DE69005010T2

DE69005010T2 - Einrichtung zur Sprachkodierung und -Dekodierung.

Info

Publication number: DE69005010T2
Application number: DE90107330T
Authority: DE
Inventors: Shinya Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPH02281300A; EP0393614B1; CA2014643C; DE69005010D1; AU616349B2; AU5374190A; CA2014643A1; EP0393614A1; JPH0782359B2; US5091944A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung eines Verfahrens zum Komprimieren und Expandieren der Zeitachse einer linear prädiktiven Restsignalform in einer Einrichtung zur Sprachkodierung und -dekodierung, die zum Übertragen oder Speichern eines Eingabesprachsig nals in der Form eines digitalen Signals verwendet wird.
Ein Verfahren zum Extrahieren einer linear prädiktiven Restsignalform (im weiteren als "Restsignalform" bezeichnet) aus einer Sprachsignalform-Eingabe nach linear prädiktiver Analyse und zu ihrer Quantisierung zusammen mit dem linear prädiktiven Koeffizienten, usw. ist eines der effektivsten Kompresssions-Kodierverfahren. Eine Einrichtung zur Sprachkodierung und -dekodierung, wie in den Fig.en 4A und 4B gezeigt, die dieses Verfahren zusammen mit einem Verfahren zum Komprimieren der Zeitachse einer Restsignalform verwendet, wobei eine Teilungsperiode verwendet wird, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die in den Fig.en 4A und 4B gezeigte Einrichtung ist ähnlich zu der in "Algorithm of 8-16 Kbps Residual Compressing Method (TOR) Algorithm Utilizing Pitch Information", the Transactions of Acoustical Society of Japan 3-2-1 (March, 1986) beschriebenen.
Fig. 4A zeigt einen Kodierteil und Fig. 4B einen Dekodierteil. In diesen Zeichnungen steht das Bezugszeichen 1 für eine Eingabesprachsignalform, 2 für eine linear prädiktive Inversfiltereinrichtung, 3 für eine linear prädiktive Analyseeinrichtung 3, 4 für eine Restsignalform, 5 für einen linear prädiktiven Koeffizienten, 23 für eine Teilungsextrahiereinrichtung, 8 für eine Teilungsperiode, 24 für eine Rest-Ausdünnungseinrichtung, 25 für eine stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungseinrichtung; 26 für eine stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungsinformation, 27 für eine ausgedünnte Restsignalform, 28 für eine Rest- Quantisierungseinrichtung, 13 für einen quantisierten Rest, 14 für eine Multiplexereinrichtung, 15 für einen Übertragungspfad, 16 für eine Trenneinrichtung, 29 für eine Rest-Inversquantisierungseinrichtung, 30 für eine invers quantisierte Restsignalform, 31 für eine Rest- Reproduktionseinrichtung, 20 für eine reproduzierte Restsignalform, 21 für eine linear prädiktive synthetische Filtereinrichtung und 22 für eine synthetisierte Sprachsignalform.
Die Funktionsweise der Einrichtung nach dem Stand der Technik wird im folgenden beschrieben.
Der in Fig. 4A gezeigte Kodierteil wird zuerst erklärt.
Die Eingabesprachsignalform 1 (zeitliche Folgen von diskreten Wertdaten) wird einer linear prädiktiven Analyse durch die linear prädiktive Analyseeinrichtung 3 für jeden Analysedatenübertragungsblock (im weiteren als "Datenübertragungsblock" bezeichnet), der eine feste Länge besitzt, unterzogen, um einen linear prädiktiven Koeffizienten 5 zu erhalten. Die linear prädiktive Analyseeinrichtung 3 gibt den erhaltenen linear prädiktiven Koeffizienten 5 an die linear prädiktive Inversfiltereinrichtung 2 und die Multiplexereinrichtung 14 aus. Die linear prädiktive Inversfiltereinrichtung 2 wendet einen linear prädiktiven Inversfiltervorgang auf die Eingabesprachsignalform 1 für jeden Datenübertragungsblock an, wobei sie den linear prädiktiven Koeffizienten 5 verwendet, und erhält dadurch die Restsignalform 4. Die Teilungsextrahiereinrichtung 23 berechnet die Teilungsperiode 8 aus der Restsignalform 4 und dem der Eingabesprachsignalform 1 entsprechenden Datenübertragungsblock, beispielsweise unter gemeinsamer Verwendung eines AMDF-Verfahrens und eines Autokorrelationsverfahrens. Die stimmnaft/nicht stimmhaft Entscheidungseinrichtung 25 entscheidet auf der Grundlage des Energiewertes der Restsignalform 4 des entsprechenden Datenübertragungsblocks und des über die Teilungsextrahiereinrichtung 23 erhaltenen AMDF-Wertes (in Übereinstimmung mit dem AMDF-Verfahren), ob eine Eingabesprachsignalform stimmhaft ist oder nicht, und gibt das Ergebnis als stimmhaft/nicht stimmhaft Information 26 aus. Die Rest- Ausdünnungseinrichtung 24 gibt eine repräsentative Restsignalform 27 aus, indem sie die Restsignalform 4 unter Verwendung der Teilungsperiode 8 der Restsignalform 4 des Datenübertragungsblocks ausdünnt, wenn sie als stimmhaft beurteilt wurde. Ein Beispiel des Ausdünnungsvorgangs bei einer stimmhaften Signalform durch die Rest-Ausdünnungseinrichtung 24 ist in Fig. 5 gezeigt.
