DE69012419T2

DE69012419T2 - Verfahren zum Einrichten von Anregungsimpulsen in einem linearen Pradiktionssprachcodierer.

Info

Publication number: DE69012419T2
Application number: DE69012419T
Authority: DE
Inventors: Tor Bjoern Minde
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: IE901467L; PT93999A; SG163394G; AU629637B2; FI910021A0; CA2032520A1; CN1047157A; EP0397628B1; ATE111625T1; CA2032520C; NO302205B1; IE66681B1; WO1990013891A1; PH27161A; TR24559A; NZ233100A; SE8901697L; NO905471L; DK0397628T3; EP0397628A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Anregungsimpulsen in einem linearen Prädiktionssprachkodierer, der nach dem Mehrfachimpuls-Prinzip arbeitet. Ein derartiger Sprachkodierer kann beispielsweise in einem Mobilfunksystem zur Kompression von Sprachsignalen vor der übertragung von einer mobilen Station eingebaut werden.

STAND DER TECHNIK

Lineare Prädiktionssprachkodierer, die nach dem vorher erwähnten Mehrfachimpuls-Prinzip arbeiten, sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der US-PS 3 624 302, die eine lineare prädiktive Kodierung von Sprachsignalen beschreibt und außerdem aus der US-PS 3 740 476, die lehrt, wie Prädiktionsparameter und prädiktive Restsignale in einem Sprachkodierer gebildet werden konnen.
Beim Bilden eines künstlichen Sprachsignals mittels einer linearen prädiktiven Kodierung wird aus dem ursprünglichen Signal eine Anzahl von Prädiktionsparametern (ak) erzeugt, die das synthetisierte Sprachsignal charakterisieren. Somit kann mit Hilfe dieser Parameter ein Sprachsignal gebildet werden, welches die Redundanz nicht einschließt, die normalerweise in natürlicher Sprache angetroffen wird und deren Umwandlung bei einer Übertragung von Sprache, beispielsweise zwischen einer mobilen Station und einer Basisstation, die in einem Mobilfunksystem vorhanden sind, nicht erforderlich ist. Hinsichtlich einer Bandbreite bietet sich die Übertragung lediglich von Prädiktionsparametern anstelle des ursprünglichen Sprachsignals an, welches eine viel breitere Bandbreite benötigt. Es kann jedoch schwierig sein, das Sprachsignal zu verstehen, welches in einem Empfanger wieder erzeugt wird und ein synthetisches Sprachsignal darstellt, nämlich aufgrund eines Übereinstimmungsmangels zwischen dem Sprachmuster des ursprünglichen Signals und des mit Hilfe der Prädiktionsparameter wieder erzeugten synthetischen Signals. Diese Unzulänglichkeiten sind in der US-PS 4 472 832 (SE-A-456618) ausführlich beschrieben und können durch die Einführung von sogenannten Anregungsimpulsen (Mehrfachimpulsen) zu einem gewissen Ausmaß beseitigt werden, wenn die synthetische Sprachkopie gebildet wird. In diesem Fall wird das ursprüngliche Spracheingangsmuster in Rahmenintervalle unterteilt. Innerhalb eines derartigen Intervalls werden einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen mit verschiedener Amplitude und Phasenposition (Zeitposition) einerseits in Abhängigkeit von den Prädiktionsparametern ak und andererseits in Abhängigkeit von dem prädiktiven Rest dk zwischen dem Spracheingangsmuster und der Sprachkopie gebildet. Jeder dieser Impulse kann die Sprachmusterkopie beeinflussen, so daß der pradiktive Rest so klein wie möglich wird. Die erzeugten Anregungsimpulse besitzen eine relativ geringe Bitrate und können somit genau so wie die Prädiktionsparameter in einem schmalen Band kodiert und übertragen werden. Dies ergibt eine Verbesserung der Qualität des wieder erzeugten Sprachsignals.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Für den Fall der oben erwähnten bekannten Verfahren werden die Anregungsimpulse innerhalb jedes Rahmensignals des Spracheingangsmusters erzeugt, indem das Restsignal dk gewichtet wird und indem die erzeugten Werte der Anregungsimpulse zurückgeführt und gewichtet werden, jeweils in einem getrennten Prädiktionsfilter. Die Ausgangssignale von den zwei Filtern werden dann korreliert. Dies wird durchgeführt, indem die Korrelation eine Anzahl von Signalelementen von dem korrelierten Signal maximiert wird, wodurch die Parameter (Amplitude und Phasenposition) der Anregungsimpulse gebildet werden. Der Vorteil dieses Mehrfachimpuls-Algorithmus zur Erzeugung von Anregungsimpulsen liegt darin, daß verschiedene Arten von Schall mit einer geringen Anzahl von Impulsen (zum Beispiel 8 Impulsen pro Rahmenintervall) erzeugt werden können. Der Impuls-Suchalgorithmus ist bezüglich der Positionierung von Impulsen in dem Rahmen allgemein. Es ist möglich, nicht betonte Schalle (Konsonanten) wieder zu erzeugen, die normalerweise statistisch positionierte Impulse benötigen und betonte Schalle (Vokale), die eine kollektiviertere Positionierung der Impulse benötigen.
