ein Skalierwert für den Fall von Fig. 8b, welcher um 1 kleiner als der Wert SC₀ ist;
SC₁ ein Skalierwert für den Fall der Fig. 8c, welcher um 1 größer als der Wert SC₀ ist.
Wenn auf diese Weise der Skalierwert geändert wird, wird
selbstverständlich die Endsumme oder Fehlerpotenz von Dif
ferenzen zwischen dem ursprünglichen Sprachsignal und de
kodierten Werten ein Minimum für irgendeinen der Skalier
werte, welcher Änderungen des ursprünglichen Signals in
einem Block entspricht; der Skalierwert mit einem derarti
gen Minimum ist in Abhängigkeit von bzw. in Beziehung zu
dem Sprachsignal in dem entsprechenden Block der vorzüg
lichste Wert. Beispielsweise ist gemäß den von den Erfin
dern durchgeführten Versuchen statistisch gesehen die Häu
figkeit des Auftretens von minimierten Fehlerpotenzen für
den Skalierwert SC₀ annähernd 60% der Gesamtanzahl von Blöcken
und etwa 30% für den Skalierwert SC-1 und annähernd
10% für den Skalierwert SC₁. Auf diese Weise wird die Güte
eines wiedergegebenen Sprachsignal (in der Hörcharakteristik)
verbessert, indem der Skalierwert, der für jeden Block zu
verwenden ist, entsprechend gewählt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Sprachkodiersystems mit Merkmalen nach der
Erfindung ist in Fig. 9a und 9b dargestellt. Das in Fig. 9a
und 9b dargestellte System ist in vieler Hinsicht dem in Fig. 1a
und 1b wiedergegebenen System ähnlich, so daß entspre
chende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind. Dieses System handhabt die quasi-momentane Verdichtung
für einen Block als eine Einheit. Wie in Fig. 9a und 9b dar
gestellt, legt eine Skalierwert-Einstelleinheit 7a den Ska
lierwert durch einen Block fest, welcher aus fortlaufenden
acht Abtastwerten der Differenzdaten DD gebildet ist, welche
von der Maximalwert-Begrenzungsschaltung 5 abgegeben worden
sind und legt einen Wert, welcher um 1 größer als der Ska
lierwert ist, und einen anderen Wert fest, welcher kleiner
als der Skalierwert ist, um dadurch dann als Skalier-Daten
DK₀, DK₁ und DK-1 abzugeben. Diese Skalierdaten DK₀, DK₁,
DK-1 entsprechen den vorstehend beschriebenen Skalierwerten
SC₀, SC₁ bzw. SC-1. Die Skalierdaten DK₀ werden an eine
quasi-momentane Verdichtungseinheit 11₀, eine Optimierungs-
Verarbeitungseinheit 12₀, eine quasi-momentane Dehnungsein
heit 14₀ und an einen Eingangsanschluß eines Selektors 31
angelegt. Die Skalierdaten DK₁ werden an eine quasi-momentane
Verdichtungseinheit 11₁, an eine Optimierungs-Verarbei
tungseinheit 12₁, eine quasi-momentane Dehnungseinheit 14₁
und an einen weiteren Anschluß des Selektors 31 angelegt.
Die Skalierdaten DK-1 werden an die quasi-momentane Ver
dichtungseinheit 11 -1, eine Optimierungs-Verarbeitungsein
heit 12 -1, eine quasi-momentane Dehnungseinheit 14 -1 und
auch an den weiteren Eingangsanschluß des Selektors 31 an
gelegt.
Basierend auf den Skalierdaten DK₀ legt die Einheit 11₀ aus
Ausgangsdaten des Puffers 6 Verdichtungs-Differenzdaten DC₁
fest. In der Optimierungseinheit 12₀ wird das vorstehend be
schriebene Optimierungs-Differenzbit-Programm an die
Verdichtungs-Differenzdaten DC₀ angelegt, um dadurch Opti
mierungs-Differenzdaten DC₀₀ festzulegen, welche dann an die
Dehnungseinheit 14₀ und auch an den einen Eingangsanschluß
eines Selektors 32 angelegt werden. An die Dehnungseinheit
14₀ werden die Optimierungs-Differenzdaten DC₀₀ auf der Ba
sis der Skalierdaten DK₀ in 8 Bitdaten DE₀ expandiert; diese
Daten DE₀ werden kummulativ an dem Integrator 15₀ berechnet,
um dekodiert zu werden, so daß der sich ergebende dekodierte
Wert SD₀ einem Eingangsanschluß eines Vergleichers 33 und
auch an einen Eingangsanschluß eines Selektors 34 angelegt
wird.
