FI105624B - Menetelmä luonteeltaan toistuvan analogisen signaalin koodaamiseksi sekä laite sanotulla menetelmällä koodaamista varten - Google Patents

Description

1 105624

Menetelmä luonteeltaan toistuvan analogisen signaalin koodaamiseksi sekä laite sanotulla menetelmällä koodaamista varten 5 Keksintö liittyy menetelmään luonteeltaan toistu van näytteytetyn analogisen signaalin koodaamiseksi, jossa menetelmässä koodattavalle signaalisegmentille, joka käsittää ennalta määrätyn ensimmäisen määrän näytteitä, etsitään aina edeltävästä segmentistä, joka käsittää ennalta 10 määrätyn toisen määrän näytteitä, joka on suurempi kuin ensimmäinen määrä näytteitä, signaalisegmentti, joka on mahdollisimman samankaltainen, vertaamalla aina koodattavaa signaalisegmenttiä yhden näytevälin askelin segmenttiin, joka sisältää ensimmäisen määrän näytteitä ja muo-15 dostaa osan segmentistä, joka käsittää toisen määrän näytteitä, jolloin määritetään erosignaali löydetyn, kaikkein samankaltaisimman segmentin ja koodattavan segmentin välillä samoin kuin ero koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja löydetyssä kaikkein samankaltaisimmassa 20 segmentissä olevan vertailuhetken välillä ilmaistuna näytteiden määränä D näiden kahden ajanhetken välillä.

On tunnettua, että analogiasignaalit, jotka ovat luonteeltaan voimakkaasti yhdenmukaisia, kuten esimerkiksi puhesignaalit, voidaan koodata näytteenoton jälkeen tehok- • · 25 kaalia tavalla suorittamalla perätysten joukko erilaisia • · * muunnoksia signaalin peräkkäisille segmenteille, joilla • · * kullakin on tietty ajallinen kesto. Eräs tunnetuista tässä · · ···’· tarkoituksessa tehdyistä muunnoksista on lineaarisen en- * * nustuksen koodaus (LPC), jonka selityksen osalta viitataan • · · V 30 kirjaan nimeltä "Digital Processing of Speed Signals", L.R. Rabiner ja R.W. Schafer, Prentice Hall, New Jersey, kappale 8. Kuten todettiin, LPC-menetelmää käytetään aina » · · signaalisegmenteille, joilla on tietty aikakesto, puhesig- i .naalien tapauksessa esimerkiksi 20 ms, ja sitä on pidet-• · ·*!/ 35 tävä lyhyen aikavälin koodauksena. Lyhyen aikavälin ennus- I ff • · • « # »*· • · • ·

»M

• · 2 105624 tuksen lisäksi on tunnettua tehdä myös pitkän aikavälin ennustusta (LTP), jossa saadaan hyvin tehokas koodaus yhdistämällä nämä kaksi menetelmää. LTP-menetelmän periaate on kuvattu julkaisussa Frequenz (Frequency), voi. 42, nro 5 2 - 3, 1988, s. 85-93, P. Vary et ai., "Sprachcodec fiir das Europäische Funkfernsprechnetz" ( "Speech Coder/Decoder for the European Radio Telephone Network").

LTP-menetelmässä koodattavalle signaalisegmentille etsitään mahdollisimman samankaltainen segmentti sanottua 10 segmenttiä edeltävästä signaalijaksosta, jolla on tietty kesto, ja koodattavan segmentin ja löydetyn segmentin eroa edustava signaali sekä myös aikakestoa, joka on kulunut löydetystä segmentistä lähtien, edustava signaali lähetetään koodatussa muodossa, mistä voi olla tuloksena huomat-15 tava lähetettävän informaation väheneminen. Koska LTP-menetelmän perusperiaate ei näytä kaikissa tapauksissa tuottavan samankaltaisuudeltaan optimaalisen signaalisegmentin löytämistä, on esitetty LTP-periaatteen parannus, josta käytetään nimitystä HLTP (high-resolution LTP). Eräs mah-20 dollinen HLTP-toteutus on kuvattu julkaisussa Eurospeech 89, European Conference on Speech Communication and Technology, Pariisi, syyskuu 1989, artikkelissa nimeltä "Pitch Prediction with Fractional Delays in CELP coding", J.S. Marques et ai. HLTP-menetelmän tapauksessa mahdollisuutta, 25 että löydetään suurimman samankaltaisuuden omaava signaa- '·*·. lisegmentti, kasvatetaan kasvattamalla edeltävän signaali- * * · '· *· jakson näytteenottotaajuutta interpoloinnin avulla. Kuten ··· jatkossa selitetään tarkemmin, HLTP-mentelmän haittapuole-na on, että koodaus on paljon mutkikkaampi kuin LTP-mene- «»· : 30 telmän tapauksessa tuloksena huomattavasta operaatioiden määrän kasvusta.

