DE69732746T2

DE69732746T2 - Signalübertragungssystem mit verringerter komplexität

Info

Publication number: DE69732746T2
Application number: DE69732746T
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Wuppermann; Fransiscus Marinus Josephus De Bont
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: CA2218217C; CN1146129C; JPH11504491A; JP3970327B2; BR9702072B1; EP0821848A1; DE69732746D1; AR007765A1; KR19990007818A; US5920832A; WO1997030524A1; CN1189264A; CA2218217A1; DE69732746C5; KR100455970B1; BR9702072A; EP0821848B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem mit einem Sender zum Übertragen eines Eingangssignals zu einem Empfänger über einen Übertragungskanal, wobei der Sender einen Codierer mit einem Anregungssignalgenerator aufweist um aus einer Hauptsequenz eine Anzahl Anregungssequenzen herzuleiten, die einen Teil der Hauptsequenz bilden, wobei die genannten Teile untereinander um eine Anzahl Positionen verlagert sind, mit Selektionsmitteln zum Selektieren einer Anregungssequenz, was zu einem minimalen Fehler zwischen einem synthetischen Signal, hergeleitet von der genannten Anregungssequenz, und einem Zielsignal, hergeleitet von dem Eingangssignal, führt, wobei der Sender dazu vorgesehen ist, ein Signal zu dem Empfänger zu übertragen, das eine optimale Anregungssequenz darstellt, wobei der Empfänger einen Decoder mit einem Anregungssignalgenerator aufweist zum Herleiten der selektierten Anregungssequenz von dem Signal, das die optimale Anregungssequenz darstellt, und ein Synthesefilter zum Herleiten eines synthetischen Signals von der optimalen Sequenz von Anregungssignalabtastwerten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen Sender, einen Codierer, ein Übertragungsverfahren und ein Codierungsverfahren.
Ein Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art ist an sich aus dem US Patent Nr. 5.140.638 bekannt.
Derartige Übertragungssysteme können zur Übertragung von Sprachsignalen über ein Übertragungsmedium, wie einen Funkkanal, ein Koaxialkabel oder eine optische Faser, angewandt werden. Derartige Übertragungssysteme können auch zur Aufzeichnung von Sprachsignalen auf einem Aufzeichnungsmedium, wie einem Magnetband oder einer Magnetplatte angewandt werden. Mögliche Applikationen sind automatische Anrufbeantworter oder Diktiergeräte.
Bei modernen Sprachübertragungssystemen werden die zu übertragenden Sprachsignale oft unter Anwendung der Analyse durch Synthese-Technik codiert. In dieser Technik wird ein synthetisches Signal mit Hilfe eines Synthesefilters erzeugt, das durch eine Anzahl Anregungssequenzen angeregt wird. Das synthetische Sprachsignal wird für eine Anzahl Anregungssequenzen bestimmt und es wird ein Fehlersignal, das den Fehler zwischen dem synthetischen Signal und einem von dem Eingangssignal hergeleiteten Ziel signal darstellt, bestimmt. Diejenige Anregungssequenz, die zu dem kleinsten Fehler führt, wird selektiert und in codierter Form zu dem Empfänger übertragen.
In dem Empfänger wird die Anregungssequenz wiederhergestellt und durch Zuführung der Anregungssequenz zu einem Synthesefilter wird ein synthetisches Signal erzeugt. Dieses synthetische Signal ist eine Replik des Eingangssignals des Senders.
Zum Erhalten einer guten Qualität der Signalübertragung sind eine Vielzahl (beispielsweise 1024) Anregungssequenzen an der Selektion beteiligt. Die Selektion erfordert eine Vielzahl Filtervorgänge, was einen wesentlichen Rechenaufwand mit sich bringt. Um den erforderlichen Rechenaufwand zu reduzieren wird oft ein sog. eindimensionales Codebuch verwendet. Dies bedeutet, dass das Codebuch eine Hauptsequenz mit Abtastwerten umfasst, aus denen die Anregungssequenzen selektiert werden. Weil aneinander grenzende Sequenzen eine Vielzahl Abtastwerte gemein haben, kann die Filterung unter Anwendung eines rekursiven Verfahrens durchgeführt werden, das wesentlich weniger Rechenmittel erfordert. Weiterhin führt die Verwendung einer Hauptsequenz, aus der Anregungssequenzen selektiert werden, zu einer Reduktion des Speicheraufwands, erforderlich zur Speicherung der Anregungssequenzen. Eine Folge der Vielzahl gemeinsamer Abtastwerte in benachbarten Sequenzen ist ein hoher Korrelationswert zwischen benachbarten Sequenzen. Um die Anzahl Berechnungen zu reduzieren, werden nicht alle möglichen Sequenzen aus der Hauptsequenz in dem in dem oben genannten US Patent beschriebenen Codierer verwendet, sondern nur diejenigen Sequenzen, die um einen Abstand von p Abtastwerten gegenüber einander verlagert worden sind. Dadurch wird ein gewisser Qualitätsverlust auftreten.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei die Codierungsqualität zugenommen hat, ohne dass die Rechenkomplexität des Übertragungssystems wesentlich gesteigert worden ist.
Deswegen weist das Übertragungssystem nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Selektionsmittel dazu vorgesehen sind, wenigstens eine weitere Anregungssequenz von der Hauptsequenz herzuleiten, wobei die weitere Anregungssequenz gegenüber der selektierten Sequenz um einen Abstand verlagert wird, der kleiner ist als die Verlagerung zwischen den Anregungssequenzen und dass die Selektionsmittel dazu vorgesehen sind, aus der selektierten Anregungssequenz und der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz diejenige Anregungssequenz zu selektieren, die zu einem minimalen Fehler zwischen dem synthetischen Signal, hergeleitet von der genannten weiteren Anregungssequenz, und dem Zielsignal, hergeleitet von dem Eingangssignal, als die optimale Sequenz führt.
Dadurch, dass eine oder mehrere weitere Anregungssequenzen mit einem kleineren Verlagerungswert als der Verlagerungswert zwischen zwei Anregungssequenzen verwendet werden, ist es möglich, dem Zielsignal genauer anzunähern. Weil die zusätzliche(n) Anregungssequenzen) in der Nähe der besten Anregungssequenz selektiert wird (werden), ist die zusätzliche Anzahl Berechnungen sehr klein. Es hat sich gezeigt, dass die Hauptsequenz in einem festen Codebuch gespeichert werden kann, dass es aber auch möglich ist, dass die Hauptsequenz in einem adaptiven Codebuch gespeichert wird, dessen Inhalt von vorher verwendeten Anregungssequenzen hergeleitet wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Verlagerung zwischen zwei Anregungssequenzen zwischen zwei und fünf Positionen liegt.
Versuche haben gezeigt, dass ein Wert von p zwischen 2 und 5 eine gute Wahl ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kenn zeichen auf, dass der Codierer ein Synthesefilter aufweist zum Herleiten eines synthetischen Signals von der genannten Anregungssequenz, wobei das genannte Synthesefilter eine reduzierte Komplexität gegenüber dem Synthesefilter in dem Decoder hat.