In der Verdichtungseinheit 11₁ werden Verdichtungs-Differenz
daten DC₁ aus Ausgangsdaten von dem Puffer 6 auf der Basis
der Skalier-Daten DK₁ festgelegt. An der Optimierungseinheit
12₁ wird das vorstehend beschriebene Optimierungs-Differenz
bit-Programm bei den Verdichtungs-Differenzdaten DC₁ ange
wendet, um dadurch optimierte Differenzdaten DC₀₁ festzu
legen, welche dann an die Dehnungseinheit 14₁ und auch an
einen weiteren Eingangsanschluß des Selektors 32 angelegt
werden. An der Dehnungseinheit 14₁ werden die eingegebenen
Optimierungs-Differenzdaten DC₀₁ auf der Basis der Skalier
daten DK₁ in 8 Bitdaten DE₁ expandiert, welche wiederum
kommulativ an dem Integrator 15₁ berechnet und dann deko
diert werden. Der sich ergebende dekodierte Wert SD₁ wird
an einen Eingangsanschluß des Vergleichers 33 und auch an
einen Eingangsanschluß eines Selektors 34 angelegt. In ähn
licher Weise werden an der Verdichtungseinheit 11 -1 Ver
dichtungs-Differenzdaten DC-1 aus Ausgangsdaten von dem Puf
fer 6 auf der Basis der Skalierdaten DK-1 festgelegt. An der
Optimierungseinheit 12 -1 wird das vorstehend beschriebene
Optimierungs-Differenzbit-Programm bei den Verdichtungs-Dif
ferenzdaten DC-1 angewendet, um dadurch optimierte Differenz
daten DC0-1 festzulegen, welche dann an die Dehnungseinheit
14 -1 und auch an einen Eingangsanschluß des Selektors 32 an
gelegt werden. An die Dehnungseinheit 14 -1 werden die opti
mierten Differenzdaten DC0-1 auf der Basis der Skalierdaten
DK-1 in 8 Bitdaten DE-1 expandiert, welche dann kummulativ
an dem Integrator 15 -1 berechnet und somit dekodiert werden.
Der sich ergebende dekodierte Wert SD-1 wird dann an einen
Eingangsanschluß des Vergleichers 33 und auch an einen Ein
gangsanschluß des Selektors 34 angelegt.
Differenzdaten DD, welche von der Maximalwert-Begrenzungs
schaltung 5 abgegeben worden sind, werden in der Form eines
Blockes in dem Puffer 10a gespeichert, dessen Ausgang kummu
lativ infolge durch den Integrator 15a berechnet wird, um
dadurch ein nicht-verdichtetes Sprachsignal (d. h. das ur
sprüngliche Sprachsignal) festzulegen; die dementsprechen
den Daten SDa werden an die Optimierungseinheiten 12₀, 12₁
und 12 -1 und an einen Vergleicher 33 angelegt. Auf diese
Weise werden dem Vergleicher 33 für jeden Abtastwert Daten
SDa, welche dem ursprünglichen Signal entsprechen, ein ko
dierter Wert SD₀, welcher durch Kodieren der optimierten
Differenzdaten DC₀₀ erhalten worden ist, welche dem Skalier
wert SC₀ (den Skalierdaten DK₀) entsprechen, und auch deko
dierte Daten SD-1 zugeführt, welche durch Dekodieren der
optimierten Differenzdaten DC0-1 erhalten worden sind, wel
che dem Skalierwert SC-1 (Skalier-Daten DK-1) entsprechen.