Ein Nachteil bei dem bekannten Impuls-Positionierungsverfahren besteht darin, daß die nach der Definierung der Impulspositionen bewirkte Kodierung sowohl bezüglich der Berechnung als auch der Speicherung komplex ist. Außerdem benötigt das Verfahren eine große Anzahl von Bits für jede Impulsposition in dem Rahmenintervall. Die Bits in den Kodeworten, die aus den optimalen Kombinationsimpuls-Kodierungsalgorithmen ermittelt werden, neigen außerdem zu Bitfehlern. Ein Bitfehler in dem Kodewort, welches von einem Sender zu einem Empfänger übertragen wird, kann bezüglich der Impulspositionierung bei der Dekodierung des Kodewortes in dem Empfänger schwerwiegende Folgen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, daß die Anzahl von Impulspositionen für die Anregungsimpulse innerhalb eines Rahmenelements so groß ist, daß es möglich ist, eine exakte Positionierung von einem oder mehreren Anregungsimpulsen innerhalb des Rahmens durchzuführen und dennoch ein wieder erzeugtes Sprachsignal einer akzeptablen Qualität nach der Kodierung und übertragung zu erhalten.
Gemäß der bekannten Verfahren werden die richtigen Phasenpositionen für die Anregungsimpulse innerhalb eines Rahmens und folgende Rahmen des Sprachsignals berechnet und eine Positionierung der Impulse wird lediglich in Abhängigkeit von einer komplexen Verarbeitung von Sprachsignalparametern (eines Prädiktionsrestes, eines Restsignals und der Parameter der Anregungsimpulse in einem vorausgehenden Rahmen) bewirkt.
Gemäß des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens werden gewisse Phasenpositionsbeschränkungen bei der Positionierung der Impulse eingeführt, indem eine vorgegebene Anzahl von vorher bestimmten Phasenpositionen für diejenigen Impulse gesperrt bzw. untersagt, die der Phasenposition eines Anregungsimpulses, der schon berechnet worden ist, folgen.
Nach der Berechnung der Position eines ersten Impulses innerhalb des Rahmens und nach der Plazierung dieses Impulses in der berechneten Phasenposition wird diese Phasenposition für folgende Impulse innerhalb des Rahmens gesperrt. Diese Regel wird vorzugsweise auf alle Impulspositionen in dem Rahmen zutreffen.
Dementsprechend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Positionen der Anregungsimpulse innerhalb eines Rahmenintervalls und folgender Rahmenintervalle eines Spracheingangsmusters an einen linearen Prädiktionskodierer vorzusehen, welches einen weniger komplexen Kodierer und eine geringere Bandbreite erfordert und welches das Risiko eines Bitfehlers in der nachfolgenden Aufzeichnung vor der übertragung verkleinert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die in dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale charakterisiert.
Das vorgeschlagene Verfahren kann in einem Sprachkodierer angewendet werden, der gemäß dem Mehrfachimpuls-Prinzip mit einer Korrelation eines ursprünglichen Sprachsignals und der Impulsantwort eines LPC-synthetisierten Signals arbeitet. Das Verfahren kann jedoch auch auf einen sogenannten RPE-Sprachkodierer angewendet werden, bei dem mehrere Anregungsimpulse in dem Rahmenintervall gleichzeitig positioniert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Das vorgeschlagene Verfahren wird im folgenden eingehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines bekannten LPC-Sprachkodierers;
Fig. 2 ein Zeitdiagramm, welches gewisse Signale zeigt, die in dem Sprachkodierer gemäß Figur 1 auftreten;
Fig. 3 ein Diagramm, welches das Prinzip der Erfindung erklärt;
