EP0341129B1 - Procédé et dispositif de codage de l'énergie du signal vocal dans des vocodeurs à très faibles débits - Google Patents

Procédé et dispositif de codage de l'énergie du signal vocal dans des vocodeurs à très faibles débits Download PDF

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EP0341129B1
EP0341129B1 EP89401169A EP89401169A EP0341129B1 EP 0341129 B1 EP0341129 B1 EP 0341129B1 EP 89401169 A EP89401169 A EP 89401169A EP 89401169 A EP89401169 A EP 89401169A EP 0341129 B1 EP0341129 B1 EP 0341129B1
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EP
European Patent Office
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vector
energy
base
windows
vectors
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EP89401169A
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EP0341129A1 (fr
Inventor
Denis Rochette
Pierre André Laurent
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/0018—Speech coding using phonetic or linguistical decoding of the source; Reconstruction using text-to-speech synthesis

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for coding the energy of the voice signal in vocoders at very low bit rates.
  • the voice signal is divided into time slots or windows of fixed lengths of approximately 20 milliseconds in the transmission vocoders, and each signal window is analyzed to extract the parameters necessary for controlling the digital filters of the vocoders of reception. These parameters are made up of control coefficients for the reception filters, the effective mean value VME of the voice signal and an indication of the nature of the voice signal, whether or not it is heard.
  • the method of coding the VME parameter consists in quantifying the VME parameter on 32 values (0 to 31) according to a scale logarithmic standardized by the NATO standard "Stanag 4198" relating to linear predictive coding of order 10 of which a description appears in the article of M TREMAIN having for title "The Government Standard Linear Predictive Coding Algorithm-LPC 10" and which is published in Speech Technology April 1982 pages 40-49.
  • the quantized VME signal is then coded on 11 bits during three consecutive windows.
  • the effective mean value of the middle window is coded on 5 bits and that of each of the extreme windows is coded by a coding method. of the middle window.
  • a description of this coding process can be found in an article published by the authors Wong D, Juang BH Gray AH in the journal IEEE Transactions on ASSP vol. 30, 1982 pages 770-780 entitled "An 800 bits / s Vector Quantization LPC Vocoder".
  • the 11-bit coding of the VME parameter limits the possibilities of reducing vocoder bit rate, in particular at low bit rates lower than 800 bits / second.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned drawback.
  • the invention also relates to a device for implementing the above method.
  • the method according to the invention is based on the observation that the energy contained in the speech signal varies very slowly over time, so that the energies E0, E1 and E2 of the samples quantified in each signal window can be considered as strongly correlated to each other. It is indeed possible to observe, by considering only a very large number of groups of two successive windows, and by referencing the corresponding energy vector of each group in a vector space orthonormal to two dimensions where the energies E1 and E2 of each window represent the projections of the energy vector E of each group in the representative base of this space, the origins of the energy vectors E of all the groups being confused with that of the two-dimensional vector space, that the ends of the energy vectors E are distribute, as shown in Figure 1, in a domain (D) of the plane formed by the two vectors E1 and E2, substantially symmetrical with respect to a bisector E'1 of the angle (E1, E2) formed by the two vectors, being very elongated in the direction of the bisector and on the other hand flattened in the direction
  • the unit vector of the first axis of inertia has as components (3 -1 ⁇ 2 , 3 -1 ⁇ 2 , 3 -1 ⁇ 2 ), the unit vector of the second axis of inertia has components (-2 -1 ⁇ 2 , 0, 2 -1 ⁇ 2 ) and the unit vector of the third axis of inertia has components (-6 -1 ⁇ 2 , 2x6 -1 ⁇ 2 , -6 -1 ⁇ 2 ).
  • the unit vector of the first axis of inertia has as components (3 -1 ⁇ 2 , 3 -1 ⁇ 2 , 3 -1 ⁇ 2 )
  • the unit vector of the second axis of inertia has components (-2 -1 ⁇ 2 , 0, 2 -1 ⁇ 2 )
  • the unit vector of the third axis of inertia has components (-6 -1 ⁇ 2 , 2x6 -1 ⁇ 2 , -6 -1 ⁇ 2 ).
  • the matrix [E '] has for column vectors the components E'0, E'1 and E'2, the matrix [E] has for column vectors the components E0, E1 and E2, and t P denotes the matrix transposed from P.
  • the preceding transformations make it possible, by limiting the values of E'0 between 0 and 54, to code it on only 4 bits according to a linear scale comprised between these two values and by truncating the values E'1 and E'2 between the values -16 and +16, these can be coded respectively on 3 bits and 2 bits according to also a linear scale also included between these 2 values.