An dem Vergleicher 33 werden basierend auf den Daten SDa
und kodierten Werten SD₀, SD₁ und SD-1 Fehler aus den Daten
SDa und aus den entsprechenden dekodierten Werten SD₀, SD₁
und SD-1 für jeden Abtastwert festgelegt, und die Fehlerpo
tenz in einem Block wird für jeden der dekodierten Werte
SD₀, SD₁ und SD-1 berechnet, und diejenige mit einem Mini
malwert unter diesen Werten wird festgelegt. Wenn die Feh
lerpotenz für den dekodierten Wert SD₀ ein Minimum ist, wer
den die Skalier-Daten DK₀ durch den Selektor 31 ausgewählt
und dann an den Multiplexer 13 angelegt. Gleichzeitig wer
den die optimierten Differenzdaten DC₀₀ durch den Selektor
32 ausgelegt und dann dem Multiplexer 13 zugeführt. Außerdem
wird der Vorzeichenwert SD₀ durch den Selektor 34 ausgewählt
und in Form von Daten gesetzt, welche in das Register 9 zu spei
chern sind. Wenn dagegen die Fehlerpotenz für den dekodier
ten Wert SD₁ ein Minimum ist, werden die Skalier-Daten DK₁
durch den Selektor 31 ausgewählt und an den Multiplexer 13
zugeführt; gleichzeitig werden die optimierten Differenzda
ten DC₀₁ durch den Selektor 32 ausgewählt und dem Multi
plexer 13 zugeführt. Außerdem wird der Vorzeichenwert SD₁
auch durch den Selektor 34 ausgewählt und dann in Form von
Daten gesetzt, welche in das Register 9 zu speichern sind.
In ähnlicher Weise werden, wenn die Fehlerpotenz für den
dekodierten Wert SD-1 ein Minimum ist, die Skalier-Daten
DK-1 durch den Selektor 31 ausgewählt und dann an den Multi
plexer 13 angelegt; gleichzeitig werden die optimierten Dif
ferenzdaten DC0-1 durch den Selektor 32 ausgewählt und dann
an den Multiplexer 13 angelegt. Außerdem wird der Vorzeichen
wert SD-1 durch den Selektor 34 ausgewählt und als ein Da
tenwert gesetzt, welcher in das Register 9 zu speichern ist.
Folglich werden von dem Multiplexer 13 kodierte Daten DL
abgegeben, welche ein Minimum in der Fehlerpotenz in dem
entsprechenden Block sind.
Außerdem kann als ein
Sprachdekodiersystem zum Dekodieren der kodierten Daten DL,
welche entsprechend dieser Ausführungsform ausgebildet wor
den sind, das in Fig. 7 dargestellte System verwendet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der
Fall beschrieben worden, bei welchem die quasi-momentane
Kompandierverarbeitung bei dem differentiellen PCM-Kodier
verfahren angewendet ist; jedoch kann die Erfindung auch für
den Fall angewendet werden, daß die quasi-momentane Kompan
dierverarbeitung bei dem PCM-Kodierverfahren angewendet
wird. Auch ist zu beachten, daß verschiedene Konstanten, wel
che in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
erwähnt sind, nur zur Erläuterung und Veranschaulichung an
gegeben sind, und die Erfindung selbstverständlich nicht nur
auf die spezielle angeführten Konstanten beschränkt ist. Wie
oben beschrieben ist, kann gemäß der Erfindung, da Verdich
tungsdaten so korrigiert werden, daß sie zum Zeitpunkt einer
quasi-momentanen Verdichtungsverarbeitung sehr nahe an das
ursprüngliche Sprachsignal herankommen, eine Sprache hoher
Qualität mit einer niedrigen Bitrate und mit einem einfachen
Verfahren wiedergegeben werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist in
Fig. 2 ein Beispiel dargestellt, in welchem ein Block acht
Abtastwerte aufweist, und Fig. 3a zeigt eine zugeordnete
Sprachwellenform. Da in diesem Fall Daten P11 eines Abtast
wertes #1 im Vergleich zu Daten P10 näher bei Daten P13 lie
gen, werden die Daten P13 ausgewählt. Diese Festsetzung ist
basierend auf der Tatsache getroffen worden, ob bezüglich
eines Mittelpunktes zwischen den Punkten P12 und P13 ein
Punkt P11 auf der Seite des Punktes P12 oder auf der Seite
des Punktes P13 angeordnet ist. Dies wird durch die Tat
sache angezeigt, daß ein Vorzeichendatenwert erhalten wer
den kann, ohne daß eine Bestimmungseinheit vorgesehen ist,
wenn die quasi-augenblickliche Verdichtung dadurch durch
geführt wird, daß ein halber Minimalwert, (was nachstehend
als niedrigstwertiges Bit (LSB) bezeichnet wird), der
Quantisierungsbreite zu P11 addiert wird. Ein Verfahren für
diese Berechnung (eine A/D-Umsetzung wird mit 8 Bits durch
geführt, und eine Verdichtung wird mit drei Bits durchge
führt) ist in Fig. 12a bis 12g dargestellt. In Fig. 12a ist
ein Datenblock dargestellt, nachdem Sprachdaten einer A/D-
Umsetzung unterzogen sind, und in Fig. 12b sind Differenzen
der Fig. 12a dargestellten Daten wiedergegeben. Die Daten
vor einem Abtastwert #1 sollen hier "0" sein. In diesem Fall
ist das Maximum eines Absolutwerts der jeweiligen Daten in
diesem Block (der Abtastwert) #1, und der Skalierwert ist
b₄. In Fig. 12b ist der Skalierwert durch "POS" angezeigt.