Bei dieser Ausführungsform benutzt der Codierer ein Synthesefilter mit ei ner reduzierten Komplexität gegenüber dem in dem Decoder verwendeten Synthesefilter. Versuche haben überraschenderweise gezeigt, dass es möglich ist, die Komplexität (Filterreihenfolge) des Synthesefilters in dem Codierer gegenüber der Komplexität des Synthesefilters in dem Empfänger um einen Faktor 10–20 zu reduzieren.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Selektionsmittel dazu vorgesehen sind, wenigstens eine weitere Anregungssequenz zu selektieren, dass der Codierer ein zusätzliches Synthesefilter aufweist, vorgesehen zum Herleiten zusätzlicher synthetischer Signale von den wenigstens zwei Anregungssequenzen, und dass die Selektionsmittel vorgesehen sind zum Selektieren der Anregungssequenz aus den wenigstens zwei Anregungssequenzen, was zu einem mini malen Fehler zwischen dem entsprechenden zusätzlichen synthetischen Eingangssignal und einem von dem Eingangssignal als das selektierte Anregungssignal hergeleiteten Bezugssignal führt.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Vorselektion von wenigstens zwei Anregungssequenzen gemacht, und zwar auf Basis der Verwendung des Synthesefilters mit der reduzierten Komplexität. Daraufhin wird eine schlussendliche Selektion gemacht, und zwar unter Verwendung eines komplexeren Synthesefilters. Dieses Synthesefilter kann das gleiche sein wie das Synthesefilter in dem Empfänger, es ist aber auch möglich, dass es im Vergleich mit dem Synthesefilter in dem Empfänger dennoch eine reduzierte Komplexität hat. Es hat sich herausgestellt, dass das Bezugssignal das gleiche Signal sein kann wie das Zielsignal, dass es aber auch möglich ist, dass diese Signale verschieden sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Übertragungssystem, wobei die vorliegende Erfindung angewandt werden kann,
2 einen Codierer nach der vorliegenden Erfindung,
3 einen Teil der adaptiven Codebuchselektionsmittel zum Vorselektieren einer Anzahl Anregungssequenzen aus der Hauptsequenz,
4 einen Teil der Selektionsmittel zum Selektieren der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz,
5 Anregungssequenzselektionsmittel nach der vorliegenden Erfindung,
6 Festes-Codebuchselektionsmittel nach der vorliegenden Erfindung,
7 Decoder zur Verwendung in dem Übertragungssystem nach 1.
In dem Übertragungssystem nach 1 wird das Eingangssignal einem Sender 2 zugeführt. In dem Sender 2 wird das Eingangssignal unter Verwendung eines Codierers nach der vorliegenden Erfindung codiert. Das Ausgangssignal des Codierers 4 wird einem Eingang von Übertragungsmitteln 6 zugeführt zum Übertragen des Ausgangssignals des Codierers 4 über das Übertragungsmedium 8 zu einem Empfänger 10. Die Wirkung der Übertragungsmittel können Modulation der (binären) Signale von dem Codierer umfassen, möglicherweise in binärer Form auf einem Trägersignal, das für das Übertragungsmedium 8 geeignet ist. In dem Empfänger 10 wird das empfangene Signal durch ein Frontend 12 in ein für den Decoder 14 geeignetes Signal umgewandelt. Die Wirkung des Frontends 12 kann Filterung, Demodulation und Detektion binärer Symbole umfassen. Der Decoder 14 leitet ein rekonstruiertes Eingangssignal von dem Ausgangssignal von dem Frontend 12 her.
In dem Codierer nach 2 ist der Eingang des Codierers 4, der Abtastwerte i[n] des digitalisierten Eingangssignals trägt, mit einem Eingang von Framing-Mitteln 20 verbunden. Der Ausgang der Framing-Mittel, der ein Ausgangssignal x[n] trägt, ist mit einem Hochpassfilter 22 verbunden. Der Ausgang des Hochpassfilters 22, der ein Ausgangssignal s[n] trägt, ist mit einem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 32 sowie mit einem Eingang eines LPC-Analysators 24 verbunden. Ein erster Ausgang des LPC-Analysators 24, der das Ausgangssignal r[k] trägt, ist mit einem Quantisierer 26 verbunden. Ein zweiter Ausgang des LPC-Analysators trägt einen Filterkoeffizienten af für das reduzierte Komplexitätssynthesefilter.
Der Ausgang des Quantisierers 26, der das Ausgangssignal C[k] trägt, ist mit einem Eingang eines Interpolators 28, sowie mit einem ersten Eingang eines Multiplexers 59 verbunden. Der Ausgang des Interpolators 28, der das Signal aq[k][s] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Wahrnehmungsgewichtungsfilters 32, mit einem Eingang eines Null-Eingang-Reaktionsfilters 34, und mit einem Eingang eines Impulsreaktionsrechners 36 verbunden. Der Ausgang des Wahrnehmungsgewichtungsfilters 32, der das Signal w[n] trägt, ist mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers 38 verbunden. Der Ausgang des Null-Eingang-Reaktionsfilters 34, der das Ausgangssignal z[n] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Subtrahierers 38 verbunden.
Der Ausgang des Subtrahierers 38, der ein Zielsignal t[n] trägt, ist mit einem Eingang von adaptiven Codebuchselektionsmitteln 40, von adaptiven Codebuchvorselektionsmitteln 42, und mit einem Eingang eines Subtrahierers 41 verbunden. Der Ausgang des Impulsreaktionsrechners 36, der das Ausgangssignal h[n] trägt, mit einem Eingang der adaptiven Codebuchselektionsmittel 40, mit einem Eingang der adaptiven Codebuchvorselektionsmittel 42, mit einem Eingang von Fest-Codebuchselektionsmitteln 44 und einem Eingang von Anregungssignalselektionsmitteln verbunden, die nachstehend als Festcodebuchvorselektionsmittel 46 bezeichnet werden. Ein Ausgang der adaptiven Codebuchvorselektionsmittel 42, der das Ausgangssignal ia[k] trägt, ist mit einem Eingang der adaptiven Codebuchselektionsmittel 40 verbunden. Die Kombination der adaptiven Codebuchvorse lektionsmittel 42, der adaptiven Codebuchselektionsmittel 40, der Festcodebuchvorselektionsmittel 46 und der Festcodebuchselektionsmittel 44 bilden die Selektionsmittel 45.
Ein erster Ausgang der adaptiven Codebuchselektionsmittel, der ein Ausgangssignal Ga trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Multiplexers 59 und mit einem ersten Eingang eines Multiplizierers 52 verbunden. Ein zweiter Ausgang der adaptiven Codebuchselektionsmittel, der das Ausgangssignal Ia trägt, ist mit einem dritten Eingang des Multiplexers 59 und mit einem Eingang eines adaptiven Codebuchs 48 verbunden. Ein dritter Ausgang der adaptiven Codebuchselektionsmittel 40, der das Ausgangssignal p[n] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Subtrahierers 41 verbunden.
Der Ausgang des Subtrahierers 42, der das Ausgangssignal e[n] trägt, ist mit einem zweiten Eingang der der Festcodebuchselektionsmittel 44 und mit einem zweiten Eingang von Festcodebuchvorselektionsmitteln 46 verbunden. Ein Ausgang der Festcodebuchvorselektionsmittel 46, der das Ausgangssignal if[k] trägt, ist mit einem dritten Eingang der Festcodebuchselektionsmittel 44 verbunden. Ein erster Ausgang der Festcodebuchselektionsmittel, der das Ausgangssignal Gf trägt, ist mit einem ersten Eingang eines Multiplizierers 54 und mit einem vierten Eingang des Multiplexers 59 verbunden. Ein zweiter Ausgang der Festcodebuchselektionsmittel 44, der das Ausgangssignal P trägt, ist mit einem ersten Eingang eines Anregungsgenerators 50 und mit einem fünften Eingang des Multiplexers 59 verbunden. Ein dritter Ausgang der Festcodebuchselektionsmittel 44, der das Ausgangssignal L[k] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Anregungsgenerators 50 und mit einem sechsten Eingang des Multiplexers 59 verbunden. Ein Ausgang des Anregungsgenerators 50, der das Ausgangssignal yf[n] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 54 verbunden. Ein Ausgang des adaptiven Codebuchs 48, der das Ausgangssignal ya[n] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 52 verbunden. Ein Ausgang des Multiplizierers 52 ist mit einem ersten Eingang eines Addierers 56 verbunden. Ein Ausgang des Multiplizierers 54 ist mit einem zweiten Eingang des Addierers 56 verbunden. Ein Ausgang des Addierers 56, der das Ausgangssignal yaf[n] trägt, ist mit einer Speicheraktualisierungseinheit 58 verbunden, wobei diese letztere mit dem adaptiven Codebuch 48 gekoppelt ist.