  • the result is then the obtaining of 3 coded values (E''0, E''1 and E''2) on a total of only 9 bits instead of 11 in the prior art which is sufficient to ensure good quality 800 bit / s transmissions.
  • the operations carried out are the reverse operations of coding.
  • the method determines in a first step the vector of component E'0, E'1 and E'2 expressed in the base of the unit vectors of the axes principal of inertia. Then according to a second step, it multiplies the matrix P by the vector of components E'0, E'1, E'2 to obtain a vector of components E0, E1 and E2. Finally, according to a third step, it applies to the components E0, E1 and E2 the decoding law of the linear predictive coding standard of order 10, to obtain the three effective values VME0, VME1 and VME2 of the three consecutive signal windows processed.
  • FIGS. 4 and 5 A corresponding coding device is shown in FIGS. 4 and 5.
  • the device for measuring the energy of the samples of the voice signal comprises an accumulator circuit 1, represented inside a closed line in dotted lines, this circuit being coupled to two registers 2 and 3 connected in series.
  • the accumulator circuit 1 consists, in a known manner, of an accumulator register 4 and of an adder circuit 5.
  • Each sample S i of the voice signal is applied to a first operand input of the adder circuit 5 and is added to the content of the accumulator register 4 which is applied to the second operand input of the adder circuit 5.
  • the accumulation of the samples S i of a window thus takes place in the accumulator register 4 throughout the duration of the window.
  • the coding device also comprises three processing channels 7, 8 and 9 shown in interior of closed dotted lines.
  • Channel 7 comprises, an attenuator circuit 10 of attenuation ratio 3 -1 ⁇ 2 , a limiter stage 11 and an encoder 12. All of the elements 10, 11, 12 are coupled together, in this order, and in series at the output of the adder circuit 6.
  • Channel 8 comprises an amplifier circuit 13 of gain 3, coupled to an attenuator circuit 15 of attenuation ratio 6 -1 ⁇ 2 through a circuit subtractor 14.
  • the subtractor circuit 14 includes a first operand input, marked "+” which is connected to the output of the amplifier circuit 13 and a second operand input marked "-" which is connected to the output of the adder circuit 6 .
  • Channel 9 comprises an attenuator circuit 16 of attenuation ratio 2 -1 ⁇ 2 coupled to the output of an adder circuit 17.
  • a switch circuit 18 applies one or the other of the signals obtained at the output of channels 8 and 9 to the input of an encoder 19 through a limiter stage 20.
  • the reception decoder is shown in FIG. 6. It comprises a set of three reception channels 21, 22 and 23 shown inside closed dotted lines.
  • the first channel 21 comprises, connected in series, an attenuation circuit 24 of attenuation ratio 3 -1 ⁇ 2 and two subtractor circuits 25 and 26.
  • the second channel 22 comprises connected in series, an attenuation circuit 27 of attenuation ratio 2 -1 ⁇ 2 , an adder circuit 28 and a subtractor circuit 29;
  • the third channel 23 comprises, connected in series with an attenuation circuit 30 of attenuation ratio 6 -1 ⁇ 2 , an amplifier 31 of gain 2 and an adder circuit 32.
  • the subtractor circuit 25 is connected by a first operand input marked "+” to the output of the attenuator circuit 24 and by a second operand input marked “-” to the output of the attenuator circuit 27.
  • the result of the subtraction carried out by the subtractor circuit 25 is applied to a first operand input marked "+” of the subtractor circuit 26.
  • the second operand input marked "-" of the subtractor circuit 26 is connected to the output of the attenuator circuit 30.
  • the output of the subtractor circuit 26 supplies the energy E0 of the first window of the voice signal.
  • the adder circuit 28 has a first operand input connected to the output of the attenuator circuit 27 and a second operand input connected to the output of the attenuator circuit 24.
  • the result obtained at the output of the adder circuit 28 is applied to a first operand input marked "+" of the subtractor circuit 29.
  • the second operand input marked "-" of the subtractor circuit 29 is connected to the output of the attenuator circuit 30.
  • the energy E2 of the signal is obtained at the output of the subtractor circuit 29.
  • the adder circuit 32 is connected by a first operand input to the output of the amplifier 31 and by a second operand input to the output of the attenuator circuit 24
  • the energy E1 of the signal is obtained at the output of the adder circuit 23.
  • a second variant of implementation of the method according to the invention may consist in perform, as shown in FIG. 7, a vector coding of the vector (E'0, E'1, E'2), by searching for the closest vector of the vector (E'0, E'1, E'2) among 2 N vectors whose ends would coincide with the nodes of a bounded subset of a face-centered cubic network, so as to obtain an encoding on N bits.
  • This coding mode is carried out by the circuits of FIG.