In Fig. 5 stellt die Signalform (a) eine Restsignalform 4 dar. Die Rest-Ausdünnungseinrichtung 24 extrahiert den Teil (den rechteckigen Teil, der sich zwischen dem augenblicklichen Datenübertragungsblock und dem nächsten Datenübertragungsblock in der Signalform (a) erstreckt) der Restsignalform, in dem ein Restpuls mit maximaler Amplitude enthalten ist, und die Summe der Absolutwerte der Amplituden der fortlaufenden festgelegten Anzahl von Restpulsen ist das Maximum der Restsignalform im Teilungsabschnitt (Abschnittweite: P), der sich bis zum nächsten Datenübertragungsblock erstreckt, und gibt die Restsignalform in dem Teil als eine repräsentative Restsignalform 27 aus. Die Signalformen (b) in Fig. 5 sind repräsentative Restsignalformen 27 des vorhergehenden und des augenblicklichen Datenübertragungsblocks.
Wenn die stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungseinrichtung 25 entscheidet, daß die Signalform eine nicht stimmhafte Signalform ist, sortiert die Rest-Ausdünnungseinrichtung 24 die Restpulse der Reihe der Amplitude nach, extrahiert eine festgelegte Anzahl von Restpulsen und gibt sie als repräsentative Restsignalform 27 aus.
In Übereinstimmung mit der stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungsinformation 26 quantisiert die Rest-Quantisierungseinrichtung 28 die von der Rest-Ausdünnungseinrichtung ausgegebene repräsentative Restsignalform 27 mittels Quantisierungsbitzuordnung, die voreingestellt ist und unterschiedlich ist, abhängig davon, ob die Signalform stimmhaft oder nicht stimmhaft ist, und gibt den quantisierten Rest 13 aus. Die Multiplexereinrichtung 14 sendet gleichzeitig die Teilungsperiode 8, die stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungsinformation 26, den quantisierten Rest 13 und den linear prädiktiven Koeffizienten 5, und gibt das Ergebnis als kodierte Sprachinformation an den Übertragungspfad 15 aus.
Der in Fig. 4B gezeigte Dekodierteil wird im folgenden erklärt.
Die Trenneinrichtung 16 trennt die über den Übertragungspfad 15 zugeführte kodierte Sprachinformation in die Teilungsperiode 8, die stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungsinformation 26, den quantisierten Rest 13 und den linear prädiktiven Koeffizienten 5. Die Rest-Inversguantisierungseinrichtung 29 quantisiert den quantisierten Rest 13 mittels Bitzuordnung invers, wobei die stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungsinformation 26 auf dieselbe Weise verwendet wird, wie bei der Quantisierung durch die Rest- Quantisierungseinrichtung 28, und gibt das Ergebnis als repräsentative Restsignalform 30 aus. Wenn die stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungseinrichtung 25 entscheidet, daß die Signalform des augenblicklichen Datenübertragungsblocks eine stimmnafte Signalform ist, wiederholt die Rest-Reproduktionseinrichtung 31 die repräsentative Restsignalform 30 im augenblicklichen Datenübertragungsblock in jeder Teilungsperiode 8, während die im vorhergehenden Datenübertragungsblock reproduzierte Restsignalform und ihre Amplitude interpoliert werden, wodurch der Rest im gesamten Datenübertragungsblock reproduziert wird. Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Reproduktionsvorgangs eines Rests einer stimmhaften Sprache, der durch die Rest- Reproduktionseinrichtung 31 durchgeführt wird. Die Rest- Reproduktionseinrichtung 31 wiederholt die repräsentative Restsignalform 30 im augenblicklichen, mit dem Symbol (b) bezeichneten Datenübertragungsblock in Fig. 5 in jeder Teilungsperiode 8 während die Restsignalform des vorhergehenden Datenübertragungsblocks und seine Amplitude reproduziert werden, wodurch eine reproduzierte Restsignalform 20 (c) erhalten wird. Andererseits, wenn die stimmhaft/nicht stimmhaft Entscheidungseinrichtung 25 die Signalform des augenblicklichen Datenübertragungsblocks als nichtstimmhafte Signalform beurteilt, stellt die Rest-Reproduktionseinrichtung 31 den Puls der repräsentativen Restsignalform 30 an der Position vor dem Ausdünnen und reproduziert die Restsignalform.
Die Rest-Reproduktionseinrichtung 31 gibt die Restsignalform als reproduzierte Restsignalform 20 aus. Die linear prädiktive synthetische Filtereinrichtung 21 synthetisiert die Sprachsignalform des Dateflübertragungsblocks aus der reproduzierten Restsignalform 20 mittels linear prädiktiver synthetischer Filterung unter Verwendung des linear prädiktiven Koeffizienten 5 und gibt die synthetisierte Sprachsignalform 22 aus.