;***: Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä, • · · jossa LTP-periaatteeseen saadaan aikaan parannus sikäli, « · * että mahdollisuus löytää edeltävästä jaksosta, jolla on « · * ·· ' 35 tietty kesto, eniten samankaltainen segmentti kasvaa huo- IM m 9 9 · · • • » · • I · • · 3 105624 mattavasti ilman että tämän toteuttamiseen tarvittava operaatioiden lukumäärä kasvaa samassa määrin kuin HLTP-mene-telmän tapauksessa.

Tätä tarkoitusta varten keksinnön edellä mainittua 5 tyyppiä olevalle menetelmälle on tunnusomaista, että koodattavassa segmentissä olevien näytteiden määrää kasvatetaan ennalta määrätyllä kertoimella Ob sijoittamalla aina (Ob-1) näytettä, joilla on arvo O, kahden peräkkäisen näytteen väliin, että edeltävän segmentin näytteiden mää-10 rää kasvatetaan myös kertoimella Ob, että edeltävässä segmentissä määritetään osasegmentit Cd, jolloin on voimassa, että näytteiden määrä Dd imaistuna näytteiden määränä yli-näytteytyksen jälkeen koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja osasegmentissä Cd olevan vertailuhetken 15 välillä täyttää ehdon Dd = (D10b)/d, missä d = 1, 2, 3, 4, ... , n ja n on positiivinen kokonaisluku, ja Ob ja n valitaan sillä tavoin, että Dd on aina kokonaisluku, että segmenteissä Cd näytteiden arvot määritetään interpoloin-timenetelmällä ennalta määrätyissä paikoissa, jotka si-20 jaitsevat välin Dd etäisyydellä koodattavan segmentin alkuperäisistä näytteistä ennen näytteiden määrän kasvattamista, sekä että määritetään osasegmentti Cd, joka on samankaltaisin koodattavan segmentin kanssa.

Keksinnössä tuodaan esiin myös laite keksinnön mu- I « , 25 kaisen menetelmän soveltamiseksi laitteen käsittäessä vä- t · 1 ’·1·. lineet näytteiden ottamiseksi koodattavasta signaalista; • · 1 '· välineet ennalta määrätyn ensimmäisen määrän näytteitä • · · ...: sisältävän koodattavan signaalisegmentin erottamiseksi; *·2· välineet toisen määrän näytteitä sisältävän edeltävän sig- ··· V : 30 naalisegmentin erottamiseksi; välineet ensimmäisen segmen tin näytearvojen vertaamiseksi aina yhden näytevälin aske-Iin vastaaviin näytearvoihin osasegmentissä, joka sisältää »·« . .··'. ensimmäisen määrän näytteitä ja muodostaa osan edeltävästä « · « segmentistä; välineet sen osasegmentin määrittämiseksi, • · · ··1· · 35 joka on kaikkein samankaltaisin koodattavan signaaliseg- • · ♦ 1· • · ♦ · • 1 2 «<« 4 105624 mentin kanssa; välineet sellaisen signaalin määräämiseksi, joka edustaa eroa koodattavan segmentin ja löydetyn osa-segmentin välillä, ja välineet näytemäärän D määräämiseksi koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja löyde-5 tyssä osasegmentissä olevan vertailuhetken välillä, jol loin laitteelle on tunnusomaista, että siinä on välineet koodattavasta signaalisegmentistä ennalta määrätyllä kertoimella Ob tapahtuvaa ylinäytteenottoa varten, välineet arvon Dd = (D»Ob)/d määrittämiseksi, jolloin d >1 2, 3, 10 4, .,, , n, välineet näytteiden määrittämiseksi interpo lation avulla jokaiselle d:n arvolle kaikilla ajanhetkil-lä, jotka eroavat arvon Dd verran alkuperäisiin näytear-voihin liittyvistä ajanhetkistä, sekä välineet koodattavan segmentin näytearvojen ja d:n arvolle määrättyjen näytear-15 vojen samankaltaisuuden vertaamiseksi.