Fig. 4a, 4b ausführlichere Diagramme, die das Prinzip der Erfindung darstellen;
Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches einen Teil eines Sprachkodierers darstellt, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Prinzip arbeitet;
Fig. 6 ein Flußdiagramm für den in Figur 5 gezeigten Sprachkodierer; und
Fig. 7 eine Anordnung von Blöcken, die in dem Flußdiagramm aus Figur 6 enthalten sind.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines bekannten LPC-Sprachkodierers, der gemäß dem Mehrfachimpuls-Prinzip arbeitet. Ein derartiger Kodierer ist eingehend in der US-PS 4 472 832 (SE-A-456618) beschrieben. Ein analoges Sprachsignal, beispielsweise von einem Mikrophon, tritt auf dem Eingang eines Prädiktionsanalysators 110 (Vorhersageanalysators) auf. Zusätzlich zu einem Analog/Digital-Wandler umfaßt der Pradiktionsanalysator 110 außerdem einen LPC-Computer und einen Restsignal-Generator, der Prädiktionsparameter ak beziehungswseise ein Restsignal dk bildet. Die Prädiktionsparameter charakterisieren das synthetisierte Signal, während das Restsignal den Fehler zwischen dem synthetisierten Signal und dem über dem Eingang des Analysators vorhandenen ursprünglichen Sprachsignals zeigt.
Ein Anregungsprozessor 120 empfängt die zwei Signale ak und dk und arbeitet unter einem eine Anzahl von zueinander sequentiellen Rahmenintervallen, die von dem Rahmensignal FC bestimmt werden, um so eine gegebene Anzahl von Anregungsimpulsen während jedes Intervalles zu emittieren. Jeder der Impulse wird durch seine Amplitude Amp und seiner Zeitposition mp innerhalb des Rahmens bestimmt. Die Parameter für Anregungsimpulse Amp, mp werden an einen Kodierer 131 geführt und danach mit den Prädiktionsparametern ak vor der übertragung von beispielsweise einem Funksender multiplexiert.
Der Anregungsprozessor 120 umfaßt zwei Prädiktionsfilter mit der gleichen Impulsantwort zur Gewichtung der Signale dk und Ai, mi in Abhängigkeit von den Prädiktionsparametern ak während einer gegebenen Computer- oder Berechnungsstufe p. Außerdem ist ein Korrelations-Signalgenerator enthalten, der arbeitet, um eine Korrelation zwischen dem gewichteten ursprünglichen Signal (y) und dem gewichteten synthetisierten Signal ( ) jedesmal, wenn ein Anregungsimpuls erzeugt werden soll, zu bewirken. Fuhr jede Korrelation wird eine Anzahl q von "Kandidaten" von Impulselementen Ai, mi (0 ≤ i < I) erhalten, wobei einer von diesen den kleinsten quadratischen Fehler oder den kleinsten absoluten Fehler ergibt. Die Amplitude Amp und die Zeitposition mp für den gewählten "Kandidaten" werden in dem Anregungs-Signalgenerator berechnet. Der Beitrag von dem gewählten Impuls Amp, mp wird dann von dem gewünschten Signal in dem Korrelations-Signalgenerator subtrahiert, um so eine neue Abfolge von "Kandidaten" zu erhalten und das Verfahren wird für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen, die der gewünschten Anzahl von Anregungsimpulsen innerhalb eines Rahmens gleicht, wiederholt. Dies ist ausführlich in der oben erwähnten US-Patentbeschreibung beschrieben.
Figur 2 ist ein Zeitdiagramm über Spracheingangssignale, Prädiktionsreste dk und Anregungsimpulse. Die Anzahl von Anregungsimpulsen ist in diesem Fall auch acht (8), von denen der Impuls Am1, m&sub1; zuerst gewählt wurde (den kleinsten Fehler ergab), und danach der Impuls Am2, m&sub2; usw. innerhalb des Rahmens.
Bei dem früher bekannten Verfahren zur Berechnung der Amplitude Ai und der Phasenposition mi für jeden Anregungsimpuls wird mi= mp für denjenigen Impuls berechnet, der einen maximalen Wert von Alpha i/ Phi ij ergab und die dazugehörige Amplitude Amp wurde berechnet, wobei Alpha m der Kreuzkorrelationsvektor zwischen den Signalen yn und n gemäß der obigen Erklärung ist und wobei Phi mm die Autokorrelationsmatrix für die Impulsantwort der Prädiktionsfilter ist. Irgendeine beliebige Position mp wird akzeptiert, wenn lediglich die obigen Bedingungen erfüllt werden. Der Index p bezeichnet die Stufe, in der die Berechnung eines Anregungsimpulses gemäß der obigen Beschreibung stattfindet.