  • the read-only memory 33 contains the three components of the 2 N estimated vectors (E0, E1 and E2) and these are addressed by the N-bit address counter 24. Each of the components read from the memory 33 is applied respectively to a first operand input of the subtractor circuits 35 to 37.
  • the components E0, E1 and E2 of the energy of the voice signal from each of the three windows are applied respectively to the second operand inputs of the subtractor circuits 35 to 37.
  • the results of the subtractions carried out by the subtractor circuits 35 to 37 are applied respectively to the input of the circuits squared from 38 to 40, and the results of the squared elevations are applied to the inputs of the summing circuit 41.
  • the sums of the squares of the differences between, each component (E0, E1, E2) of a vector representing the energies of the voice signal in three consecutive windows and the components E0, E1, E2 of an estimated vector addressed by the address counter 34, are applied successively by the output of the summing circuit 41 to a first comparison input of a comparator circuit 42 to be compared with the content of register 43 which is applied to the second comparison input of comparator 42.
  • the register 43 On each comparison the content of register 43 is updated by the result of the summation obtained at the output of the summing circuit 41 if this result is less than the content existing in the register 43. In this way after each progression of the address counter 34, the register 43 keeps in memory the sum of the squares obtained from the summing circuit 41 which is the smallest among all the sums already made since the beginning of the addressing of the estimated vectors in the memory 33. In parallel with each update of the content of the register 43 the content of the register 44 is replaced by the address of the corresponding vector which has been read in the memory 33. The number of the VME vector coded on N bits is thus obtained directly in the register 44.
  • FIG. 8 A third variant of implementation of the method according to the invention is shown in FIG. 8. As this third variant follows from the embodiment of the second variant described above, the homologous elements of FIG. 7 are represented in FIG. 8 with the same references.
  • This third variant differs from the previous one in that the memory space 33 is divided into three memory sub-spaces 33 a , 33 b and 33 c .
  • the first N / 3 bits of the address counter 34 address the subspaces 33 a
  • the following N / 3 bits address the second subspace
  • the remaining N / 3 bits address the subspace 33 c .
  • the groups of the cubic network By assigning the groups of the cubic network to memory space 33 a, the subgroups to memory space 33 b , 2 N / 3 estimated energy vectors can be coded in memory space 33 a and 2 N / 3 estimated energy vectors can be coded in memory space 33 b .
  • the 2 N / 3 remaining vectors are coded in memory space 33 c .
  • For N 9, 8 groups are thus obtained, each comprising 8 subgroups of 8 vectors each.
  • the energy of the voice signal with component E de, E1 and E2 is measured by circuits 35 to 43 relative to the energy of the corresponding estimated vectors formed successively through a multiplexer 45 by memories 33 a , 33 b and 33 c .
  • the group, the subgroup and then the vector of the subgroup which has the energy closest to the component vector E0, E1 and E2 are thus defined successively.
  • the group numbers in the group and the vector within a sub-group are recorded respectively in the register 44 which has in FIG. 8 the form of a bank of registers composed of the registers 44 a , 44 b and 44 c .
  • AND gates 48, 49 and 50 allow the transfer of the group, sub-group and vector addresses within a group, each time the result of the comparison carried out by the comparator 42 indicates that the sum formed by the summator 41 is less than the contents of register 43.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif de codage de l'énergie du signal vocal dans des vocodeurs à très faibles débits.
  • Elle s'applique notamment à la réalisation de dispositifs vocodeurs à prédiction linéaire du type de ceux qui sont décrits dans les "Revues Techniques THOMSON-CSF" vol. 14 n°3 Septembre 1982 pages 715 à 731 et vol. 15 n°2 pages 495 à 516 éditées par MASSON, 120 boulevard Saint Germain 75280 Paris.
  • Dans ces dispositifs le signal vocal est découpé en tranches de temps ou fenêtres de longueurs fixes d'environ 20 millisecondes dans les vocodeurs d'émission,et chaque fenêtre de signal est analysée pour extraire les paramètres nécessaires à la commande des filtres numériques des vocodeurs de réception. Ces paramètres se composent, des coefficients de commande des filtres de réception, de la valeur moyenne efficace VME du signal vocal et d'une indication sur la nature voisée ou non du signal vocal.
  • Pour coder numériquement le signal de parole de façon à assurer des liaisons à très faible débit, typiquement moins de 1000 bits/s, la méthode de codage du paramètre VME consiste à quantifier le paramètre VME sur 32 valeurs (0 à 31) selon une échelle logarithmique normalisée par la norme OTAN "Stanag 4198" relative au codage prédictif linéaire d'ordre 10 dont une description figure dans l'article de M TREMAIN ayant pour titre "The Government Standard Linear Predictive Coding Algorithm-LPC 10" et qui est publié dans la revue Speech Technology April 1982 pages 40-49.