Ein Ausgang des Multiplexers 59 bildet den Ausgang des Codierers 59.
Die Ausführungsform des Codierers nach 2 wird erläutert unter der Annahme, dass das Eingangssignal ein Breitband-Sprachsignal mit einem Frequenzbereich von 0–7 kHz ist. Es wird eine Abtastrate von 16 kHz angenommen. Es sei aber bemerkt, dass die vorliegende Erfindung sich nicht auf derartige Signaltypen beschränkt.
In den Framing-Mitteln 20 wird das Sprachsignal i[n] in Sequenzen von N Signalabtastwerten x[n], auch als Frames bezeichnet, aufgeteilt. Die Dauer eines derartigen Frames ist typischerweise 10–30 ms. Mit Hilfe des Hochpassfilters 22 wird der DC-Inhalt des eingerahmten Signals entfernt, so dass ein DC-freies Signal an dem Ausgang des Hochpassfilters 22 verfügbar ist. Mit Hilfe des linearen prädiktiven Analysators 24 werden K lineare Prädiktionskoeffizienten a[k] bestimmt. K liegt typischerweise zwischen 8 und 12 für Schmalbandsprache und zwischen 16 und 20 für Breitbandsprache, aber Ausnahmen auf diesen typischen Wert sind möglich. Die linearen prädiktiven Koeffizienten werden in dem nachher noch zu erläuternden Synthesenfilter verwendet.
Für die Berechnung der Prädiktionskoeffizienten a[k] wird das Signal s[n] zunächst mit einem Hamming-Fenster gewichtet, und zwar zum Erhalten des gewichteten Signals sw[n]. Die Prädiktionskoeffizienten a[n] werden dadurch von dem Signal sw[n] hergeleitet, dass zunächst Autokorrelationskoeffizienten berechnet werden und dass danach der Levinson-Durbin-Algorithmus zur rekursiven Bestimmung der Werte a[k] durchgeführt wird. Das Ergebnis des ersten Rekursionsschrittes wird als af gespeichert, und zwar zur Verwendung in dem Synthesefilter mit reduzierter Komplexität. Auf alternative Weise ist es möglich, die Ergebnisse af1 und af2 des zweiten Rekursionsschittes als Parameter für das Synthesefilter mit reduzierter Komplexität zu speichern. Es sei bemerkt, dass, wenn ein Synthesefilter mit reduzierter Komplexität zweiter Ordnung verwendet wird, es möglich sein kann, nur die Vorselektion durchzuführen. Auf eine Selektion, wobei ein Synthesefilter mit voller Komplexität verwendet wird, kann dann verzichtet werden. Um extrem scharfe Spitzen in der spektralen Umhüllen, dargestellt durch die Prädiktionsparameter a[k], zu vermeiden wird dadurch ein Bandbreitenexpansionsvorgang durchgeführt, dass jeder Koeffizient a[k], der einen Wert γ^k hat, multipliziert wird. Die modifizierten Prädiktionskoeffizienten ab[k] werden zu log Gebietsverhältnissen r[k] transformiert.
Der Quantisierer 26 quantisiert die log Gebietsverhältnisse auf eine nicht einheitliche Art und Weise zum Reduzieren der Anzahl Bits, die zum Transformieren der log Gebietsverhältnisse zu dem Empfänger verwendet werden müssen. Der Quantisierer 26 erzeugt ein Signal C[k], das den Quantisierungspegel der log Gebietsverhältnisse angibt.
Zur Selektion der optimalen Anregungssequenz für das Synthesefilter werden die Frames s[n] in S Subframes aufgeteilt. Um geschmeidige Filterübergänge zu erhalten führt der Interpolator 28 zwischen den aktuellen Indizes C[k] und den vorhergehenden Cp[k] für jedes Subframe eine lineare Interpolation durch und verwandelt die entsprechenden log Gebietsverhältnisse zurück in Prädiktionsparameter aq[k][s]. s entspricht dem Index des aktuellen Subframes.
In einer Analyse durch den Synthesecodierer wird ein Frame (oder ein Subframe) des Sprachsignals mit einer Anzahl synthetischer Sprachframes verglichen, die je einer anderen durch ein Synthesefilter gefilterten Anregungssequenz entsprechen. Die Übertragungsfunktion des Synthesefilters ist gleich 1/A(z), wobei A(z) der nachfolgenden Gleichung entspricht:
In (1) ist P die Prädiktionsreihenfolge, k ist ein laufender Index und z^–1 ist der Einheitsverzögerungsoperator.
Um mit den Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Hörsystems fertig zu werden wird die Differenz zwischen dem Sprach-Frame und dem synthetischen Sprach-Frame durch ein Wahrnehmungsgewichtungsfilter mit einer Übertragungsfunktion A(z)/A(z/γ) gefiltert. γ ist eine Konstante, die normalerweise einen Wert um 0,8 hat. Das optimale selektierte Anregungssignal ist das Anregungssignal, das zu einer minimalen Leistung des Ausgangssignals des Wahrnehmungsgewichtungsfilters führt.
In den meisten Sprachcodierern wird die Wahrnehmungsgewichtungsfilterwirkung vor dem Vergleichsvorgang durchgeführt. Dies bedeutet, dass das Sprachsignal von einem Filter mit einer Übertragungsfunktion A(z)/A(z/γ) gefiltert werden muss und dass das Synthesefilter durch ein modifiziertes Synthesefilter mit einer Übertragungsfunktion 1/A(z/γ) ersetzt werden muss. Es sei bemerkt, dass auch andere Typen Wahrnehmungsgewichtungsfilter verwendet werden, wie das Filter mit der Übertragungsfunktion A(z/γ₁)/A(z/γ₂). Das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 32 führt die Filterung des Sprachsignals entsprechend der Übertragungsfunktion A(z)/A(z/γ) durch, wie oben beschrieben. Die Parameter des Wahrnehmungsgewichtungsfilters 32 werden alle Subframes mit den interpolierten Prädiktionsparametern aq[k][s] aktualisiert. Es sei bemerkt, dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Abwandlungen der Übertragungsfunktion des Wahrnehmungsgewichtungsfilters und alle Positionen des Wahrnehmungsgewichtungsfilters umfasst.
Das Ausgangssignal des modifizierten Synthesefilters ist auch abhängig von den selektierten Anregungssequenzen von vorhergehenden Subframes. Die Teile des synthetischen Sprachsignals, abhängig von der aktuellen Anregungssequenz und den vorhergehenden Anregungssequenzen können getrennt werden. Weil das Ausgangssignal des Null-Eingangsfilters von den aktuellen Anregungssequenz unabhängig ist, kann es zu der Sprachsignalstrecke verlagert werden, wie dies mit dem Filter 34 in 2 geschehen ist.