Gemäß der Erfindung wird ein Rahmen gemäß Figur 2 in der in Figur 3 dargestellten Weise unterteilt. Beispielsweise wird angenommen, daß der Rahmen N = 12 Positionen enthält. In diesem Fall bilden N-Positionen einen Suchvektor (n). Der gesamte Rahmen wird in sogenannte Unterblöcke aufgeteilt. Jeder Unterblock enthält eine vorgegebene Anzahl von Phasen, Wenn beispielsweise gemäß Figur 3 der gesamte Rahmen N = 12 Positionen umfaßt, werden vier Unterblöcke ermittelt und jeder Unterblock enthält drei unterschiedliche Phasen. Der Unterblock besitzt eine gegebene Position innerhalb des gesamten Rahmens, wobei diese Position als die Phasenposition bezeichnet wird. Jede Position n (0 ≤ n < N) gehört dann zu einem gegebenen Unterblock nf (0 ≤ n < Nf) und einer gegebenen Phase f (0 ≤ f < F) in dem Unterblock.
Allgemein sind die Positionen n (0 ≤ n < N) in dem gesamten Suchvektor, der N-Positionen enthalt, gleich
n=nf . F + f
nf = 0, ..., (Nf-1), f = 0, ... (F-1) und
n = 0, ..., (N - 1).
Außerdem trifft die folgende Beziehung zu:
f = n MOD F und nf = n DIV F ... (1).
Das Diagramm aus Figur 3 zeigt die Verteilung der Phasen f und Unterblöcke nf für einen gegebenen Suchvektor, der N-Positionen enthält. In diesem Fall ist N = 12, F = 3 und NF = 4.
Das erfindungsgemäße Verfahren impliziert die Beschränkung der Impulssuche auf Positionen, die nicht zu einer belegten Phase fp gehören für diejenigen Anregungsimpulse, deren Positionen n in vorausgehenden Stufen berechnet worden sind.
Im folgenden wird die Reihenfolge oder Sequenzzahl eines gegebenen Berechnungszyklusses eines Anregungsimpulses gemaß der obigen Beschreibung mit p bezeichnet. Das vorgeschlagene Verfahren führt dann zu den folgenden Berechnungsstufen für ein Rahmenintervall:
1. Berechnung des gewünschten Signals Yn;
2. Berechnung des Kreuz-Korrelationsvektors Alphai;
3. Berechnung der Auto-Korrelationsmatrix Phij;
4. Wenn p = 1. Suche für mp, d.h. die Impulsposition, die ein Maximum Alphai/Phiij = Alpham/Phimm in den nicht belegten Phasen f ergibt;
5. Berechnung der Amplitude Amp für die entdeckte Impulsposition mp;
6. Aktualisierung des Kreuz-Korrelationsvektors Alphai;
7. Berechnung von fp und np gemäß der obigen Beziehung (1); und
8. Ausführung der obigen Schritte 4 bis 7, wenn p = p+1.
Die Figuren 4a und 4b sind Diagramme, die das vorgeschlagene Verfahren zeigen.
Figur 4a zeigt ein Beispiel, bei dem die Anzahl von Positionen im Rahmen N = 24 ist, wobei die Anzahl von Phasen F = 4 und die Anzahl von Phasenpositionen NF = 6 sind.
Es wird angenommen, daß bei dem Start p = 1 keine Phasen belegt sind und es wird ferner angenommen, daß die obigen Berechnungsstufen 1 bis 4 die Position m&sub1; = 5 ergaben. Diese Position ist in Figur 4a mit einem Kreis markiert. Dies ergibt die Phase 1 in jeweiligen Phasenpositionen nf = 0, 1, 2, 3, 4 und 5 und entsprechende Impulspositionen sind gleich n = 1, 5, 9, 13, 17 und 21 gemäß der obigen Beziehung (1). Die Phase 1 und entsprechende Impulspositionen werden somit belegt, wenn die Position des nächsten Anregungsimpulses (p = 2) berechnet wird. Es wird angenommen, daß die Berechnungsstufe 4 für p = 2 zu m&sub2; = 7 führt. Möglicherweise kann m&sub2; = 9 den maximalen Wert von Alphai/Phij ergeben haben, obwohl dies eine belegte Phase ergibt. Die Impulsposition m&sub2; = 7 ergibt Phase 3 in jeder der Phasenpositionen nf = 0, ... 5, und bedeutet, daß die Impulspositionen n = 3, 7, 11, 15 und 22 belegt werden. Die Positionen 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 und 23 werden vor dem Beginn der nächsten Berechnungsstufe (p = 3) belegt.
Es wird angenommen, daß die obigen Berechnungsstufen 1 bis 4 für p = 3 den Wert m&sub3; = 12 ergeben und daß die Berechnungsstufen für p = 4 die letzte Position m&sub4; = 22 ergeben. Alle Positionen in dem Rahmen sind damit belegt. Figur 4a zeigt die erhaltenen Anregungsimpulse (Am1, m&sub1;),(Am2, m&sub2;) usw.