  • Le signal VME quantifié est ensuite codé sur 11 bits durant trois fenêtres consécutives. La valeur moyenne efficace de la fenêtre du milieu est codée sur 5 bits et celle de chacune des fenêtres extrêmes est codée par une méthode de codage de la fenêtre médiane. Une description de ce procédé de codage peut être trouvée dans un article publié par les auteurs Wong D, Juang BH Gray AH dans la revue IEEE Transactions on ASSP vol. 30, 1982 pages 770-780 ayant pour titre "An 800 bits/s Vector Quantization LPC Vocoder".
  • Cependant, le codage sur 11 bits du paramètre VME limite les possibilités de réduction de débit des vocodeurs notamment aux bas débits inférieurs à 800 bits/secondes.
  • D'autres procédés de codages sont également connus de la demande de brevet allemand DE A 2 608 244 et de l'article de J. MAKHOUL et al IEEE vol. 73 n°11 novembre 1985 pages 1551-1588 New York ayant pour titre "Vector quantization in speech coding" ceux-ci permettant par changement de base de coder le vecteur énergie du signal vocal' avec un nombre réduit de bits
  • Mais ces procédés ne permettent pas non plus d'obtenir des réductions de débit appréciables en dessous de 800 bits/s par le fait que les calculs ont lieu pendant la durée de 20 à 30 ms de chaque trame de parole pendant laquelle le signal est considéré comme stationnaire sans prendre en compte le fait que les échantillons peuvent en fait être corrélés sur plusieurs trames successives
  • Le but de l'invention est de pallier l'inconvénient précité.
  • A cet effet, l'invention a pour objet, un procédé de codage de l'énergie de signaux vocaux dans des vocodeurs à très faibles débits du type consistant à analyser les signaux vocaux dans des fenêtres consécutives, à mesurer dans chacune des fenêtres l'énergie en valeur moyenne efficace (VME) des échantillons du signal vocal et à quantifier ladite énergie VME sur un nombre déterminé m de niveaux, caractérisé en ce qu'il consiste à construire, dans un espace vectoriel à n dimensions ayant pour première base les vecteurs unitaires un vecteur énergie résultant dont les composantes dans la base sont les énergies VME mesurées respectivement dans n fenêtres d'analyse consécutives du signal vocal, à opérer dans cet espace un changement de base ayant pour premier axe principal un axe orienté correspondant à la somme des vecteurs unitaires de la première base, à projeter dans la nouvelle base obtenue le vecteur énergie résultant, et à coder sur q bits tel que 2q=m la composante du vecteur résultant projeté sur l'axe principal de la nouvelle base et sur un nombre réduit de bits inférieurs à q, les composantes du vecteur énergie projeté sur les n-1 autres axes principaux de l'espace vectoriel défini dans la nouvelle base.
  • L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description faite en regard des dessins annexés qui représentent.
    • La figure 1 le principe de codage mis en oeuvre par l'invention dans un espace à deux dimensions.
    • La figure 2 le principe de codage mis en oeuvre par l'invention dans un espace à trois dimensions.
    • La figure 3 un tableau récapitulatif des énergies portées par les axes principaux de l'espace à trois dimensions défini dans la nouvelle base.
    • La figure 4 un dispositif mis en oeuvre par l'invention pour mesurer l'énergie des échantillons du signal à l'intérieur de chaque fenêtre de signal.
    • La figure 5 un dispositif de codage du paramètre VME selon l'invention.
    • La figure 6 un dispositif de décodage du paramètre VME selon l'invention.
    • Les figures 7 et 8 des deuxième et troisième variantes de réalisation de dispositifs de codage du paramètre VME selon l'invention.
  • Le procédé selon l'invention repose sur la constatation que l'énergie contenue dans le signal vocal varie très lentement au cours du temps, de sorte que les énergies E₀, E₁ et E₂ des échantillons quantifiés dans chaque fenêtre de signal peuvent être considérées comme fortement corrélées les unes aux autres. Il est possible de constater en effet, en considérant seulement un nombre très important de groupes de deux fenêtres successives, et en référençant le vecteur énergie correspondant de chaque groupe dans un espace vectoriel orthonormé à deux dimensions où les énergies E₁ et E₂ de chaque fenêtre représentent les projections du vecteur énergie E de chaque groupe dans la base représentative de cet espace, les origines des vecteurs énergie E de tous les groupes étant confondues avec celle de l'espace vectoriel à deux dimensions, que les extrémités des vecteurs énergie E se répartissent, de la façon représentée à la figure 1, dans un domaine (D) du plan formé par les deux vecteurs E₁ et E₂, sensiblement symétriques par rapport à une bissectrice E'₁ de l'angle (E₁, E₂) formé par les deux vecteurs, en étant très allongé dans la direction de la bissectrice et par contre aplati dans la direction normale à celle-ci.