Weil das Ausgangssignal des modifizierten Synthesefilters von dem Wahrnehmungsgewichtungssprachsignal subtrahiert wird, muss das Signal des Null-Eingangsreaktionsfilters 34 auch von dem Wahrnehmungsgewichtungssprachsignal subtrahiert werden. Diese Subtraktion erfolgt durch den Subtrahierer 38. An dem Ausgang des Subtrahierers 38 ist das Zielsignal t[n] verfügbar.
Der Codierer 4 umfasst einen örtlichen Decoder 30. Der örtliche Decoder 30 umfasst ein adaptives Codebuch 48, das nacheinander eine Anzahl vorher selektierter Anregungssequenzen speichert. Das Adaptive Codebuch 48 ist adressiert mit dem adaptiven Codebuchindex 1a. Das Ausgangssignal ya[n] des adaptiven Codebuchs 48 ist mit einem Verstärkungsfaktor Ga durch den Multiplizierer 52 skaliert. Der örtliche Decoder 30 umfasst auch einen Anregungsgenerator 50, der zum Erzeugen einer Anzahl vorbestimmter Anregungssequenzen vorgesehen ist. Die Anregungssequenz yf[n] ist eine sog. Regelmäßige Impulsanregungssequenz. Diese umfasst eine Anzahl Anregungsabtastwerte, die durch eine Anzahl Abtastwerte mit dem Wert Null voneinander getrennt sind. Die Position der Anregungsabtastwerte ist durch den Parameter PH (Phase) angegeben. Die Anregungsabtastwerte können einen der Werte –1, 0 und +1 haben. Die Werte der Anregungsabtastwerte werden durch die Variable L[k] gegeben. Das Ausgangssignal yf[n] des Anregungsgenerators 50 wird mit einem Verstärkungsfaktor Gf durch den Multiplizierer 54 skaliert. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 52 und 54 werden durch den Addierer 56 zu einem Anregungssignal yaf[n] addiert. Dieses Signal yaf[n] wird in dem adaptiven Codebuch 48 zur Verwendung in dem nächsten Subframe gespeichert.
In den adaptiven Codebuchvorselektionsmitteln 42 wird ein reduzierter Satz von Anregungssequenzen bestimmt. Die Indizes ia[k] dieser Sequenzen werden den adaptiven Codebuchselektionsmitteln 40 zugeführt. In den adaptiven Codebuchvorselektionsmit teln 42 wird ein Synthesefilter mit reduzierter Komplexität erster Ordnung nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Weiterhin werden nicht alle möglichen Anregungssequenzen berücksichtigt, sondern eine reduzierte Anzahl Anregungssequenzen mit einer gegenseitigen Verlagerung um wenigstens zwei Positionen. Eine gute Wahl ist eine Verlagerung in dem bereich von 2 bis 5. Die Reduktion der Komplexität des verwendeten Synthesefilters und die Reduktion der Anzahl berücksichtigter Anregungssequenzen ergibt eine wesentliche Reduktion der Komplexität des Codierers.
Die adaptiven Codebuchselektionsmittel 40 sind vorgesehen zum Herleiten der besten Anregungssequenz aus den vorselektierten Anregungssequenzen. In dieser Selektion wird ein Synthesefilter voller Komplexität verwendet und eine geringe Anzahl Anregungssequenzen in der Nähe der vorselektierten Anregungssequenzen wird versucht. Die Verlagerung zwischen den versuchten Anregungssequenzen ist kleiner als die bei der Vorselektion verwendete Verlagerung. Eine Verlagerung gleich Eins wird in einem Codierer nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Wegen der geringen Anzahl beteiligter Anregungssequenzen ist die zusätzliche Komplexität der Endselektion gering. Die adaptiven Codebuchselektionsmittel erzeugen auch ein Signal p[n], das ein synthetisches Signal ist, erhalten durch Filterung der gespeicherten Anregungssequenzen durch das Gewichtungssynthesefilter und durch Multiplikation des synthetischen Signals mit dem Wert Ga.
Der Subtrahierer 41 subtrahiert das Signal p[n] von dem Zielsignals t[n] zum Herleiten des Differenzsignals e[n]. In den Festcodebuchvorselektionsmitteln 46 wird von dem Signal e[n] ein rückwärtig gefiltertes Zielsignal tf[n] hergeleitet. Von den möglichen Anregungssequenzen werden die Anregungssequenzen, die dem gefilterten Zielsignal am ähnlichsten sind, vorselektiert und ihre Indizes if[k] werden den Festcodebuchselektionsmitteln 46 zugeführt. Die Festcodebuchselektionsmittel 44 führen eine Suche nach dem optimalen Anregungssignal aus denjenigen, die durch die Festcodebuchvorselektionsmittel 46 vorselektiert wurden. Bei dieser Suche wird ein Synthesefilter mit voller Komplexität verwendet. Die Signale C[k], Ga, Ia, Gf, PH und L[k] werden durch den Multiplexer 59 zu einem einzigen Ausgangsstrom gemultiplext.
Die Impulsreaktionswerte h[n] werden durch den Impulsreaktionsrechner 36 aus den Prädiktionsparametern aq[k][s] nach der folgenden Rekursion berechnet:
In (2) ist Nm die erforderliche Länge der Impulsstoßantwort. In dem vorliegenden System ist diese Länge gleich der Anzahl Abtastwerte in einem Subframe.
In den adaptiven Codebuchvorselektionsmitteln 42 nach 3 wird das Zielsignal t[n] einem Eingang eines Zeitumschalters 50 zugeführt. Der Ausgang des Zeitumschalters 50 ist mit einem Eingang eines Null-Zustandsfilters 52 verbunden. Der Ausgang des Null-Zustandsfilters 52 ist mit einem Eingang eines Zeitumschalters 54 verbunden. Der Ausgang des Zeitumschalters 54 ist mit einem ersten Eingang eines Kreuzkorrelators 56 verbunden. Ein Ausgang des Kreuzkorrelators 56 ist mit einem ersten Eingang eines Teilers 64 verbunden.
Ein Ausgang des adaptiven Codebuchs 48 ist mit einem zweiten Eingang des Kreuzkorrelators 56 und, über einen Selektionsschalter 49, mit einem Eingang eines Null-Zustandssynthesefilters mit reduzierter Komplexität 60 verbunden. Eine weitere Klemme des Selektionsschalters ist auch mit einem Ausgang der Speicheraktualisierungseinheit 58 verbunden. Der Ausgang des Synthesefilters mit reduzierter Komplexität 60 ist mit einem Eingang eines Energieschätzers 62 verbunden. Ein Ausgang des Energieschätzers 62 ist mit einem Eingang einer Energietabelle 63 verbunden. Ein Ausgang der Energietabelle 63 ist mit einem zweiten Eingang des Teilers 64 verbunden. Der Ausgang des Teilers 64 ist mit einem Eingang eines Spitzendetektors 65 verbunden und der Ausgang des Spitzendetektors 65 ist mit einem Eingang eines Selektors 66 verbunden. Ein erster Ausgang des Selektors 66 ist mit einem Eingang des adaptiven Codebuchs 48 verbunden zum selektieren verschiedener Anregungssequenzen. Ein zweiter Ausgang des Selektors 66, der ein Signal trägt, das die vorselektierte Anregungssequenz von dem adaptiven Codebuch angibt, ist mit einem Selektionseingang des adaptiven Codebuchs 48 und mit einem Selektionseingang der Energietabelle 63 verbunden.