Figur 4b zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem N = 25, F = 5 und NF = 5 gilt, das heißt die Anzahl von Phasen innerhalb jeder Phasenposition ist um Eins erhöht worden. Die Impulspositionierung wird in der gleichen Weise wie gemäß Figur 4a durchgeführt und schließlich werden fünf Anregungsimpulse erhalten. Die maximale Anzahl von erhaltenen Anregungsimpulsen ist somit gleich der Anzahl von Phasen innerhalb einer Phasenposition.
Die erhaltenen Phasen f&sub1;, ..., fp (mit p = 4 in Figur 4a und mit p = 5 in Figur 4b) werden zusammen kodiert und die sich ergebenden Phasenpositionen nf1, ..., nfp werden jeweils einzeln for der übertragung kodiert. Eine kombinierte Kodierung kann für die Kodierung der Phasen verwendet werden. Jede der Phasenpositionen wird mit einem einzigen Kodewort einzeln kodiert.
Gemäß einer Ausführungsform kann die bekannte Sprachprozessorschaltung in der Weise modifiziert werden, wie in Figur 5 dargestellt, die denjenigen Teil des Sprachprozessors zeigt, der die Anregungssignal-Erzeugungsschaltungen 120 umfaßt.
Jedes der prädiktiven Restsignale dk und der Anregungsgenerator 127 sind an jeweilige Filter 121 und 123 zeitlich mit einem Rahmensignal FC über die Gatter 122, 124 angelegt. Die Filter 121, 123 erzeugen die Signale yn und n, die in dem Korrelationsgenerator 125 korreliert werden. Das Signal yn repräsentiert das echte Sprachsignal, wohingegen Ayn das synthetisierte Sprachsignal bezeichnet. Aus dem Korrelationsgenerator 125 wird ein Signal Ciq erhalten, welches die Komponenten Alphai und Phij gemäß der obigen Beschreibung umfaßt. In dem Anregungsgenerator 127 wird eine Berechnung für die Impulsposition mp durchgeführt, die das Maximum Alphai/Phij ergibt, wobei zusätzlich zu der Impulsposition mp die Amplitude Amp gemäß der obigen Beschreibung erhalten wird.
Die von dem Anregungsgenerator 127 erzeugten Anregungs-Impulsparamter mp, Amp werden an den Phasengenerator 129 gesendet. Dieser Generator erzeugt die laufenden Phasen fp und die Phasenpositionen nfp aus den Werten mp, Amp, die von dem Anregungsgenerator 127 ankommen, gemäß der folgenden Beziehung:
f = (m - 1) MOD F + 1
nf = (m - 1) DIV F + 1
wobei F = die Anzahl von möglichen Phasen bezeichnet.
Der Phasengenerator 129 kann aus einem Prozessor bestehen, der einen Lesespeicher umfaßt, der zur Speicherung von Instruktionen zur Berechnung der Phasen und der Phasenpositionen gemäß der obigen Beziehung arbeitet.
Die Phase und die Phasenposition werden dann an den Kodierer 131 geführt. Dieser Kodierer besitzt die gleiche Prinzipkonstruktion wie der bekannte Kodierer, arbeitet aber zur Kodierung der Phase und der Phasenposition anstelle der Phasenpositionen mp. Auf der Empfängerseite werden die Phasen und Phasenpositionen dekodiert und der Dekodierer berechnet danach die Impulsposition mp gemäß der Beziehung
mp = (nfp - 1) . F + fp
welches eine klare Bestimmung der Anregungs-Impulsposition ergibt.
Die Phase fp wird außerdem dem Korrelationsgenerator 125 und dem Anregungsgenerator 127 zugeführt. Der Korrelationsgenerator speichert diese Phase und berücksichtigt, daß diese Phase fp belegt ist. Keine Werte des Signals Ciq werden berechnet, wenn q in denjenigen Positionen enthalten ist, die zu allen vorausgehenden Positionen fp gehören, die für eine analysierte Sequenz berechnet sind. Die belegten Positionen sind
q = n . F + fp
wobei n = 0 (Nf - 1) ist und fp alle vorausgehenden Phasen bezeichnet, die innerhalb eines Rahmens belegt sind. In ähnlicher Weise berücksichtigt der Anregungsgenerator 127 die belegten Phasen, wenn ein Vergleich zwischen den Signalen Ciq und Ciq* durchgeführt wird.
Wenn alle Impulspositionen in Bezug auf einen Rahmen berechnet und verarbeitet worden sind und wenn mit dem nächsten Rahmen begonnen werden soll, sind natürlich alle Phasen wieder für den neuen Impuls in dem neuen Rahmen frei.