  • La même constatation peut être faite en analysant l'énergie du signal de parole par groupes de n fenêtres successives.Par exemple, sur un nombre très grand d'observations on peut remarquer, en référençant comme sur la figure 2 les énergies E₀ E₁ et E₂ dans un espace à 3 dimensions, que les extrémités des vecteurs résultant chacun de la somme de trois vecteurs E₀, E₁ et E₂ sont toutes contenues dans un domaine ou "nuage" comportant trois axes d'inertie principaux.
  • Sur les axes E₀, E₁ et E₂ du trièdre représenté à la figure 2, le vecteur unitaire du premier axe d'inertie a pour composantes (3-½, 3-½, 3-½), le vecteur unitaire du deuxième axe d'inertie a pour composantes (-2-½, 0, 2-½) et le vecteur unitaire du troisième axe d'inertie a pour composantes (-6-½, 2x6-½, -6-½). Comme indiqué dans le tableau de la figure 3, il apparaît qu'en projetant l'énergie de chaque vecteur E de composantes E₀, E₁, E₂ sur chaque axe d'inertie, que les pourcentages des énergies des vecteurs projetés sont de 90% pour le premier axe, 8% pour le deuxième et 2% seulement pour le troisième. Il apparaît, qu'une économie en bits de codage peut être réalisée en ne codant pas les composantes E₀, E₁ et E₂ dans tout l'espace de codage maximal formé par le cube dont les longueurs des côtés représentent les énergies maximales E0max, E1max et E2max que peut prendre le signal de parole selon trois fenêtres consécutives, mais en codant par contre leur résultante E dans la nouvelle base orthonormée formée par les 3 vecteurs unitaires formant les axes principaux d'inertie, ce qui n'occupe qu'un faible volume du cube défini précédemment.
  • En notant par P, la matrice des composantes des 3 vecteurs unitaires telle que :
    Figure imgb0001
    avec a=3-½ , b=-2-½ et c=-6-½
    et en notant par (E'₀, E'₁ et E'₂) les composantes dans la nouvelle base du vecteur résultant de l'addition des trois vecteurs E₀, E₁ et E₂, le vecteur de composantes (E'₀, E'₁ et E'₂) vérifie la relation matricielle suivante : [E'] = P⁻¹x[E] = t P x [E].
    Figure imgb0002
  • Dans cette relation la matrice [E'] a pour vecteurs colonnes les composantes E'₀, E'₁ et E'₂, la matrice [E] a pour vecteurs colonnes la composantes E₀, E₁ et E₂, et tP désigne la matrice transposée de P.
  • A titre d'exemple, les transformations précédentes permettent, en limitant les valeurs de E'₀ entre 0 et 54, de coder celle-ci sur seulement 4 bits selon une échelle linéaire comprise entre ces deux valeurs et en troncaturant les valeurs E'₁ et E'₂ entre les valeurs -16 et +16, celles-ci, peuvent être codées respectivement sur 3 bits et 2 bits selon également une échelle linéaire comprise également entre ces 2 valeurs. Le résultat est alors l'obtention de 3 valeurs codées (E''₀, E''₁ et E''₂) sur un total de seulement 9 bits au lieu de 11 dans l'art antérieur ce qui est suffisant pour assurer des transmissions à 800 bits/s de bonne qualité.
  • En réception les opérations effectuées sont les opérations inverses du codage. A partir des valeurs codées E''₀, E''₁ et E''₂ le procédé détermine dans une première étape le vecteur de composante E'₀, E'₁ et E'₂ exprimé dans la base des vecteurs unitaires des axes principaux d'inertie. Puis selon une deuxième étape, il multiplie la matrice P par le vecteur de composantes E'₀, E'₁, E'₂ pour obtenir un vecteur de composantes E₀, E₁ et E₂. Enfin, selon une troisième étape il applique aux composantes E₀, E₁ et E₂ la loi de décodage de la norme de codage prédictif linéaire d'ordre 10, pour obtenir les trois valeurs efficaces VME₀, VME₁ et VME₂ des trois fenêtres de signal consécutives traitées.