Die Adaptivcodebuchvorselektionsmittel 42 sind vorgesehen zum Selektieren der Anregungssequenz aus dem adaptiven Codebuch und des entsprechenden Verstärgsfaktors ga. Dieser Vorgang kann als Minimierung des Fehlersignals
geschrieben werden, das der nachfolgenden Gleichung entspricht:
In (3) ist Nm die Anzahl Abtastwerte in einem Subframe, y[l][n] ist die Stoßantwort des Null-Zustand Synthesefilters auf die Anregungssequenz ca[l][n]. Durch Differenzierung (3) gegenüber ga und wenn die Hergeleitete gleich Null gemacht wird für den optimalen Wert von ga, kann Folgendes gefunden werden:
Substitution von (4) in (3) ergibt für
:
Minimierung von
entspricht einer Maximierung des zweiten Terms f[l] in über l. f[l] kann auch wie folgt geschrieben werden:
In (6) ist h[n] die Stoßantwort des Filters 52 in 3, wie entsprechend (2) berechnet. (6) kann auch wie folgt geschrieben werden:
(7) wird in der Vorselektion des adaptiven Codebuchs verwendet. Der Vorteil der Verwendung von (7) ist, dass zum Bestimmen des Zählers von (7) nur ein einziger Filtervorgang für alle Codebucheingaben erforderlich ist. Die Verwendung von (6) würde einen einzigen Filtervorgang für jede Codebucheingabe, die an der Vorselektion beteiligt ist, erfordern. Zur Bestimmung des Nenners von (7), dessen Berechnung dennoch eine Filterung aller Codebucheingaben erfordert, wird ein Synthesefilter mit reduzierter Komplexität verwendet.
Der Nenner Ea von f[l] ist die Energie der betreffenden Anregungssequenzen, die mit dem Synthesefilter mit reduzierter Komplexität (60) gefiltert worden sind. Versuche haben gezeigt, dass der einzige Filterkoeffizient ziemlich langsam variiert, so dass dieser nur einmal je Frame aktualisiert zu werden braucht. Es ist auch möglich, die Energie der Anregungssequenzen nur einmal je Frame zu berechnen, aber dies erfordert eine etwas modifizierte Selektionsprozedur. Zur Vorselektion der Anregungssequenzen aus dem adaptiven Codebuch wird die Maßnahme rap[i·Lm + l], hergeleitet von (7) wie folgt berechnet:
In (9) sind i und l laufende Parameter. ⎦Lmin ist die minimal mögliche Tonhöhenperiode des betreffenden Sprachsignals. Nm ist die Anzahl Abtastwerte je Subframe, Sa ist die Verlagerung zwischen aufeinander folgenden Anregungssequenzen, und Lm ist eine Konstante, welche die Anzahl Energiewerte je Subframe definiert, die gleich 1 + ⎣(Nm – 1)/Sa ist. Die Suche entsprechend (8) wird durchgeführt für 0 ≤ l < Lm und 0 ≤ i < S. Die Suche ist vorgesehen um immer die erste Codebucheingabe entsprechend dem Anfang einer vorher in das adaptive Codebuch 48 eingeschriebenen Anregungssequenz einzuschließen. Dies ermöglicht die Neuverwendung vorher berechneter Energiewerte Ea, die in der Energietabelle 63 gespeichert sind.
Zu dem Zeitpunkt zum Aktualisieren des adaptiven Codebuchs 48 ist das selektierte Anregungssignal yaf[n] des vorhergehenden Subframes in der Speicheraktualisierungseinheit 58 vorhanden. Der Selektionsschalter 49 befindet sich in der Position 0, und die neu verfügbaren Anregungssequenzen werden durch das Synthesefilter 60 mir reduzierter Komplexität gefiltert. Die Energiewerte der neuen gefilterten Anregungssequenzen werden an Lm Speicherstellen gespeichert. Die Energiewerte, die bereits in dem Speicher 63 vorhanden sind, werden abwärts geschoben. Die ältesten Lm Energiewerte werden aus dem Speicher 63 geschoben, weil die entsprechenden Anregungssequenzen nicht mehr in dem adaptiven Codebuch vorhanden sind. Das Zielsignal ta[n] wird durch die Kombination des Zeitumschalters 50, des Filters 52 und des Zeitumschalters 54 berechnet. Der Korrelator 56 berechnet den Zähler von (8) und der Teiler 64 führt die Teilung aus dem Zähler von (8) durch den Nenner von (8) durch. Der Spitzendetektor 65 bestimmt die Indizes der Codebuchindizes, welche die Pa größten Werte von (8) geben. Der Selektor 66 addiert die Indizes der benachbarten Anregungssequenzen der Pa Sequenzen, die durch den Spitzenselektor 56 gefunden wurden und führt all diese Indizes dem adaptiven Codebuchselektor 40 zu.
In der Mitte des Frames (nachdem S/2 Subframes weitergeleitet worden sind) wird der Wert von af aktualisiert. Daraufhin wird der Selektionsschalter in die Position l gesetzt und alle Energiewerte, die den Anregungssequenzen entsprechen, die an den adaptiven Codebuchvorselektionen beteiligt gewesen sind, werden berechnet und in dem Speicher 63 gespeichert.
In dem adaptiven Codebuchselektor 40 nach 4 ist ein Ausgang des adaptiven Codebuchs 48 mit einem Ausgang des Null Zustand Synthesefilters (mit voller Komplexität) 70 verbunden. Das Synthesefilter 70 empfängt die Stoßantwortparameter von dem Rechner 36. Der Ausgang des Synthesefilters 70 ist mit einem Eingang eines Korrelators 72 und mit einem Eingang eines Energieschätzers 74 verbunden. Das Zielsignal t[n] wird einem zweiten Eingang des Korrelators 72 zugeführt. Ei Ausgang des Korrelators 72 ist mit einem ersten Eingang eines Teilers 76 verbunden. Ein Ausgang des Energieschätzers 74 ist mit einem zweiten Eingang des Teilers 76 verbunden. Der Ausgang des Teilers 76 ist mit einem ersten Eingang eines Selektors 78 verbunden. Die Indizes ia[k] der vorselektierten Anregungssequenzen werden einem zweiten Eingang des Selektors 78 zugeführt. Ein erster Ausgang des Selektors ist mit einem Selektionseingang des adaptiven Codebuchs 48 verbunden. Zwei weitere Ausgänge des Selektors 78 liefern die Ausgangssignale Ga und Ia.
Die Selektion der optimalen Anregungssequenz entspricht der Maximierung des Terms re[r]. Der genannte Term ra[r] ist gleich:
(9) entspricht dem Term f[l] in (5). Das Signal y[r][n] wird durch das Filter 70 von den Anregungssequenzen hergeleitet. Die Anfangszustände des Filters 70 werden jeweils bevor eine Anregungssequenz gefiltert wird, auf Null gesetzt. Es wird vorausgesetzt, dass die Variable ia[r] die Indizes der vorselektierten Anregungssequenzen und der Nachbarn in ansteigender Indexreihenfolge enthält. Dies bedeutet, dass ia[r] Pa nachfolgende Gruppen Indizes enthält, wobei jede dieser Gruppen Sa aufeinander folgende Indizes des adaptiven Codebuchs enthält. Für die Codebucheingabe mit dem ersten Index einer Gruppe wird y[r·Sa][n] wie folgt berechnet:
Weil dieselben Anregungsabtastwerte auf einen an der Berechnung von y[r·Sa + 1][n] beteiligt sind, kann der Wert y[r·Sa + 1][n] rekursiv aus y[r·Sa][n] bestimmt werden. Diese Rekursion kann für alle Anregungssequenzen mit einem Index in einer einzigen Gruppe angewandt werden. Für die Rekursion kann Folgendes geschrieben werden: y[r·Sa + i + 1][n] = y[r·Sa + i][n – 1] + h[n]·ca[ia[r·Sa + i + 1]] (11)
Der Korrelator 72 bestimmt den Zähler von (9) aus dem Ausgangssignal des Filters 70 und dem Zielsignal t[n]. Der Energieschätzer 74 bestimmt den Nenner von (9). An dem Ausgang des Teilers ist der Wert von (9) verfügbar. Der Selektor 78 sorgt dafür, dass (9) für alle vorselektierten Indizes berechnet werden und speichert den optimalen Index 1a des adaptiven Codebuchs 48.