Eine Einrichtung zur Sprachkodierung und -dekodierung nach dem Stand der Technik weist jedoch die folgenden Probleme auf. Wenn der Rest eines stimmhaften Geräusches mittels eines Dekodierteils reproduziert wird, wird die repräsentative Restsignalform 27 des augenblicklichen Datenübertragungsblocks in jeder Teilungsperiode wiederholt während die repräsentative Restsignalform 27 und ihre Amplitude des vorhergehenden Rahmens, wie vorstehend beschrieben, interpoliert werden. Daher wird in einem Teilungsabschnitt, der mittels Interpolation reproduziert wird und in dem nur eine geringe Korrelation zwischen der Original- Restsignalform 4 und der repräsentativen Restsignalform 27 besteht, eine große Verzerrung zwischen der Original- Signalform und der reproduzierten Restsignalform 20 produziert, wodurch sich die Qualität der reproduzierten Sprachsignalform 22 verschlechtert.
Zusätzlich, da die Restsignalform 4 einer stimmhaften Sprache, die sich zwischen dem augenblicklichen Datenübertragungsblock und dem nächsten Datenübertragungsblock erstreckt, ausgedünnt wird und durch den Dekodierteil reproduziert wird, wenn die Teilungsperiode des augenblicklichen Datenübertragungsblocks aufgrund eines im Übertragungspfad 15 erzeugten Bitfehlers fehlerhaft übertragen wird, beeinflußt eine durch diesen Fehler verursachte Verzerrung der reproduzierten Restsignalform 20 die vorangehenden Datenübertragungsblöcke. Das bedeutet, es gibt eine geringe Fehlersicherheit im Übertragungspf ad 15.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu eliminieren und eine Einrichtung zur Sprachkodierung und -dekodierung zu schaffen, die die Zeitachse nur an dem Teil komprimiert, der eine hohe Korrelation mit den benachbarten Teilungsabschnitten besitzt, unter Verwendung der Teilungsperiode einer Restsignalform einer stimmnaften Sprache, und die Kompression der Zeitachse und die Reproduktion der Restsignalform innerhalb des augenblicklichen Datenübertragungsblocks vervollständigt.
Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Sprachkodierung und -dekodierung einen Kodierteil und einen Dekodierteil. Der Kodierteil besteht aus: einer linear prädiktiven Analyseeinrichtung zum Berechnen eines linear prädiktiven Koeffizienten mittels linear prädiktiver Analyse der Signalform eines Eingabesprachsignals für jeden vorbestimmten Analysedatenübertragungsblock; einer linear prädiktiven Inversfiltereinrichtung zum Erhalten eines linear prädiktiven Restsignals aus dem Sprachsignal unter Verwendung des linear prädiktiven Koeffizienten, der mittels der linear prädiktiven Analyseeinrichtung berechnet wurde; gekennzeichnet durch: eine Teilungsanalyseeinrichtung zum Teilen des Analysedatenübertragungsblocks in zumindest einen Block und zum Berechnen der Stärke der Korrelativität zwischen der Teilungsperiode der Signalform des linear prädiktiven Restsignals für jeden Block, der den Analysedatenübertragungs block bildet; eine Restsignal-Teilkomprimietungseinrichtung zum Komprimieren der Zeitachse des linear prädiktiven Restsignals für jeden Block in Übereinstimmung mit der Stärke der Korrelativität der mittels der Teilungsanalyseeinrichtung berechneten Signalform; und eine Restsignal- Quantisierungseinrichtung zum Quantisieren des linear prädiktiven Restsignals, das durch die Restsignal- Teilkomprimierungseinrichtung einer Zeitachsenkomprimierung unterzogen wurde.
Der Dekodierteil besteht aus: einer Trenneinrichtung zum Trennen eines linear prädiktiven Koeffizientensignals, eines quantisierten linear prädiktiven Restsignals, eines Teilungsperiodensignals des linear prädiktiven Restsignals und eines Komprimierungssignals entsprechend einem Zeitachsenkomprimierungsteil und einem Komprimierungszustand aus einem Eingangssignal; einer Restsignal-Inversquantisierungseinrichtung zum inversen Quantisieren des quantisierten linear prädiktiven Restsignals, das durch die Trenneinrichtung getrennt wurde; einer Restsignal- Teilexpansionseinrichtung zum Teilexpandieren des linear prädiktiven Restsignals, das durch die Restsignal- Inversquantisierungseinrichtung invers quantisiert wurde, auf der Grundlage des Teilungsperiodensignals und des Kornprimierungssignals, die durch die Trenneinrichtung getrennt werden; und einer linear prädiktiven synthetischen Filtereinrichtung zum Erhalten eines Sprachsignals aus dem linear prädiktiven Restsignal, das durch die Restsignal- Teilexpansionseinrichtung teilexpandiert wird, auf der Grundlage des linear prädiktiven Koeffizientensignals, das durch die Trenneinrichtung getrennt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß, da das