Fig. 12c gibt Differenzen zwischen den Sprachdaten und lo
kalen dekodierten Werten wieder, welche in Fig. 12g darge
stellt sind und durch Kodieren und Dekodieren der vorherigen
Daten erhalten worden sind. Die Daten vor (dem Abtastwert)
#1 in Fig. 12g sollen nunmehr "0" sein. Fig. 12d zeigt die
Daten, welche dadurch erhalten werden, daß 1/2 des LSB-Werts
(da b₄ der Skalierwert ist, der Wert LSB b₃ wird, und folg
lich 1/2 des LSB-Werts 00000100 ist) zu den in Fig. 12c dar
gestellten Daten addiert wird, und Fig. 12e zeigt die Daten
nach einer Durchführung der quasi-momentanen Verdichtung.
Fig. 12f zeigt dekodierte Daten auf der Basis der Fig. 12e,
und dekodierte Sprachdaten, welche durch Integrieren der
Daten von Fig. 12f erhalten worden sind, sind in Fig. 12g
dargestellt.
In Fig. 13a und 13b ist in Blockform ein
Sprachsignal-Verdichtungssystem gemäß einer weiteren Ausführungs
form mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Hierbei sind die Elemente,
welche mit den in Fig. 1a und 1b dargestellten Elementen
identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Das dargestellte System dient insbesondere dazu, die quasi-
momentane Verdichtungseinheit, eine Optimierungs-Verarbei
tungseinheit und eine quasi-momentane Dehnungseinheit zu
verbessern. Wie dargestellt, weist das
System zusätzlich ein Register 41, eine den halben LSB-Wert
bildende Einheit 42, eine Rundungseinheit 43, eine Begren
zungsschaltung 44, einen Datenumsetzer 45, eine "0" setzende
Einheit 46, einen Selektor 47, ein Register 48, Addierer
49a bis 49d und eine Steuereinheit 50 auf.
Nunmehr wird der Fall beschrieben, bei welchem ein Block
durch acht Abtastwerte gebildet wird, wie in Fig. 2 dargestellt
ist, und eine Sprachwellenform eine Form hat, wie sie in
Fig. 3a dargestellt ist; da Daten P11 eines Abtastwerts #1
im Vergleich zu Daten P12 näher bei Daten P13 liegen, wer
den die Daten P13 ausgewählt. Daten P21 eines Abtast
werts #2 liegen im Vergleich zu Daten P22 näher bei Daten
P23, und deswegen wird P23 gewählt. Das heißt, es werden
Gitterpunkte für jeden Minimalwert (der auch als LSB-Wert
bezeichnet wird) festgelegt, welcher von den letzten Daten
des vorherigen Blocks übertragen werden kann; ein Gitter
punkt, welcher näher bei der Sprachwellenform liegt, wird
für jeden Abtastwert ausgewählt, und Differenzen zwischen
ausgewählten Gitterpunkten werden übertragen. Als Alter
native hierzu kann auch ein Schema ausgeführt werden, um
einen näheren Gitterpunkt auszuwählen, um den halben LSB-
Wert zu addieren und um die Bit auszuscheiden, welche klei
ner als der LSB-Wert sind.
