EP0697123B1 - Verfahren zur aufbereitung von daten, insbesondere von codierten sprachsignalparametern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Daten, insbesondere von codierten Sprachsignalparametern für Übertragungszwecke.

Bei der Codierung und Decodierung von Sprachsignalen, insbesondere für Mobilfunkanwendungen, wird das Sprachsignal abgetastet und in Abschnitte (Zeitabschnitte) unterteilt. Für jeden Abschnitt werden Prädiktionswerte für unterschiedliche Arten von Signalparametern gebildet. Solche Signalparameter sind z.B. Kurzzeitparameter zur Charakterisierung der Formantstruktur (Resonanzen des Sprachtraktes) und Langzeitparameter zur Charakterisierung der Pitchstruktur (Tonhöhe) des Sprachsignals (ANT Nachrichtentechnische Berichte, Heft 5, Nov. 1988, Seiten 93 bis 105). Bei der Sprachcodierung mittels "Analyse durch Synthese" werden die Modell- und Anregungsparameter quantisiert, codiert und zum Empfänger übertragen. Zur weiteren Reduzierung der Bitrate wird die Vektorquantisierung benutzt (s.o.; DE/EP 0 266 620 T1; EP 504 627 A2; EP 294 020 A2).

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren eingangs genannter Art so weiterzubilden, daß bei weiterer Reduzierung der Bitrate eine befriedigende Rekonstruktion der Ausgangsdaten möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die Schritte des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch seine Robustheit gegenüber Übertragungsfehlern aus. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht den Aufbau von Sprachcodecs, deren Sprachqualität besser ist als bei Sprachcodecs mit Reduzierung der Quantisierungsstufen um Vielfache von 2. Da Übertragungsfehler im allgemeinen gehäuft auftreten, ergibt sich bei reduziertem Aufwand keine Verschlechterung einer Fehlerkorrektur.

Anhand der Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Sprachcoders, welcher nach dem Verfahren der Erfindung arbeitet,

Figur 2 den Rahmenaufbau zweier Rahmenabschnitte für verschiedene Arten von Signalparametern.

Wie Figur 1 zeigt, werden Sprachsignale einer Sprachsignalquelle Q mittels eines A/D-Wandlers abgetastet und hinsichtlich gleichartiger Sprachsignalparameter in einer Analyseeinheit A analysiert. Die Analyseeinheit liefert jeweils einen Satz in sich gleichartiger Sprachsignalparameter, z.B. einen Satz von Kurzzeitparametern KP für die Formantstruktur (Anregungsparameter), einen Satz von Langzeitparametern LP für die Pitchstruktur und einen Satz von Filtergewichtungsparametern FP. Mit diesen Parametersätzen werden jeweils Prädiktionswerte in Prädiktoren PRK, PRL, PRF auf herkömmliche Weise, z.B. gemäß EP 364 647 gewonnen, die einer Vektorquantisierung VQ unterzogen werden. In einer Rahmenbildungseinheit RA werden die quantisierten Signalparameter zusammengefaßt und zwar beispielsweise so, daß ein Rahmen der Rahmendauer von z.B. 20 msec. aus 4 Rahmenabschnitten von jeweils 5 msec Dauer besteht. In jedem dieser Rahmenabschnitte sind gleichartige Signalparameter untergebracht. Aus mindestens zwei dieser Rahmenabschnitte (nachfolgend wird die Behandlung von jeweils zwei Rahmenabschnitten beschrieben, natürlich können auch mehr als zwei Rahmenabschnitte zusammen behandelt werden), werden nun Bits unterdrückt mittels einer Bitunterdrückungseinheit BÜ. Die Bitunterdrückung wird erfindungsgemäß nicht für jeden Rahmenabschnitt einzeln durchgeführt, sondern für die Gesamtzahl der Bits aus mindestens zwei Arten von zusammengefaßten gleichartigen Rahmenabschnitten, d.h. z.B. für die Gesamtzahl der Bits der Kurzzeit- und Langzeitparameter in einem Rahmen der Dauer 20 msec. Bei der Bitunterdrückung wird darauf geachtet, daß die Quantisierungsstufen pro Rahmenabschnitt gleichverteilt sind. Die Anzahl n der zu unterdrückenden Bits wird vorteilhafterweise nach der Beziehung

auf die Rahmenabschnitte verteilt, wobei m die Anzahl gleichartiger Signalparameter und g die Gesamtzahl der ursprünglichen Bits angibt. Die Bit-Differenz aus der Gesamtzahl g der unreduzierten Bits zur nächstgelegenen höheren Zweierpotenz wird somit unterdrückt.