Ziel der Zeitachsenkomprimierung nur der Teil ist, der eine hohe Korrelation zwischen benachbarten Teilungsperiodenabschnitten besitzt, und die Restsignalform für zwei benachbarte Teilungsperiodenabschnitte in die Restsignalform für einen Teilungsperiodenabschnitt mittels Mittelungsprozeß komprimiert wird, ist es möglich die Konfiguration der Restsignalform vor der Komprimierung beizubehalten. Zusätzlich, da die Quantisierungsbits vorzugsweise dem komprimierten Teil zugeordnet werden, der doppelt soviel Information besitzt wie der andere Teil, um Quantisierungsfehler zu verringern, wird die produzierte Verzerrung zwischen der reproduzierten Restsignalform, die mittels des Expansion der Zeitachse expandiert wird, und der Restsignalform vor der Komprimierung verringert, wodurch eine reproduzierte Signalform mit einer guten Qualität reproduziert wird.
Weiterhin wird erfindungsgemäß, da die Zeitachsenkomprimierung und Expansion zur Verarbeitung der Restsignalform in einem Datenübertragungsblock innerhalb des Datenübertragungsblocks beendet wird, die Verzerrung der reproduzierten Restsignalform aufgrund des Übertragungsfehlers der Teilungsperiode auf den entsprechenden Datenübertragungsblock beschränkt, wodurch die Sicherheit gegenüber einem Übertragungsfehler erhöht wird.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Es zeigen:
Fig.en 1A und 1B Blockdiagramme eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
Fig.en 2A, 2B, 3A und 3B erläuternde Ansichten der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
Fig.en 4A und 4B Blockdiagramme einer Kodier- und Dekodiereinrichtung nach dem Stand der Technik; und
Fig. 5 eine erläuternde Ansicht der Arbeitsweise der in den Fig.en 4A und 4B gezeigten Einrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Fig.en 1A und 1B beschrieben. Es werden dieselben Bezugszeichen für Elemente verwendet, die den in Fig. 4 gezeigten entsprechen und ihre Erklärung wird weggelassen.
Fig. 1A zeigt einen Kodierteil und Fig. 1B einen Dekodierteil. Bezugszeichen 6 stellt eine Teilungsanalyseinrichtung, 8 eine Teilungsperiode, 9 eine Restsignal- Teilkomprimierungseinrichtung, 10 eine Komprimierungssteuerinformation, 11 eine teilkomprimierte Restsignalform, 12 eine Restsignal-Quantisierungseinrichtung, 17 eine Restsignal-Inversguantisiereinrichtung, 18 eine teilkomprimierte Restsignalform und 19 eine Restsignal-Teilexpansionseinrichtung.
Die Arbeitsweise wird im folgenden beschrieben.
Die Teilungsanlayseeinrichtung 6 erhält eine Teilungsperiodenlänge P der Restsignalform 4 über den gesamten Teil des entsprechenden Datenübertragungsblocks, beispielsweise mittels Autokorrelation, und gibt das Ergebnis als Teilungsperiode 8 aus. Die Analysedatenübertragungsblocklänge N wird auf nicht weniger als die doppelten maximalen Teilungsperiode der Sprache eines Menschen im allgemeinen eingestellt. Die Teilungsanalyseeinrichtung 6 teilt den Datenübertragungsblock beispielsweise in zwei Blöcke (Block 1, Block 2) auf und erhält für jeden Block die korrelativen Werte B&sub2; und B&sub1; zwischen dem Teilungszeitraum 8 der Restwellenform 4. Die korrelativen Werte B&sub1; und B&sub2; werden als die teilweise Teilungs-korrelative-Werte 7 ausgegeben.
Die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung 9 komprimiert die Zeitachse der Restsignalform 4, unter Verwendung der teilweisen Teilungs-korrelativen-Werte B&sub1; und B&sub2; und der Teilungszeitraumlänge P, und gibt die teilkomprimierte Restsignalform 11 und die Komprimierungssteuerinformation 10 aus. Die Einzelheiten der Zeitachsenkomprimierung der Restsignalform, die durch die Restsignal- Teilkomprimierungseinrichtung 9 durchgeführt wird, wird im folgenden beschrieben.
Wenn der teilweise Teilungs-korrelative-Wert B&sub1; größer ist als B&sub2; und B&sub1; größer ist als ein voreingestellter Schwellenwert TH, komprimiert die Restsigna-Teilkomprimierungseinrichtung 9 die Zeitachse für den Block 1. Die Restsignalform für zwei benachbarte Teilungsabschnitte wird nacheinander in die Restsignalform 11 komprimiert, für einen Teilungsperiodenabschnitt vom Anfang des Datenübertra- gungsblocks zu seinem Ende, unter Verwendung der folgenden Gleichung (1):
RCi = (RSi + RSi+p)/2 (i = φ, P-1) ... (1)
wobei RSi die Restsignalform 4 für zwei entsprechend Teilungsabschnitte darstellt, RCi die Restsignalform 11 nach der Komprimierung und P eine Teilungsperiodenlänge. Zum Zwecke einer einfacheren Erklärung wird der Wert des Zeigers i als φ bis P-1 angenommen. Der Komprimierungsvorgang wird im wesentlichen fortgesetzt, bis der Anfang des Zwei-Teilungsabschnitts den Block 2 erreicht.