Figur 6 zeigt ein Flußdiagrarnm, welches das in Figur 3 dargestellte Flußdiagrarnm der obigen US-Patentbeschreibung zeigt, die modifiziert worden ist, so daß sie die Phasenbeschränkung umfaßt. Diejenigen Blöcke, die nicht mit einem erklärenden Text versehen sind, werden eingehend unter Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben. Zwischen den Blöcken 328 und 329, die die Berechnung des Ausgangssignals mp, Amp des Phasengenerators 129 und die Nennung eines Positionsindex p betreffen, ist ein Block 328a eingefügt, welcher die Berechnungen betrifft, die in dem Phasengenerator ausgeführt werden sollen und danach ein Block 328b, der die Anwendung eines Ausgangssignals auf den Kodierer 131 und die Generatoren 125 und 127 betrifft. fp und nfp werden gemäß der obigen Beziehung (1) berechnet. Dann wird in den Generatoren 125 und 127 eine Vektorzuordnung durchgeführt.
ufi = 1,
welche verwendet wird, wenn der erhaltene q-Wert = q*, der den maximalen Wert Alpham/Phimm ergab, mit der Absicht getestet wird, um festzustellen, ob eine entspechende Impulsposition eine Phase ergibt, die belegt oder frei ist. Dieser Test wird in den Blöcken 308a, 308b, 308c (zwischen den Blöcken 307 und 309) und in den Blöcken 318a, 318b (zwischen den Blöcken 317, 319) ausgeführt. Die von den Blöcken 308a, b und c gegebenen Instruktionen werden in dem Korrelationsgenerator 125 ausgeführt, während die von den Blöcken 318a, b gegebenen Instruktionen in dem Anregungsgenerator 127 ausgeführt werden. Zunächst wird das Signal f, das heißt die Phase, aus dem Index q gemäß der obigen Beschreibung berechnet, wonach ein Test durchgeführt wird, um festzustellen, ob die Vektorposition der Phase f in dem Vektor uf gleich 1 ist. Falls uf = 1 erfüllt ist, was impliziert, daß die Phase für genau diesen Index q* belegt ist, werden Korrelationsberechnungen gemäß der Instruktion vom Block 309 und in ähnlicher Weise die Vergleiche im Block 319 nicht ausgeführt. Wenn andererseits uf = 0 erfüllt ist, zeigt diese eine freie Phase an und die nachfolgenden Berechnungen werden wie vorher ausgeführt.
Die belegten Phasen sollen während aller berechneten Sequenzen, die sich auf ein vollständiges Rahmenintervall beziehen, vorhanden bleiben, sollen aber zu Beginn eines neuen Rahmenintervalls frei sein. Infolgedessen wird der Vektor ui nach dem Block 307 vor jeder neuen Rahmenanalyse auf Null gesetzt.
Bei der Kodierung von Positionen mp für die verschiedenen Anregungsimpulse innerhalb eines Rahmens sollen sowohl die Phasenposition n fp als auch die Phase fp kodiert werden. Die Kodierung der Positionen wird somit in zwei getrennte Kodewörter aufgetrennt, die zueinander unterschiedliche Bedeutungen besitzen. In diesem Fall erhalten die Bits in den Kodewörtern zueinander unterschiedliche Bedeutung und infolgedessen wird auch die Empfindlichkeit gegenüber einem Bitfehler unterschiedlich sein. Diese Ungleichartigkeit ist bezüglich einer Fehlerkorrektur oder einr Fehlerdetektions-Kanalkodierung vorteilhaft.
Die oben beschriebene Beschränkung der Positionierung der Anregungsimpulse bedeutet, daß eine Kodierung der Impulspositionen mit einer niedrigeren Bitrate stattfindet, im Gegensatz zu einer Kodierung der Positionen in Mehrfachimpulse ohne die besagte Beschränkung. Dies bedeutet außerdem, daß der Suchalgorithmus weniger komplex als ohne diese Beschränkung ist. Zugegebenermaßen umfaßt das erfindungsgemaße Verfahren gewisse Beschränkungen bei der Positionierung der Impulse. Jedoch ist beispielsweise gemäß Figur 4b eine genaue Impulsposition nicht immer möglich. Diese Beschränkung wird jedoch durch die vorher erwähnten Vorteile ausgeglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der obigen Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Sprachkodierer beschrieben worden, in dem die Positionierung der Anregungsimpulse für jeden Impuls getrennt ausgeführt wird, bis ein Rahmenintervall gefüllt worden ist. Eine andere Art von Sprachkodierer, der in der EP-A-195 487 beschrieben ist, arbeitet anstelle einer Positionierung eines einzelnen Impulses mit einer Positionierung eines Impulsmusters, bei dem der Zeitabstand ta zwischen den Impulsen konstant ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf einen derartigen Sprachkodierer angewendet werden. Die verbotenen Positionen in einem Rahmen (vergleiche beispielsweise die obigen Figuren 4a, 4b) stimmen dabei mit den Positionen der Impulse in einem Impulsmuster überein.