Daraufhin berechnet der Selektor den Verstärkungswert g wie folgt:
In (12) ist ỹ die Antwort des Filters 70 auf die selektierte Anregungssequenz mit dem Index 1a. Der Verstärkungsfaktor g wird durch einen nicht einheitlichen Quantisierungsvorgang an dem quantisierten Verstärkungsfaktor Ga quantisiert, der an dem Ausgang des Selektors 78 vorhanden ist. Der Selektor 78 liefert auch den Beitrag p[n] des adaptiven Codebuchs zu dem synthetischen Signal, und zwar entsprechend: p[n] = Ga·ỹ[n] (13)
In den Festcodebuchvorselektionsmitteln nach 5 wird das Signal e[n] einem Eingang eines Backward-Filters 80 zugeführt. Der Ausgang des Backward-Filters 80 ist mit einem ersten Eingang eines Korrelators 86 und mit einem Eingang eines Phasenselektors 82 verbunden. Der Ausgang des Phasenselektors ist mit einem Eingang eines Amplitudenselektors 84 verbunden. Der Ausgang des Amplitudenselektors 84 ist mit einem zweiten Eingang des Korrelators 86 und mit einem Eingang eines Synthesefilters mit reduzierter Komplexität 88 verbunden. Der Ausgang des Synthesefilters mit reduzierter Komplexität 88 ist mit einem Eingang eines Energieschätzers 90 verbunden.
Der Ausgang des Korrelators 86 ist mit einem ersten Eingang des Teilers 92 verbunden. Der Ausgang des Energieschätzers 90 ist mit einem zweiten Eingang des Teilers 92 verbunden. Der Ausgang des Teilers 92 ist mit einem Eingang eines Selektors 94 verbunden. An dem Ausgang des Selektors sind die Indizes if[k] der vorselektierten Anregungssequenzen des festen Codebuchs verfügbar.
Das Backward-Filter 80 berechnet aus dem Signal e[n] ein backward gefiltertes Signal tf[n]. Die Wirkung des Backward-Filters ist die gleiche, wie diese in Bezug auf die Backward-Filterwirkung in den Adaptivcodebuchvorselektionsmitteln 42 in 3 beschrieben worden ist. Das feste Codebuch ist als ein sog. Ternäres RPE Codebuch ausgebildet ("Regular Puise Excitation"), d.h. ein Codebuch mit einer Anzahl äquidistanter Impulse, voneinander getrennt durch eine Anzahl Nullwerte. Das ternäre RPE Codebuch hat Nm Impulse, von denen Np Impulse eine Amplitude von +1, 0 oder –1 haben können. Diese Np Impulse befinden sich in einem regelmäßigen Gitter, das durch die Phase PH und den Impulsabstand D mit 0 ≤ PH < D definiert ist. Die Gitterstellen pos sind durch PH + D·l gegeben, wobei 0 ≤ l < Np ist. Die restlichen Nm–Np Impulse sind Null. Das ternäre RPE Codebuch, wie oben definiert, hat D·(s^Np – 1) Eingänge. Zum Reduzieren der Komplexität wird für jedes Subframe ein örtliches RPE Codebuch mit einem Subsatz von Nf Eingängen erzeugt. Alle Anregungssequenzen dieses örtlichen RPE Codebuchs haben die gleiche Phase PH, die durch den Phasenselektor 82 bestimmt wird, und zwar durch Suche über das Intervall 0 ≤ PH < D nach dem Wert von PH, der den folgenden Ausdruck maximiert:
In dem Amplitudenselektor 84 werden zwei Anordnung gefiltert. Die erste Anordnung, amp, enthält die Variablen amp[l], entsprechend sign(tf[PH + D·l], worin sign die Vorzeichenfunktion hat. Die zweite Anordnung, pos[l] enthält einen Merker, der die Nz größten Werte von |tf[PH + D·l] angibt. Für diese Werte dürfen die Anregungsimpulse keinen Nullwert haben. Daraufhin wird eine zweidimensionale Anordnung cf[k][n] mit Nf Anregungssequenzen gefüllt, die eine Phase PH haben und Abtastwerte, die den Anforderungen entsprechen, die durch den Inhalt der Anordnungen amp bzw. pos auferlegt worden sind. Diese Anregungssequenzen sind die Anregungssequenzen mit der größten Ähnlichkeit mit der restlichen Sequenz, die hier durch das backward gefilterte Signal tf[n] dargestellt wird.
Die Selektion der Kandidat-Anregungssequenz basiert auf demselben Pronzip, wie dieses in den Adaptivcodebuchvorselektionsmitteln 42 angewandt wird. Der Korrelator 86 berechnete den Korrelationswert zwischen dem backward gefilterten Signal tf[n] und den vorselektierten Anregungssequenzen. Das Synthesefilter 88 (mit reduzierter Komplexität) ist vorgesehen zum Filtern der Anregungssequenzen und der Energieschätzer 90 berechnet die Energie der gefilterten Anregungssequenzen. Der Teiler verteilt den Korrelationswert durch die Energie, die mit der Anregungssequenz übereinstimmt. Der Selektor 94 selektiert die Anregungssequenzen entsprechend den Pf größten Werten des Ausgangssignals des Teilers 92, und speichert die entsprechenden Indizes der Kandidat-Anregungssequenzen in einer Anordnung if[k].
In den Festcodebuchselektionsmitteln 44 nach 6 ist ein Ausgang des reduzierten Codebuchs 94 mit einem Eingang eines Synthesefilters 96 verbunden. Der Ausgang des Synthesefilters 96 ist mit einem ersten Eingang eines Korrelators 98 und mit einem Eingang eines Energieschätzers 100 verbunden. Das Signal e[n] wird einem zweiten Eingang des Korrelators 98 zugeführt. Der Ausgang des Korrelators 98 ist mit einem ersten Eingang eines Multiplizierers 108 und mit einem ersten Eingang eines Teilers 102 verbunden. Der Ausgang des Energieschätzers 100 ist mit einem zweiten Eingang des Teilers 102 und mit einem Eingang eines Multiplizierers 112 verbunden. Der Ausgang des Teilers 102 ist mit einem Eingang eines Quantisierers 104 verbunden. Der Ausgang des Quantisierers 104 ist mit einem Eingang eines Multiplizierers 105 und mit eines Quadrierers 110 verbunden.