Für die Bitunterdrückung werden vorzugsweise jene Bits ausgewählt, die den am statistisch unwahrscheinlichsten Quantisierungsstufen entsprechen. Diese Forderung kann beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß wenig wahrscheinliche Quantisierungsstufen in einem Speicher SP zuvor abgespeichert werden, der die Bitunterdrückungseinheit BÜ steuert. Da die Wahrscheinlichkeit der Quantisierungsstufen im allgemeinen bedingt ist, d.h. zu einem gewählten Signalparameter aus einem Rahmenabschnitt gibt es im nächsten Rahmenabschnitt Signalparameter, deren Auftreten im Anschluß an den gewählten Signalparameter wahrscheinlicher ist, als das Auftreten anderer, wird bei der Auswahl der Bitunterdrückung gemäß Figur 2 vorgegangen, d.h. es werden in der dargestellten Struktur alle Bits unterdrückt, deren Felder gekreuzt sind.

In Figur 2 ist eine Struktur von 12 x 12 Vektoren dargestellt. Der Rahmenabschnitt S1 weist eine Quantisierung mit 4 Bit für Amplitudenwerte gleicher Art auf, ebenso der Rahmenabschnitt S2. Für den Vektor ergeben sich 7 Bit. Die Bitunterdrückung erfolgt nun nach folgenden Beziehungen:
   für  S1 ≤ 7 gilt 0 ≤ S2 ≤ 10
   und für S1 > 7 gilt 0 ≤ S2 ≤ 9.
S1 und S2 geben die Vektorkomponenten der beiden Rahmenabschnitte an. Für das dargestellte Beispiel gilt: Index = S2 x 12 + S1 < 127

Das in Figur 2 dargestellte Schema kann natürlich auf andere Strukturen entsprechend übertragen werden, z.B. auf eine andere Anzahl zu quantisierender Amplitudenwerte.

Bisher wurde die Zusammenfassung gleichartiger Signalparameter in Rahmenabschnitten beschrieben. Gleichartige Signalparameter können natürlich auch in anderer Weise anstatt in Rahmenabschnitten zusammengefaßt werden. Es muß nur gewährleistet sein, daß sie für die Weiterverarbeitung als zusammengehörige erkennbar sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Daten, insbesondere von codierten Sprachsignalparametern für Übertragungszwecke mit folgenden Schritten:

   die Ausgangsdaten werden analysiert hinsichtlich gleichartiger Signalparameter,

   gleichartige Signalparameter werden in quantisierter Form abschnittsweise zusammengefaßt,

   die Gesamtzahl der Bits für mindestens zwei Arten zusammengefaßter Signalparameter wird so reduziert, daß die Quantisierungsstufen auf die einzelnen Abschnitte in etwa gleichverteilt sind und daß die Bit-Differenz aus der Gesamtzahl der unreduzierten Bits zur nächstgelegenen höheren Zweierpotenz unterdrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jene Bits unterdrückt werden, die den am statistisch unwahrscheinlichsten Quantisierungsstufen entsprechen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ursprünglichen Gesamtzahl von g Bits und einer vorgegebenen Bit-Reduzierung n, die dann entstehenden 2 ^g-n Quantisierungsstufen gleichmäßig so verteilt werden, daß auf jeden Abschnitt etwa

   

   Quantisierungsstufen entfallen, wobei m jeweils die Anzahl gleichartiger Signalparameter angibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in einer Rahmenstruktur angeordnet sind, wobei jeweils unterschiedliche Arten von Signalparametern Rahmenabschnitte bilden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Rahmenabschnitte mit unterschiedlichen Arten von Signalparametern zusammengefaßt und bitreduziert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Vektorquantisierung der Sprachsignalparameter mit 7 Bit/Vektor und einer Struktur von 8 x 12 Vektoren für die Bitunterdrückung folgende Beziehungen gewählt werden:
      für  S1 ≤ 7 gilt 0 ≤ S2 ≤ 10
      und für S1 > 7 gilt 0 ≤ S2 ≤ 9,
   wobei S1 und S2 die Vektorkomponenten der beiden Rahmenabschnitte angeben.

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