Claims

1. Verfahren zur Positionierung von Anregungsimpulsen für einen linearen Prädiktionskodierer (LPC), der gemäß dem Mehrfachimpuls-Prinzip arbeitet, wobei ein synthetisiertes Signal aus einem gegebenen Sprachsignal gebildet wird, umfassend die folgenden Schritte:

a) Bilden einer Anzahl von Prädiktionsparametern (ak) innerhalb eines gegebenen Rahmenintervalls, welches einen Zeitabschnitt für das gegebene Sprachsignal darstellt;

b) Bilden eines Restsignals (dk), das den Fehler zwischen dem gegebenen Sprachsignal und dem synthetisierten Signal innerhalb des Rahmenintervalls ergibt und zur Bestimmung einer Anordnung (p) von Anregungsimpulsen innerhalb des Rahmenintervalls;

c) Gewichten des Restsignals (dk) durch ein Filter (121), um so ein die Sprache darstellendes Signal (y) zu bilden, welches in Abhängigkeit von den Prädiktionsparametern (ak) gewichtet ist; und

d) Gewichten eines Signals, welches die Amplitude (Ai) und Zeitposition (mi) der Anregungsimpulse in dem Rahmen bezeichnet, durch ein Filter (123), um so ein synthetisiertes Sprachsignal ( ) zu bilden, welches in Abhängigkeit von den Prädiktionsparametern (ak) gewichtet ist; und

e) Korrelieren des die Sprache darstellenden Signals (y) mit dem synthetisierten Sprachsignal ( ), um so einen Ausdruck (Ciq) für den Fehler zwischen den Signalen zu ermitteln; und

f) Bestimmen eines Extremwertes des Ausdrucks (Ciq), um so eine gegebene Amplitude (Amp) und eine gegebene Zeitposition (mfp) des einen der Anregungsimpulse während einer gegebenen Anzahl von Stufen (p) zu ermitteln, wobei das gewichtete synthetisierte Sprachsignal gemäß Schritt d) durch Subtraktion des Beitrags von der vorangehenden Stufe (p - 1) gebildet wird,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Unterteilen des Rahmens in eine Anzahl nf von Unterblöcken, wodurch die Anzahl von möglichen Zeitpositionen n (0 ≤ n < N) für die Anregungsimpulse innerhalb eines Rahmens in eine Anzahl nf von Phasenpositionen (0 ≤ n < NF) unterteilt werden, von denen jede Phasenposition eine Anzahl von Phasen f (0 ≤ f < F) umfaßt, so daß