  • Un dispositif de codage correspondant est représenté aux figures 4 et 5. Sur la figure 4 le dispositif de mesure de l'énergie des échantillons du signal vocal comprend un circuit accumulateur 1, représenté à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillés, ce circuit étant couplé à deux registres 2 et 3 reliés en série. Le circuit accumulateur 1 se compose, de façon connue, d'un registre accumulateur 4 et d'un circuit additionneur 5. Chaque échantillon Si du signal vocal est appliqué sur une première entrée d'opérande du circuit additionneur 5 et est additionné au contenu du registre accumulateur 4 qui est appliqué sur la deuxième entrée d'opérande du circuit additionneur 5. Le cumul des échantillons Si d'une fenêtre a ainsi lieu dans le registre accumulateur 4 pendant toute la durée de la fenêtre. A la fin de chaque fenêtre le contenu de l'accumulateur 4 est transféré dans le registre 2 pour être ensuite chargé à la fenêtre suivante dans le registre 3. En régime établi, les contenus des registres 3, 2 et 4 indiquent en permanence en fin de fenêtre, les énergies respectives E₀ E₁ et E₂ contenues dans trois fenêtres consécutives d'exploration du signal vocal. Ces valeurs d'énergies E₀, E₁, E₂ sont appliquées au dispositif de codage de la figure 5, aux entrées correspondantes d'un circuit additionneur 6. Le dispositif de codage comprend également trois voies de traitement 7, 8 et 9 représentées à l'intérieur de lignes fermées en pointillées. La voie 7 comprend, un circuit atténuateur 10 de rapport d'atténuation 3-½, un étage limiteur 11 et un codeur 12. L'ensemble des éléments 10, 11, 12 sont couplés entre eux, dans cet ordre, et en série à la sortie du circuit additionneur 6. La voie 8 comprend un circuit amplificateur 13 de gain 3, couplé à un circuit atténuateur 15 de rapport d'atténuation 6-½ au travers d'un circuit soustracteur 14. Le circuit soustracteur 14 comporte une première entrée d'opérande, marquée "+" qui est reliée à la sortie du circuit amplificateur 13 et une deuxième entrée d'opérande marquée "-" qui est reliée à la sortie du circuit additionneur 6.
  • La voie 9 comprend un circuit atténuateur 16 de rapport d'atténuation 2-½ couplé à la sortie d'un circuit additionneur 17. Un circuit aiguilleur 18 applique l'un ou l'autre des signaux obtenus en sortie des voies 8 et 9 à l'entrée d'un codeur 19 au travers d'un étage limiteur 20.
  • Le décodeur de réception est représenté à la figure 6. Il comprend un ensemble de trois voies de réceptions 21, 22 et 23 représentées à l'intérieur de lignes fermées en pointillées.
  • La première voie 21 comprend, reliés en série, un circuit d'atténuation 24 de rapport d'atténuation 3-½ et deux circuits soustracteurs 25 et 26.
  • La deuxième voie 22 comprend reliés en série, un circuit atténuation 27 de rapport d'atténuation 2-½, un circuit additionneur 28 et un circuit soustracteur 29;
       la troisième voie 23 comprend, reliés en série un circuit d'atténuation 30 de rapport d'atténuation 6-½, un amplificateur 31 de gain 2 et un circuit additionneur 32.
  • Le circuit soustracteur 25 est relié par une première entrée d'opérande marquée "+" à la sortie du circuit atténuateur 24 et par une deuxième entrée d'opérande marquée "-" à la sortie du circuit atténuateur 27. Le résultat de la soustraction effectuée par le circuit soustracteur 25 est appliqué sur une première entrée d'opérande marquée "+" du circuit soustracteur 26. La deuxième entrée d'opérande marquée "-" du circuit soustracteur 26 est reliée à la sortie du circuit atténuateur 30. La sortie du circuit soustracteur 26 fournit l'énergie E₀ de la première fenêtre du signal vocal. Le circuit additionneur 28 possède une première entrée d'opérande reliée à la sortie du circuit atténuateur 27 et une deuxième entrée d'opérande reliée à la sortie du circuit atténuateur 24. Le résultat obtenu à la sortie du circuit additionneur 28 est appliqué sur une première entrée d'opérande marquée "+" du circuit soustracteur 29. La deuxième entrée d'opérande marquée "-" du circuit soustracteur 29 est reliée à la sortie du circuit atténuateur 30. L'énergie E₂ du signal est obtenue à la sortie du circuit soustracteur 29. Enfin le circuit additionneur 32 est relié par une première entrée d'opérande à la sortie de l'amplificateur 31 et par une deuxième entrée d'opérande à la sortie du circuit atténuateur 24. L'énergie E₁ du signal est obtenue à la sortie du circuit additionneur 23.