Wenn der teilweise Teilungs-korrelative-Wert B&sub1; kleiner ist als B&sub2;, und B&sub2; größer ist als der Schwellenwert TH, komprimiert die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung 9 die Zeitachse für den Block 2. Die Restsignalform 4 für zwei benachbarte Teilungsabschnitte wird nacheinander in die Restsignalform 11 komprimiert, für einen Teilungsabschnitt von einem Ende des Datenübertragungsblock zum Anfang. Der Komprimierungsvorgang wird im wesentlichen fortgesetzt, bis das Ende des Zwei-Teilungsabschnitts den Block 1 erreicht. Fig.en 2A, 2B, 3A und 3B zeigen die Arbeitsweise der Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung 9. Fig.en 2A und 2B zeigen die Arbeitsweise im Falle von N/4 < P ≤ N/3, wobei Fig. 2A die Zeitachsenkompression für den Block 1 (B&sub1; > B&sub2;, und B&sub1; > TH) und Fig. 2B die Zeitachsenkomprimierung für den Block 2 (B&sub2; > B&sub1; und B&sub2; > TH) zeigt. Fig.en 3A und 3B zeigen die Arbeitsweise im Falle von N/5 < P ≤ N/4, wobei Fig. 3A die Zeitachsenkomprimierung für den Block 1 und Fig. 3B die Zeitachsenkomprimierung für den Block 2 zeigt.
Wenn B&sub1; < TH und B&sub2; < TH ist, dann führt die Restsignal- Teilkomprimierungeinrichtung 9 keine Zeitachsenkompression durch, sondern gibt es an die Rest- Quantisierungseinrichtung 12 aus, wie es ist. Die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung 9 gibt die Information auch aus, unabhängig davon, ob die Restsignalform 4 einer Zeitachsenkomprimierung unterzogen wurde oder nicht und von der Blockanzahl der teilkomprimierten Restsignalform 11, wenn Zeitachsenkomprimierung durchgeführt wird, wie beispielsweise die Komprimierungssteuerinformation 10. Die Rest-Quantisierungseinrichtung 12 quantisiert die teilkomprimierte Restsignalform 11 unter Verwendung der Komprimierungssteuerinformation 10 und gibt das Ergebnis als qunatisierten Rest 13 aus. Der Arbeitsablauf der Rest-Quantisierungseinrichtung l2 wird im folgenden beschrieben.
Wenn die eingegebene teilkomprimierte Restsignalform 11 nach der Komprimierungssteuerinformation 10 beurteilt wird, daß sie einer Zeitachsenkomprimierung unterzogen wurde, quantisiert die Rest-Quantisierungseinrichtung 12 die teilkomprimierte Restsignalform 11 durch bevorzugtes Zuordnen von Quantisierungsbits zu dem Block, der von der Komprimierungssteuerinformation als der Zeitachsenkomprimierung unterzogen beurteilt wurde. Es wird im folgenden angenommen, das dieselbe Anzahl Quantisierungsbits wie die Anzahl der Restabtastwerte im Datenübertragungsblock vor der Komprimierung für die Rest-Quantisierung zugeteilt wird. Wenn die Zeitachsenkomprimierung für den Block 1 durchgeführt wird, wird 1 Bit zuerst jedem Abtastwert vom Anfang zum Ende der teilkomprimierten Restsignalform 11 in Serie zugeordnet. Die teilkomprimierte Restsignalform besitzt eine veränderliche Länge, und nachdem 1 Bit zu jedem Abtastwert der teilkomprimierten Restsignalform 11 zugeordnet wurde, sind dort überflüssige Zuordnungsbits. Ein weiteres Bit wird den Abtastwerten vom Anfang bis zum Ende zugeordnet. Dieses Verfahren der Bitzuordnung beabsichtigt viele Bits der teilkomprimierten Signalform 11 für den Komprimierungsabschnitt zuzuordnen, wodurch die durch die Quantisierung in diesem Abschnitt verurachte Verzerrung verringert wird. Andererseits, wenn die Zeitachsenkomprimierung im Block 2 durchgeführt wird, wird eine ähnliche Bit-Zuordnung vom Ende bis zum Anfang der teilkomprimierten Restsignalform 11 durchgeführt.
Wenn die eingegebene teilkomprimierte Restsignalform 11 als keiner Zeitachsenkomprimierung unterzogen beurteilt wird, ordnet die Rest-Quantisierungseinrichtung 12 einheitlich 1 Quantisierbit jedem Abtastwert zu.
Nun wird der in Fig. 1B gezeigte Dekodierteil erläutert.
Die Rest-lnversquantisiereinrichtung 17 berechnet die Anzahl der Abtastwerte des guantisierten Rests 13 und die Anzahl der Quantisierungszuordnungsbits für jeden Abtastwert aus der Teilungsperiode 8 und der Komprimierungssteuerinformation 10, dadurch die teilkomprimierte Restsignalform 18 mittels inverser Quantisierung des quantisierten Rests 13 erhaltend.
Die Rest-Teilexpansionseinrichtung 19 expandiert die Zeitachse des Teils der tei1komprimierten Restsignalform 18, der der Zeitachsnekomprimierung unterzogen wurde, auf der Grundlage der Teilungsperiode 8 und der Komprimierungssteuerinformation 10, dadurch die reproduzierte Restsignalform 20 erhaltend und ausgebend. Die Arbeitsweise der Rest-Teilexpansioneinrichtung 19 wird im folgenden detailliert erklärt.