n = nf . F + f (1)

gilt, wobei F = die Gesamtanzahl der Phasen in einer Phasenposition ist; und wobei zu Beginn des Positionierungsprozesses und bei der Bestimmung der Amplitude (Am1) und der Position (m&sub1;) des ersten Anregungsimpulses innerhalb des Rahmens alle Positionen n innerhalb des Rahmens zur Positionierung des ersten Anregungsimpulses gemäß der Schritte d) bis f) frei sind, wohingegen bezüglich einer nachfolgenden Positionierung der Anregungsimpulse die Phase f, die für den ersten Anregungsimpuls gemäß dem Ausdruck (1) bestimmt ist, in allen Phasenpositionen nf für den nachfolgend berechneten Anregungsimpuls (Am2, m&sub2;) nicht zugelassen wird und wobei die Suche zur Bestirnniung der Amplitude und der Position des nachfolgenden Anregungsimpulses gemäß den Schritten d) bis f) auf Positionen beschränkt ist, die nicht zu einer belegten Phase fp für diejenigen Anregungsimpulse gehören, deren Positionen n in vorangehenden Stufen berechnet worden sind und wobei die so erhaltenen Phasenpositionen nf zur Bildung von getrennten Kodewörtern jeweils getrennt kodiert werden, wohingegen die erhaltenen Phasen f zur Bildung eines einzigen Kodewortes vor der übertragung über ein Übertragungsmedium gemeinsam kodiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Berechnung der Amplitude (Amp) und der Position (mp) eines gegebenen Anregungsimpulses und nachfolgend dazu Berechnen der dazugehörigen Phasen fp und Phasenposition nfp gemäß den Beziehungen

fp = (mp - 1) MOD F + 1

nfp = (mp - 1) DIV F + 1

wobei nur der Wert der Phase fp bestimmt, welche Position (mp + 1) des dem Anregungsimpuls folgenden Impulses verboten werden soll und wobei dieses Vorgehen für alle Phasen fp+1, fp+2 ... von nachfolgend berechneten Anregungsimpulsen wiederholt wird, bis die gewünschte Anzahl von Anregungsimpulsen innerhalb des Rahmens ermittelt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Berechnen der Phase der Impulsposition (q) die in dem Berechnungsschritt e) aus der Gesamtanzahl (Q) von möglichen Positionen berechnet wird, ein Testvektor (uf) zugeordnet wird, der den belegten oder freien Zustand der verschiedenen Phasen innerhalb des Rahmens darstellt; und eine berechnete Phase fi mit Hilfe des Testvektors untersucht wird, um festzustellen, ob diese Phase belegt oder frei ist, wobei bei einer belegten Phase f der Korrelationsschritt zählt und zu der nächsten möglichen Position (q + 1) fortschreitet, wohingegeben bei einer freien Phase der Schritt e) ausgeführt und für alle derartigen Positionen wiederholt wird; und bei einer Bestimmung eines Extremwertes gemäß Schritt f) eine neue Berechnung der Phase f für eine gegebene Impulsposition (q) durchgeführt wird, wonach eine Untersuchung mit Hilfe des Testvektors (uf) bewirkt wird, wobei bei einer freien Phase der Schritt f) weggelassen wird und eine Aufwärtszählung zu der nächsten Impulsposition (q + 1) bewirkt wird, und bei einer belegten Phase wird der Schritt f) ausgeführt, um einen neuen Wert (q) der Impulsposition zu berechnen, welcher einen maximalen Wert der Korrelation (Alpham / Phimm) ergibt, bis die somit berechnete neue Position (q + 1) eine Phase ermittelt, die eine freie Phase in dem Phasenvektor (uf) darstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsimpulsposition während der Schritte d) bis f) in einem regularen Muster von Anregungsimpulsen enthalten ist, von denen jeder die gleiche Amplitude (Amp) und einen zueinander ähnlichen Zeitabstand (ta) innerhalb des Rahmens aufweist, wobei die verbotenen Positionen in einem Rahmen dabei mit den Positionen der Impulse in dem Impulsmuster übereinstimmen.