Der Ausgang des Multiplizierers 105 ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 108 verbunden. Der Ausgang des Quadrierers 110 ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 112 verbunden. Der Ausgang des Multiplizierers 108 ist mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers 114 verbunden und der Ausgang des Multiplizierers 112 ist mit einem zweiten Eingang des Subtrahierers 114 verbunden. Der Ausgang des Subtrahierers 114 ist mit einem Eingang eines Selektors 116 verbunden. Ein erster Ausgang des Selektors 116 ist mit einem Selektionseingang des reduzierten Codebuchs 94 verbunden. Drei Ausgänge des Selektors 116 mit den Ausgangssignalen P, L[k] und Gf präsentieren die Endergebnisse der Festcodebuchsuche.
In den Festcodebuchselektionsmitteln 42 wird eine geschlossene Schleifensuche für die optimale Anregungssequenz durchgeführt. Die Suche betrifft die Bestimmung des Indexes r, wofür der Ausdruck rf[r] maximal ist. Rf[r] ist gleich:
In (15) ist y[r][n] die gefilterte Anregungssequenz und Gf ist die quantisierte Version des optimalen Verstärkungsfaktors g, und zwar entsprechend:
(15) wird dadurch erhalten, dass der Ausdruck für
expandiert wird, die Terme, die nicht von r abhängig sind gelöscht werden und die optimale Verstärkung g durch die quantisierte Verstärkung Gf ersetzt wird. Das Signal y[r][n] kann wie folgt berechnet werden:
Weil cf[if[r]][j] nur Nicht-Null-Werte für j = P + D·l(0 ≤ l < Np) haben kann, kann (17) wie folgt vereinfacht werden:
Die Bestimmung von (18) erfolgt durch das Filter 96. Der Zähler von (15) wird durch den Korrelator 98 bestimmt und der Nennen von (15) wird durch den Energieschätzer 100 berechnet.
Der Wert von g ist an dem Ausgang des Teilers 102 verfügbar. Der Wert von g wird von dem Quantisierer 104 zu Gf quantisiert. An dem Ausgang des Multiplizierers 108 ist der erste Term von (15) verfügbar, und an dem Ausgang des Multiplizierers 112 ist der zweite Term von (15) verfügbar. Der Ausdruck rf[r] ist an dem Ausgang des Subtrahierers 114 verfügbar. Der Selektor 116 selektiert den Wert on r, was (15) maximiert, und präsentiert an den Ausgängen die Verstärkung Gf, die Amplitude L[k] der Nicht-Null-Anregungsimpulse, und die optimale Phase PH der Anregungssequenz.
Das Eingangssignal des Decoders 14 nach 7 wird einem Eingang eines Demultiplexers 118 zugeführt. Ein erster Ausgang des Demultiplexers 118, der das Signal C[k] trägt, ist mit einem Eingang eines Interpolators 130 verbunden. Ein zweiter Ausgang des Demultiplexers 118, der das Signal Ia trägt, ist mit einem Eingang eines adaptiven Co debuchs 120 verbunden. Ein Ausgang des adaptiven Codebuchs 120 ist mit einem ersten Eingang eines Multiplizierers 124 verbunden. Ein dritter Ausgang des Demultiplexers 118, der das Signal Ga trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 124 verbunden. Ein vierter Ausgang des Demultiplexers 118, der das Signal Gf trägt, ist mit einem ersten Eingang eines multiplizierers 126 verbunden. Ein fünfter Ausgang des Demultiplexers 118, der das Signal PH trägt, ist mit einem ersten Eingang eines Anregungsgenerators 122 verbunden. Ein sechster Ausgang des Demultiplexers 118, der das Signal L[k] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Anregungsgenerators 122 verbunden. Ein Ausgang des Anregungsgenerators ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 126 verbunden. Ein Ausgang des Multiplizierers 124 ist mit einem ersten Eingang eines Addierers 128 verbunden und der Ausgang des Multiplizierers 126 ist mit einem zweiten Eingang des Addierers 128 verbunden.
Der Ausgang des Addierers 128 ist mit einem ersten Eingang eines Synthesefilters 132 verbunden. Ein Ausgang des Synthesefilters ist mit einem ersten Eingang eines Post-Filters 134 verbunden. Ein Ausgang des Interpolators 130 ist mit einem zweiten Eingang des Synthesefilters 132 und mit einem zweiten Eingang des Postfilters 134 verbunden. Das decodierte Ausgangssignal ist an dem Ausgang des Post-Filters 134 verfügbar.
Das adaptive Codebuch 120 erzeugt eine Anregungssequenz entsprechend dem Index 1a für jedes Subframe. Das genannte Anregungssignal wird mit dem Verstärkungsfaktor Ga durch den Multiplizierer 124 skaliert. Der Anregungsgenerator 122 erzeugt eine Anregungssequenz entsprechend der Phase PH und den Amplitudenwerten L[k] für jedes Subframe. Das Anregungssignal von dem Anregungsgenerator 122 wird mit dem Verstärkungsfaktor Gf durch den Multiplizierer 126 skaliert. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 124 und 126 werden durch den Addierer 128 addiert zum Erhalten des kompletten Anregungssignals. Dieses Anregungssignal wird zu dem adaptiven Codebuch 120 zurückgeführt, und zwar zur Anpassung des Inhaltes desselben. Das Synthesefilter 132 leitet ein synthetisches Sprachsignal von dem Anregungssignal an dem Ausgang des Addierers 128 her, und zwar unter Ansteuerung der interpolierten Prädiktionsparameter aq[k][s], die alle Subframes aktualisiert werden. Die interpolierten Prädiktionsparameter aq[k][s] werden durch Interpolation der Parameter C[k] und durch Umwandlung der interpolierten C[k] Parameter zu Prädiktionsparametern hergeleitet. Das Post-Filter 134 wird zur Verbesserung der Wahrnehmungsqualität des Sprachsignals benutzt. Informationssignal hat eine Übertragungsfuktion gleich:
In (19) ist G[s] ein Verstärkungsfaktor zum Kompensieren der schwankenden Dämpfung der Filterfunktion des Post-Filters 134.
Text in der Zeichnung
2

Simulation des Decoders
Adaptives Codebuch
Aktualisierung des Speichers
Anregungsgenerator
Wahrnehmungsgewichtung
Adaptivcodebuchsuche (Vorselektion)
Festcodebuchsuche (Vorselektion)
Null-Eingangsantwort
Stoßantwortrechner

3

Inneres Produkt
Spitzendetektor
Einschließlich Nachbarn
Indizes von Kandidat-Vektoren
Null-Zustand

Claims

Übertragungssystem mit einem Sender (2) zum Übertragen eines Eingangssignals zu einem Empfänger (10) über einen Übertragungskanal (8), wobei der Sender (2) einen Codierer (4) mit einem Anregungssignalgenerator (50) aufweist um aus einer Hauptsequenz eine Anzahl Anregungssequenzen herzuleiten, die einen Teil der Hauptsequenz bilden, wobei die genannten Teile untereinander über eine Anzahl Positionen verlagert sind, mit Selektionsmitteln (40, 44) zum Selektieren einer Anregungssequenz, was zu einem minimalen Fehler zwischen einem synthetischen Signal p[n], hergeleitet von der genannten Anregungssequenz, und einem Zielsignal t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, führt, wobei der Sender (2) dazu vorgesehen ist, ein Signal zu dem Empfänger (10) zu übertragen, das eine optimale Anregungssequenz darstellt, wobei der Empfänger (10) einen Decoder (14) mit einem Anregungssignalgenerator (122) aufweist zum Herleiten der selektierten Anregungssequenz von dem Signal, das die optimale Anregungssequenz darstellt, und ein Synthesefilter (132) zum Herleiten eines synthetischen Signals von der optimalen Sequenz von Anregungssignalabtastwerten, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionsmittel (40, 44) dazu vorgesehen sind, wenigstens eine weitere Anregungssequenz von der Hauptsequenz herzuleiten, wobei die weitere Anregungssequenz gegenüber der selektierten Sequenz um einen Abstand verlagert wird, der kleiner ist als die Verlagerung zwischen den Anregungssequenzen und dass die Selektionsmittel (40, 44) dazu vorgesehen sind, aus der selektierten Anregungssequenz und der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz diejenige Anregungssequenz zu selektieren, die zu einem minimalen Fehler zwischen dem synthetischen Signal p[n], hergeleitet von der genannten weiteren Anregungssequenz, und dem Zielsignal t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, als die optimale Sequenz führt.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung zwischen zwei Anregungssequenzen zwischen zwei und fünf Positionen liegt.
Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Codierer (4) ein Synthesefilter aufweist zum Herleiten eines synthetischen Signals von der genannten Anregungssequenz, wobei das genannte Synthesefilter eine reduzierte Komplexität gegenüber dem Synthesefilter (132) in dem Decoder hat.
Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionsmittel (40, 44) dazu vorgesehen sind, wenigstens eine weitere Anregungssequenz zu selektieren, dass der Codierer (4) ein zusätzliches Synthesefilter aufweist, vorgesehen zum Herleiten zusätzlicher synthetischer Signale von den wenigstens zwei Anregungssequenzen, und dass die Selektionsmittel (40, 44) vorgesehen sind zum Selektieren der Anregungssequenz aus den wenigstens zwei Anregungssequenzen, was zu einem minimalen Fehler zwischen dem entsprechenden zusätzlichen synthetischen Eingangssignal und einem von dem Eingangssignal als das selektierte Anregungssignal hergeleiteten Bezugssignal führt.
Sender (2) zum Übertragen eines Eingangssignals, wobei der Sender (2) die nachfolgenden Elemente aufweist: einen Codierer (4) mit einem Anregungssignalgenerator (50) zum Herleiten einer Anzahl Anregungssequenzen, die ein Teil von der Hauptsequenz sind, von einer Hauptsequenz, wobei die genannten Teile um eine Anzahl Positionen gegenüber einander verschoben sind, Selektionsmittel (40, 44) zum Selektieren einer Anregungssequenz, was zu einem minimalen Fehler zwischen einem synthetischen Signal p[n], hergeleitet von der genannten Anregungssequenz, und einem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, wobei der Sender (2) vorgesehen ist zum Übertragen eines Signals, das eine optimale Anregungssequenz darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionsmittel (40, 44) dazu vorgesehen sind, wenigstens eine weitere Anregungssequenz von der Hauptsequenz herzuleiten, wobei die weitere Anregungssequenz um einen Abstand kleiner als die Verlagerung zwischen den Anregungssequenzen gegenüber der selektierten Sequenz verlagert wird, und dass die Selektionsmittel (40, 44) dazu vorgesehen sind, von der selektierten Anregungssequenz und der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz diejenige Anregungssequenz zu selektieren, die zu einem minimalen Fehler zwischen dem synthetischen Signals p[n], hergeleitet von der genannten weiteren Anregungssequenz, und dem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, als die optimale Sequenz führt.
Sender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung zwischen zwei Anregungssequenzen zwischen zwei und fünf Positionen liegt.
Codierer (4) mit einem Anregungssignalgenerator (50) zum Herleiten einer Anzahl Anregungssequenzen, die ein Teil von der Hauptsequenz sind, von einer Hauptsequenz, wobei die genannten Teile um eine Anzahl Positionen gegenüber einander verlagert werden, mit Selektionsmitteln (40, 44) zum Selektieren einer Anregungssequenz, die zu einem minimalen Fehler zwischen einem synthetischen Signal, p[n], hergeleitet von der genannten Anregungssequenz, und einem Zielsignal, t[n], hergeleitet von einem Ausgangssignal, wobei der Codierer (4) vorgesehen ist zum Erzeugen eines Signals, das eine optimale Anregungssequenz darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionsmittel (40, 44) vorgesehen sind um wenigstens eine weitere Anregungssequenz von der Hauptsequenz herzuleiten, wobei die weitere Anregungssequenz um einen Abstand, der kleiner ist als die Verlagerung zwischen den Anregungssequenzen gegenüber der selektierten Sequenz verlagert wird, und dass die Selektionsmittel (40, 44) dazu vorgesehen sind, aus der selektierten Anregungssequenz und der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz diejenige Anregungssequenz zu selektieren, die zu einem minimalen Fehler zwischen dem synthetischen Signal p[n], hergeleitet von der genannten weiteren Anregungssequenz, und dem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal als die optimale Sequenz führt.
Codierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung zwischen zwei Anregungssequenzen zwischen zwei und fünf Positionen ist.
Verfahren zum Übertragen eines Eingangssignals über einen Übertragungskanal (8), wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: das Herleiten einer Anzahl Anregungssequenzen, die ein Teil der Hauptsequenz sind, von einer Hauptsequenz, wobei die genannten Teile um eine Anzahl Positionen gegenüber einander verlagert sind, das Selektieren einer Anregungssequenz, die zu einem minimalen Fehler zwischen einem synthetischen Signal p[n], hergeleitet von der genannten Anregungssequenz, und einem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal führt, das Übertragen eines Signals, das eine optimale Anregungssequenz darstellt, über das Übertragungsmedium, zum Herleiten der selektierten Anregungssequenz von einem Signal, das von dem Übertragungsmedium empfangen worden ist, und das Herleiten eines synthetischen Signals von der optimalen Sequenz der Anregungssignalabtastwerte, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Herleiten wenigstens einer weiteren Anregungssequenz von der Hauptsequenz umfasst, wobei die weitere Anregungssequenz um einen Abstand, der kleiner ist als die Verlagerung zwischen den Anregungssequenz gegenüber einander verlagert wird, und dass das Verfahren die Selektion derjenigen Anregungssequenz aus der selektierten Anregungssequenz und der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz umfasst, die zu einem minimalen Fehler zwischen dem synthetischen Signal, p[n], hergeleitet von der genannten weiteren Anregungssequenz, und dem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, als die optimale Sequenz führt.
Verfahren zum Codieren eines Eingangssignals, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: das Herleiten einer Anzahl Anregungssequenzen, die ein Teil der Hauptsequenz sind, von einer Hauptsequenz, wobei die genannten Teile um eine Anzahl Positionen gegenüber einander verlagert werden, das Selektieren einer Anregungssequenz, was zu einem minimalen Fehler zwischen einem synthetischen Signal, p[n], hergeleitet von der genannten Anregungssequenz, und einem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, und das Erzeugen eines Signals, das eine optimale Anregungssequenz darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Herleiten wenigstens einer weiteren Anregungssequenz von der Hauptsequenz, wobei die weitere Anregungssequenz um einen Abstand, der kleiner ist als die Verlagerung zwischen den Anregungssequenzen, gegenüber der selektierten Sequenz verlagert wird, und dass das Verfahren die Selektion aus der selektierten Anregungssequenz und der wenigstens einen weiteren Anregungssequenz von derjenigen Anregungssequenz umfasst, die zu einem minimalen Fehler zwischen dem synthetischen Signal p[n], hergeleitet von der genannten weiteren Anregungssequenz, und dem Zielsignal, t[n], hergeleitet von dem Eingangssignal, als die optimale Sequenz führt.