  • Plutôt que de réaliser un codage scalaire du vecteur E'₀, E'₁, E'₂ dans la base des trois vecteurs unitaires des axes principaux d'inertie, une deuxième variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut consister à effectuer, comme le montre la figure 7, un codage vectoriel du vecteur (E'₀, E'₁, E'₂), en cherchant le plus proche vecteur du vecteur (E'₀, E'₁, E'₂) parmi 2N vecteurs dont les extrémités coïncideraient avec les noeuds d'un sous-ensemble borné d'un réseau cubique à face centrée, de façon à obtenir un codage sur N bits. Ce mode de codage est réalisé par les circuits de la figure 7, qui comprennent une mémoire morte programmable 33 adressée par un compteur d'adresse 34, trois circuits soustracteurs 35 à 37, trois circuits d'élévation au carré 38 à 40, un circuit sommateur 41, un circuit comparateur 42, et deux registres 43 et 44. La mémoire morte 33 contient les trois composantes des 2N vecteurs estimés (E₀, E₁ et E₂) et ceux-ci sont adressés par le compteur d'adresse à N bits 24. Chacune des composantes lues dans la mémoire 33 est appliquée respectivement sur une première entrée d'opérande des circuits soustracteurs 35 à 37. Les composantes E₀, E₁ et E₂ de l'énergie du signal vocal de chacune des trois fenêtres sont appliquées respectivement sur les deuxièmes entrées d'opérande des circuits soustracteurs 35 à 37. Les résultats des soustractions effectuées par les circuits soustracteurs 35 à 37 sont appliqués respectivement sur l'entrée des circuits d'élévation au carré 38 à 40, et les résultats des élévations au carré sont appliqués aux entrées du circuit sommateur 41. Les sommes des carrés des différences entre, chaque composante (E₀, E₁, E₂) d'un vecteur représentant les énergies du signal vocal dans trois fenêtres consécutives et les composantes E₀, E₁, E₂ d'un vecteur estimé adressé par le compteur d'adresses 34, sont appliquées successivement par la sortie du circuit sommateur 41 sur une première entrée de comparaison d'un circuit comparateur 42 pour être comparées au contenu du registre 43 qui est appliqué sur la deuxième entrée de comparaison du comparateur 42. A chaque comparaison le contenu du registre 43 est mis à jour par le résultat de la sommation obtenu à la sortie du circuit sommateur 41 si ce résultat est inférieur au contenu existant dans le registre 43. De la sorte après chaque progression du compteur d'adresse 34, le registre 43 garde en mémoire la somme des carrés obtenue du circuit sommateur 41 qui est la plus petite parmi toutes les sommes déjà effectuées depuis le début de l'adressage des vecteurs estimés dans la mémoire 33. Parallèlement à chaque mise à jour du contenu du registre 43 le contenu du registre 44 est remplacé par l'adresse du vecteur correspondant qui a été lu dans la mémoire 33. On obtient ainsi directement dans le registre 44 le n° du vecteur VME codé sur N bits.
  • Une troisième variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représenté à la figure 8. Comme cette troisième variante découle du mode de réalisation de la deuxième variante décrite précédemment les éléments homologues de la figure 7 sont représentés sur la figure 8 avec les mêmes références. Cette troisième variante diffère de la précédente par le fait que l'espace de la mémoire 33 est partagé en trois sous espaces mémoires 33a, 33b et 33c. Dans ce cas les N/3 premiers bits du compteur d'adresse 34 adressent les sous espaces 33a, les N/3 bits suivants adressent le deuxième sous-espace et N/3 bits restants adressent le sous-espace 33c. Ceci permet d'avoir une représentation vectoriel des vecteurs dans un espace à trois dimensions ayant la forme d'un réseau cubique à face centrée, en affectant à chaque vecteur un groupe et un sous groupe de cet espace. En affectant les groupes du réseau cubique à l'espace mémoire 33a les sous groupes à l'espace mémoire 33b, 2N/3 vecteurs énergie estimés peuvent être codés dans l'espace mémoire 33a et 2N/3 vecteurs énergie estimés peuvent être codés dans l'espace mémoire 33b. Les 2N/3 vecteurs restants sont codés dans l'espace mémoire 33c. Pour N = 9 on obtient ainsi 8 groupes comportant chacun 8 sous groupes de 8 vecteurs chacun.
  • De manière similaire au dispositif représenté à la figure 7 l'énergie du signal vocal de composante E₀, E₁ et E₂ est mesurée par les circuits 35 à 43 relativement à l'énergie des vecteurs estimés correspondants formée successivement au travers d'un multiplexeur 45 par les mémoires 33a, 33b et 33c.
  • On définit ainsi successivement le groupe, le sous groupe puis le vecteur du sous groupe qui possède l'énergie la plus proche du vecteur de composante E₀, E₁ et E₂. Les numéros de groupe sous groupe et de vecteur à l'intérieur d'un sous groupe sont enregistrés respectivement dans le registre 44 qui a sur la figure 8 la forme d'un banc de registres composés des registres 44a, 44b et 44c. Des portes ET 48, 49 et 50 permettent le transfert des adresses groupe, sous groupe et vecteur à l'intérieur d'un groupe, chaque fois que le résultat de la comparaison effectuée par le comparateur 42 indique que la somme formée par le sommateur 41 est inférieure au contenu du registre 43.