Wenn die eingegebene teilkomprimierte Restsignalform 18 aus der Komprimierungssteuerinformation 10 als der Zeitachsenkomprimierung für den Block 1 unterzogen beurteilt wird, expandiert die Rest-Teilexpansionseinrichtung 19 nacheinander die teilkomprimierte Restsignalform 18 in einem Ein-Teilungs-Abschnitt auf eine Länge entsprechend dem Zwei-Teilungs-Abschnitt unter Verwendung der folgenden Gleichung (2) vom Anfang bis zum Ende der teilkomprimierten Restsignalform 18:
RSi = RCi
RSi+p = RCi (i = φ, P-1) ... (2)
wobei RC&sub1; die teilkomprimierte Restsignalform 18 für einen Ein-Teilungs-Abschnitt des komprimierten Teils darstellt und RSi die Restsignalform 20 nach der Expansion. Zum Zwecke der Vereinfachung einer Erklärung wird davon ausgedaß der Wert des Zeigers i zwischen φ und P-1 liegt. Der Expansionsvorgang wird fortgestzt, bis die gesamte Länge der reproduzierten, expandierten Restsignalform 20 nicht weniger als die Hälfte der Datenübertragungsblocklänge N (d.h. nicht weniger als die Länge des Blocks 1) erreicht hat.
Wenn die eingegebene teilkomprimierte Restsignalform 18 anhand der Komprimierungssteuerinformation 10 als der Zeitachsenkomprimierung von Block 2 unterzogen beurteilt wird, expandiert die Rest-Teilexpansionseinrichtung 19 nacheinander die teilkomprimierte Restsignalform 18 in einem Ein-Teilungs-Abschnitt auf eine Länge entsprechend dem Zwei-Teilungs-Abschnitt vom Ende zum Anfang der teilkomprimierten Restsignalform 18, um die reproduzierte Restsignalform 20 zu erhalten. In diesem Fall wird der Expansionsvorgang auch fortgesetzt, bis die gesamte Länge der expandierten, reproduzierten Restsignalform 20 nicht weniger als die Hälfte der Datenübertragungsblocklänge N erreicht. Fig.en 2A, 2B, 3A und 3B zeigen den Rest-Teilexpansionsvorgang.
Wenn die eingegebene teilkomprimierte Restsignalform 18 als nicht der Zeitachsenkomprimierung unterzogen beurteilt wird, gibt die Rest-Teilexpansionseinrichtung 19 die teilkomprimierte Restsignalform 18 aus, so wie sie ist, ohne einen Expansionsvorgang durchzuführen.
Da das Zeitachsenkomprimierungsverhältnis (Länge der Signalform nach der Komprimierung/Länge der Signalform vor der Komprimierung) der mittels der Restsignal- Teilkomprimierungseinrichtung 9 komprimierten Restsignalform 4 in der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit der Teilungsperiode 8 variiert, wird der Wechsel im Zeitachsenkomprimierungsverhältnis berücksichtigt.
Nun wird vorausgesetzt, daß die Restsignalform 4 für zumindest zwei Teilungsperiodenabschnitte in einem Datenübertragungsblock existiert, der eine Länge N besitzt. Im Falle der Komprimierung der Zeitachse der Restsignalform 4 für einen Block (Länge: N/2) mittels des Verfahrens, das in der vorstehenden Erklärung der Arbeitsweise der Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung 9 beschrieben ist, wenn die Länge der zu komprimierenden Restsignalform 4 innerhalb des entsprechenden Blocks liegt, in anderen Worten, wenn die Länge N/2 des Blocks mit zweimal der Teilungsperiodenlänge übereinstimmt, genauer 2P, wird nur die Zeitachse der Restsignalform auf 1/2 verringert (die gesamte Länge der teilkomprimierten Restsignalform 11 wird 3/4 * N) und das Zeitachsnekomprimierungsverhältnis nimmt zu dieser Zeit den Minimalwert an. Demgemäß, wenn das Komprimierungsverhältnis der mittels der Rest- Teilkomprimierungseinrichtung 9 komprimierten Restsignalform 4 entsprechend der vorliegenden Erfindung als R angenommen wird, befindet sich R im durch die folgende Ungleichung (3) dargestellten Rahmen:
½≤R≤3/4 ... (3)
In diesem Ausführungsbeispiel wird die teilkomprimierte Restsignalform 11 nach der Zeitachsenkomprimierung mittels der Restsignal-Teilkomprimierungeinrichtung 9 mittels der Rest-Quantisierungseinrichtung 12 quantisiert, wie es im Kodierteil ist. Alternativ kann der Teilungs prädiktive Koeffizient zusätzlich zur Teilungsperiode 8 mittels der Teilungsanalyseeinrichtung 6 erhalten werden, um die teilkomprimierte Restsignalform 11 der Teilungs-prädiktiven Inversenfilterung vor der Quantisierung durch die Restsignal-Quantisierungseinrichtung 12 zu unterziehen. In diesem Fall ist es nötig, daß der Dekodierteil die teilkomprimierte Restsignalform 18 nach der Rest- Inversquantisierung einer Teilungs-prädiktiven, inversen inversen Synthesefilterung unterzieht.
Während beschrieben wurde, was im Augenblick ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, ist verständlich, daß zahlreiche Modifikationen daran vorgenommen werden können und es ist beabsichtigt, daß die nachfolgenden Ansprüche alle derartigen Modifikationen, die in den Schutzumfang fallen, einschließen.