In Fig. 14a bis 14h ist der Ablauf der vorstehend beschriebe
nen Berechnung dargestellt, wobei eine A/D-Umsetzung mittels
acht Bits durchgeführt wird, und eine Verdichtung bei drei
Bits durchgeführt wird. Die letzten Daten des vorhergehenden
Blocks sollen 00000110 sein. Fig. 14a zeigt die Daten, welche
durch eine A/D-Umsetzung von Sprachdaten erhalten worden
sind. Fig. 14b zeigt die Daten, welche durch Differenzenbil
dung zu dem vorherigen Abtastwert erhalten worden sind. Das
Maximum eines Absolutwerts der Daten in diesem Block ist #8,
und der Skalierwert ist b₄. In Fig. 14b ist der Skalierwert
durch "pos" angezeigt. Fig. 14c zeigt die Daten, welche durch
Differenzenbildung mit den letzten Daten 00000110 des vorhe
rigen Blocks erhalten worden sind. Fig. 14d zeigt die Daten,
welche durch Addieren des halben LSB-Werts zu den Daten der
Fig. 14c erhalten worden sind. Fig. 14e zeigt die Daten,
nachdem die Bits kleiner als LSB von den Daten der Fig. 14d
weggelassen wurden. Fig. 14f zeigt die Daten, die erhalten
wurden, indem Differenzgrößen mit der früheren Probe der Da
ten der Fig. 14e genommen wurden. Es wird nun angenommen, daß
#1 dieselben Daten wie diejenigen der Fig. 14e sind. Fig. 14g
zeigt die Daten, welche erhalten worden sind, indem die
quasi-momentane Verdichtung an einer Stelle POS auf drei Bits
bewirkt wird, POS addiert wird und ein Block übertragen wird,
Fig. 14h zeigt die Daten, welche am Empfänger basierend auf
Fig. 14g dekodiert worden sind.
Bei der in Fig. 13a und 13b dargestellten Ausführungsform
durchläuft eine Sprachwellenform SS ein Tiefpaßfilter 1, um
dadurch eine Bandverdichtung der Abtastfrequenz eines A/D-Um
setzers 2 auf die Hälfte oder weniger zu bewirken; eine Quan
tisierung wird mittels des A/D-Umsetzers 2 bewirkt. Die auf
diese Weise A/D umgesetzten Daten DS werden in einem Puffer
gespeichert, von welchem aus ein Datenblock eine den Maximal
wert begrenzende Schaltung 5 durchläuft, um Differenzen der
Daten zu erzeugen, welche dann einer Skalierwert-Setzeinheit
7 zugeführt werden. In der Einheit 7 wird ein Absolutwert
jeder der Differenzdaten genommen, und aus einem Maximum
eines derartigen Absolutwerts wird ein wirksames
höchstwertiges Bit oder ein Skalierwert festgelegt. Gleich
zeitig werden die A/D umgesetzten Daten in einem Puffer 6
gespeichert, um Differenzen mit den zuletzt dekodierten Da
ten des vorherigen Blocks zu berechnen und der halbe LSB-
Wert wird zu den Differenzdaten addiert, während die Bit,
welche kleiner als der LSB-Wert sind, in der Rundungsschal
tung 43 ausgeschieden werden. Hierbei wird eine Differenz
von Ausgangssignalen der Rundungsschaltung 43 genommen,
um zu verhindern, daß die Begrenzungsschaltung 44 über
läuft, wenn die quasi-momentane Verdichtung durchgeführt
wird.
Da keine Differenz für die Daten am Anfang eines Blockes
gebildet wird, wird der zu subtrahierende Wert durch den
Selektor 47 auf "0" gesetzt. Der Differenzwert wird in
dem Datenumsetzer 45 verarbeitet, um die Bitbreite zu redu
zieren und um sie dann über den Multiplexer 13, wo sie
gemischt wird, zusammen mit dem Skalierwert auszugeben.