Claims (8)

  1. Procédé de codage de l'énergie de signaux vocaux dans des vocodeurs à très faibles débits du type consistant à analyser les signaux vocaux dans des fenêtres consécutives, à mesurer (1, 2, 3) dans chacune des fenêtres l'énergie en valeur moyenne efficace (VME) des échantillons du signal vocal et à quantifier ladite énergie VME sur un nombre déterminé m de niveaux, caractérisé en ce qu'il consiste à construire, dans un espace vectoriel à n dimensions ayant pour première base les vecteurs unitaires (e₁ à en) un vecteur énergie résultant dont les composantes dans la base (e₁ à en) sont les énergies VME mesurées respectivement dans n fenêtres d'analyse consécutives du signal vocal, à opérer dans cet espace un changement de base ayant pour premier axe principal un axe orienté correspondant à la somme des vecteurs unitaires de la première base, à projeter (6, 7, 8, 9) dans la nouvelle base obtenue le vecteur énergie résultant, et à coder sur q bits tel que 2q=m la composante du vecteur résultant projeté sur l'axe principal de la nouvelle base et sur un nombre réduit de bits inférieurs à q, les composantes du vecteur énergie projeté sur les n-1 autres axes principaux de l'espace vectoriel défini dans la nouvelle base.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace vectoriel est un espace à trois dimensions, et en ce que les vecteurs unitaires portés par axes principaux de la nouvelle base ont pour composante dans la base définie par les vecteurs de l'espace à trois dimensions représentant les énergies mesurées sur 3 fenêtres consécutives, respectivement (3-½, 3-½, 3-½) pour le premier axe principal (-2-½, 0, 2-½) pour le deuxième axe principal, et (-6-½,2x6-½-6-½) pour le troisième axe principal.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le codage du vecteur énergie résultant projeté sur les premier, deuxième et troisième axes principaux ont des longueurs respectives de 4, 3 et 2 bits.
  4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant des moyens pour analyser des signaux vocaux dans des fenêtres consécutives, des moyens (1, 2, 3) pour mesurer dans chacune des fenêtres l'énergie en valeur moyenne efficace (VME) des échantillons du signal vocal et pour quantifier ladite énergie sur un nombre déterminé m de niveaux,
       le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend
       des moyens de calcul matriciel (6, 7, 8, 9) pour projeter dans une base vectorielle ayant pour premier axe principal un axe orienté correspondant à la somme des vecteurs unitaires (e₁ à en) d'une première base, un vecteur énergie construit dans la base (e₁ à en) dont les composantes dans cette base sont respectivement les énergies VME mesurées dans n fenêtres de mesures consécutives du signal vocal, et des moyens de codage (12, 19) pour coder sur q bits tel que 2q=m la composante du vecteur énergie projeté sur l'axe principal de la nouvelle base et pour coder sur un nombre réduit de bits inférieur à q, les composantes du vecteur énergie projeté sur les n-1 autres axes principaux de l'espace vectoriel défini dans la nouvelle base.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour n = 3 les moyens de calcul matriciel (6, 7, 8, 9 ; 33...44 ) effectuent le produit matriciel [E'] = P⁻¹[E]
    Figure imgb0003
     où [E] est le vecteur colonne formés par les composantes E₀, E₁, E₂ des énergies mesurées sur trois fenêtres successives et
    Figure imgb0004
     avec a=3 -½,b=-2-½ et c=-6-½
  6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (35,...44) pour rechercher dans un ensemble de 2N vecteurs, préenregistrés dans une mémoire (33) et dont les extrémités coïncident avec les noeuds d'un sous ensemble borné d'un réseau cubique à face centrée, le vecteur qui a les composantes dans la nouvelle base les plus proches des composantes E₀, E₁ et E₂ des énergies mesurées sur trois fenêtres successives du signal vocal, de manière à représenter le code du vecteur résultant sur N bits.
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mémoire (33) est organisée en N/3 groupes, N/3 sous groupes de N/3 vecteurs chacun.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend
    - un compteur d'adresse pour adresser les vecteurs préenregistrés dans la mémoire (33)
    - des circuits soustracteurs (35, 36, 37) pour comparer les N valeurs moyennes efficaces du signal vocales fournies par N fenêtres, aux N composantes respectives des vecteurs lus dans la mémoire (33)
    - et un circuit de décision (42, 43, 44) pour repérer le vecteur lu dans la mémoire (33) qui possède les composantes lues les plus proches des N valeurs moyennes efficaces mesurées du signal vocal.
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