Claims

1. Einrichtung zur Sprachkodierung für linear prädiktive Kodierung eines Eingangssprachsignals (1), wobei die Einrichtung folgendes umfaßt:

eine linear prädiktive Analyseeinrichtung (3) zum Berechnen eines linear prädiktiven Koeffizienten (5) mittels linear prädiktiver Analyse der Signalform eines Eingangssprachsignals (1) für jeden vorbestimmten Analysedatenübertragungsblock;

eine linear prädiktive Inversfiltereinrichtung (2) zum Erhalten eines linear prädiktiven Restsignals (4) aus dem Sprachsignal (1) unter Verwendung des linear prädiktiven Koeffizienten (5), der mittels der linear prädiktiven Analyseeinrichtung (3) berechnet wurde;

gekennzeichnet durch:

eine Teilungsanalyseeinrichtung (6) zum Teilen des Analysedatenübertragungsblocks in zumindest einen Block und zum Berechnen der Stärke der Korrelativität zwischen der Teilungsperiode der Signalform des linear prädiktiven Restsignals (4) für jeden Block, der den Analysedatenübertragungsblock bildet;

eine Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung (9) zum Komprimieren der Zeitachse des linear prädiktiven Restsignals (4) für jeden Block in Übereinstimmung mit der Stärke der Korrelativität der mittels der Teilungsanalyseeinrichtung (6) berechneten Signalform; und

eine Restsignal-Quantisierungseinrichtung (12) zum Quantisieren des linear prädiktiven Restsignals (11), das durch die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung (9) einer Zeitachsenkomprimierung unterzogen wurde.

2.Einrichtung zur Sprachkodierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Multiplexereinrichtung (14) zum gleichzeitigen Ausgeben eines linear prädiktiven, von der linear prädiktiven Analyseeinrichtung (3) ausgegebenen Koeffizientensignals (5), eines von der Teilungsanalyseeinrichtung (6) ausgegebenen Teilungsperiodensignals (8), einer Komprimierungsinformation (10) entsprechend einem Komprimierungsblock und einem Komprimierungszustand, der von der Restsignal- Teilkomprimierungseinrichtung (9) ausgegeben wird, und einem von der Restsignal-Quantisierungseinrichtung (12) ausgegebenen quantisierten linear prädiktiven Restsignal (13), und zum Ausgeben des derart erhaltenen Signals an einen Übertragungspfad (15).

3. Einrichtung zur Sprachkodierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung (9) nur die Zeitachse des linear prädiktiven Restsignals (4) für den Block komprimiert, in dem die Stärke der durch die Teilungsanalyseeinrichtung (6) berechneten Korrelativität nicht weniger als einen vorbestimmten Schwellenwert beträgt und größer ist als die im anderen Block.