Dann wird eine lokale Dekodierung durchgeführt, um Daten
durch die quasi-momentane Dehnungseinheit 14 und den Inte
grator 15 auszugeben, und die letzten Daten des Blockes wer
den in jedem der Register gesetzt. Die Steuereinheit 50
schaltet zwischen dem Festlegen des Skalierwerts und der
Durchführung einer Kodierung. Im Falle des Bestimmens des
Skalierwerts während der Ausgabebetrieb des Integrators 15
und des Multiplexers 13 und auch der Betrieb des Puffers
6 gestoppt ist, wird der Eingang des Registers 9 zu dem
Addierer 8 geschaltet, und der Puffer 3 und die Skalier
wert-Setzeinheit 7 werden aktiv gemacht. Andererseits wird
im Falle der Durchführung der Kodierung während des Aus
gabebetriebs des Integrators 15 und des Multiplexers 13
und auch während der Puffer 6 aktiv ist, die Operation des
Puffers 3 und auch die der Skalierwert-Setzeinheit 7 ge
stoppt, um dadurch die Ausgabe des Skalierwerts zurückzu
halten. Wenn außerdem das erste Wort eines Blockes kodiert
wird, wird der Selektor auf "0" geschaltet, und der Aus
gang des Integrators wird an jedes der Register abgegeben.
Claims (4)
1. Sprachsignal-Kodierverfahren, wonach PCM-kodierte
Sprachdaten in zeitlich gesteuerter Folge in Blöcke
unterteilt werden, wobei jeder Block eine vorbestimmte
Anzahl Daten hat, wonach Kodedaten aus einer
vorherbestimmten Anzahl von Differenzdatenbits, welche
Differenzdaten entsprechend Differenzwerten jeweils
aufeinanderfolgender, benachbarter Daten wiedergeben,
gebildet werden und einen Skalierwert enthalten, welcher
die Position des höchstwertigsten, gesetzten Bits innerhalb
des Maximalwertes der absoluten Differenzdaten in jedem
Block repräsentieren, und dieses höchstwertigste, gesetzte
Bit einschließen, um dadurch die Sprachdaten zu verdichten,
und die Kodedaten so zu korrigieren, daß der Fehler
zwischen dekodierten Werten der Kodedaten und den
originalen Sprachdaten, welche diesen Kodedaten
entsprechen, auf ein Minimum herabgesetzt wird, indem
- a) die in digitale Form gebrachten Abtastwerte des Sprachsignals (DS) in Blöcken gespeichert werden,
- b) aus den gespeicherten Abtastwerten und kumulativen Werten Differenzdaten (DDs) gebildet werden,
- c) der Maximalwert der Differenzdaten auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird,
- d) die begrenzten Differenzdaten (DD) erneut gespeichert werden,
- e) aus den begrenzten Differenzdaten (DD) der Skalierwert für die quasi-momentane Verdichtung bestimmt wird,
- f) bei der Skalierwertbestimmung gemäß Schritt (e) unter den Differenzdaten (DD) ein Datenwort identifiziert wird, welcher seinem Betrag nach der größte ist, und das höchstwertigste Bit seines Bitmusters festgelegt wird und dessen Bitposition die Skalierdaten (DK) bildet,
- g) die erneut gespeicherten begrenzten Differenzdaten einer quasi-momentanen Verdichtung unterzogen werden, wobei für jeden Abtastwert ein quasi-momentaner Verdichtungs-Kodierschritt durchgeführt wird und wobei die Skalierdaten (DK) bei der Verdichtung der Differenzdaten mitverwendet werden, und
- h) die verdichteten Differenzdaten (DC) (Kodedaten) unter erneuter Verwendung der Skalierdaten (DK) und unter Verwendung der kumulativen Werte optimiert werden, wobei bei der Optimierung jeder Block der verdichteten Differenzdaten (DC) gemäß einem quasi-momentanen Dehnungsverfahren dekodiert wird und die dabei erhaltenen dekodierten Daten (DE) zusammen mit den begrenzten Differenzdaten zur Bildung der kumulativen Werte herangezogen werden.
2. Kodierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zu dem ermittelten Skalierwert ein Wert hinzuaddiert
und von diesem ein Wert subtrahiert wird, um mehrere
Skalierwerte zu erhalten.
3. Kodierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß aus den mehreren Skalierwerten derjenige ausgewählt
wird, welcher zu einem minimalen Fehler zwischen den
dekodierten Daten und den integrierten, begrenzten
Differenzdaten führt.
4. Kodierverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wert 1 ist.
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