4. Einrichtung zur Sprachkodierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung (9) die Zeitachse des linear prädiktiven Restsignals (4) für jede zwei benachbarten Teilungsperiodenabschnitte in dem Block in ein Restsignal (11) wiederholt für einen Teilungsperiodenabschnitt komprimiert, in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung:

RCi = (RSi + RSi+p)/2

wobei RCi die linear prädiktive Restsignalform (11) in einem Ein-Teilungsperioden-Abschnitt nach der Komprimierung darstellt, RSi die linear prädiktive Restsignalform in einem Ein-Teilungsperioden-Abschnitt vor der Komprimierung und RSi+p die linear prädiktive Restsignalform (4) in einem Ein-Teilungsperioden-Abschnitt benachbart zu RSi vor der Komprimierung.

5. Einrichtung zur Sprachkodierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Restsignal-Quantisierungseinrichtung (12) das linear prädiktive Restsignal (11) mittels bevorzugtem Zuordnen von Quantisierungszuordnungsbits zu dem linear prädiktiven Restsignal (11) für den Block quantisiert, der der Zeitachsenkomprimierung mittels der Restsignal-Komprimierungseinrichtung (9) unterzogen wurde.

6. Einrichtung zur Sprachkodierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Restsignal-Quantisierungseinrichtung (12) 1 Bit aus einer festgelegten Anzahl von Bits allen Abtastwerten des linear prädiktiven Restsignals (11) im Datenübertragungsblock zuordnet und weiter ein Bit von den nach der Zuordnung übrig bleibenden Bits zu jedem Abtastwert des linear prädiktiven Restsignals (11) in dem Block zuordnet, der der Zeitachsenkomprimierung unterzogen wurde, dadurch das linear prädiktive Restsignal (11) quantisierend.

7. Einrichtung zur Sprachdekodierung eines Sprachsignals, das linear prädiktiv kodiert ist, wobei ein Teil davon einer Zeitachsenkomprimierung unterzogen wurde, wobei die Einrichtung gekennzeichnet ist durch:

eine Trenneinrichtung (16) zum Trennen eines linear prädiktiven Koeffizientensignals (5), eines quantisierten linear prädiktiven Restsignals (13), eines Teilungsperiodensignals (8) des linear prädiktiven Restsignals (13) und eines Komprimierungssignals (10) entsprechend einem Zeitachsen komprimierten Teil und einem Komprimierungszustand aus einem Eingangssignal aus einem Eingangssignal;

eine Restsignal-Inversquantisierungseinrichtung (17) zum inversen Quantisieren des quantisierten linear prädiktiven Restsignals (13), das durch die Trenneinrichtung (16) getrennt wurde;

eine Restsignal-Teilexpansionseinrichtung (19) zum Teilexpandieren des linearen Restsignals (18), das durch die Restsignal-Inversquantisierungseinrichtung (17) invers quantisiert wurde, auf der Grundlage des Teilungsperiodensignals (8) und des Komprimierungssignals (10), die durch die Trenneinrichtung (16) getrennt werden; und

eine linear prädiktive synthetische Filtereinrichtung (21) zum Erhalten eines Sprachsignals (22) aus dem linear prädiktiven Restsignal (20), das durch die Restsignal- Teilexpansionseinrichtung (19) teilexpandiert wird, auf der Grundlage des linear prädiktiven Koeffizientensignals (5), das durch die Trenneinrichtung (16) getrennt wird.

8. Einrichtung zur Sprachdekodierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Restsignal-Inversguantisierungseinrichtung (17) das quantisierte linear prädiktive Restsignal (13) invers quantisiert, mittels Berechnung der Anzahl der quantisierten Abtastwerte und der Anzahl der Bits, die jedem quantisierten Abtastwert vom Teilungsperiodensignal (8) und der Komprimierunginformation (10), die von der Trenneinrichtung (16) getrennt werden, zugeordnet werden.

9. Einrichtung zur Sprachdekodierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Restsignal-Teilexpansionseinrichtung (19) die Expansion bei dem linear prädiktiven Restsignal (18) wiederholt, das einer Zeitachsenkomprimierung durch die Restsignal-Teilkomprimierungseinrichtung (9) in der Einrichtung zur Sprachkodierung für einen Teilungsperiodeabschnitt unterzogen wurde, in ein Signal für zwei Teilungsperiodenabschnitte in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen auf der Grundlage des Teilungsperiodensignals (8) und der Komprimierungsinformation (10), die durch die Trenneinrichtung (16) getrennt werden:

RSi = RCi

RSi+p = RCi

wobei RCi die linear prädiktive Restsignalform (18) in einem Ein-Teilungsperioden-Abschnitt vor der Expansion darstellt, RSi die linear prädiktive Restsignalform (20) in einem Ein-Teilungsperioden-Abschnitt nach der Expansion und RSi+p die linear prädiktive Restsignalform (20) in einem Ein-Teilungsperioden-Abschnitt benachbart zu RSi nach der Expansion.