Keksintö selitetään nyt yksityiskohtaisemmin viitaten piirustuksiin, joista; kuviot la - le esittävät erilaisia signaalimuotoja LTP-periaatteen ja siihen liittyvien vaikeuksien selittä-20 miseksi, kuvio 2 esittää keksinnön erästä kohdetta selittävää vuokaaviota, kuviot 3a ja 3b esittävät keksinnön mukaisen laitteen esimerkkisovellutusmuodon lohkokaaviota.

. 25 Kuvio la esittää aikatasossa luonteeltaan voimak- t * t • · · ·1·. kaasti toistuvan signaalin, esimerkiksi puhesignaalin, • · · *· '· näytteytettyä versiota. LTP- ja HLTP-menetelmien periaat- • · · ...ί teen selittämiseksi oletetaan, että ennen segmenttiä, jon- *·”· ka kesto on 5 ms, etsitään aina edeltävästä 15 ms jaksosta ί.ί · 30 samalla tavoin 5 ms segmenttiä, joka on eniten samankal tainen, sekä että näytteenottotaajuus on 8 kHz. Tässä yh- ;***: teydessä koodattavasta segmentistä käytetään nimitystä • · · ."·. segmentti A, 15 ms jaksosta nimitystä segmentti B ja halu- · · tusta eniten samankaltaisesta segmentistä nimitystä seg- ί·1 1 35 mentti C. Nämä segmentit on esitetty kuviossa la. LTP-me- ·** · • · • · · • · • · ♦ ♦ · · · 5 105624 netelmän periaatteena on nyt, että ennen segmentin A lähettämistä ei lähetetä signaaleja, jotka liittyvät suoraan näytteisiin segmentistä A, vaan ensiksi lähetetään signaalit, jotka liittyvät näytearvoihin, jotka tuotetaan, jos 5 määritetään erosignaali segmentin A ja segmentin C välillä, ja toiseksi lähetetään signaalit, jotka liittyvät aikaeroon segmentin A ja segmentin C välillä ilmaistuna esimerkiksi näytteiden lukumääränä D segmentin A alun ja segmentin C alun välillä. Dekooderissa, joka vastaanottaa 10 sanotut lähetetyt signaalit, segmentti A voidaan nyt muodostaa, koska segmentti C jo periaatteessa tunnetaan dekooderissa esimerkiksi, koska näytteet edeltävältä 15 ms ajalta aina talletetaan muistiin, niin että näytteet segmentistä voidaan lukea muistista vastaanotetun signaalin 15 mukaan, joka edustaa eroa näytteiden määränä D segmenttien A ja C alkukohtien välillä, jonka jälkeen segmentti A voidaan muodostaa tästä ja myös vastaanotetusta signaalista, joka edustaa eroa segmentin A ja segmentin C näytearvojen välillä.

20 LTP-periaatteen mutkikkuus voidaan määritellä seu raavasti. Segmentissä A on 40 näytettä ja segmentissä B 120 näytettä. Segmentti B on siksi tutkittava 81 vaiheessa "siirtämällä" koko segmenttiä A näytevälin suuruisin aske-Iin yli segmentin B ja määrittämällä joka vaiheessa yhden-25 mukaisuuden aste korrelaatiomenetelmien avulla korrelaa- !*’. tioarvona ilmaistuna. Sanottu korrelaatioarvo R(k) voi- • · · * daan laskea kaavasta: *·· • · · · N-l 30 R(k) = ς A(m) · B(m+k) (1) * m=0 • · · • · ’··’ missä N - 40 eli näytteiden lukumäärä segmentissä A, k = • » 0, ... , 80 eli osasegmentin (mahdollinen segmentti C) • 35 aloitusarvo segmentissä B ja m on näytteen numero segmen- M» 1 tissä A.

« · • » ·

IM

• « ψ » • « · m · 6 105624

Korrelaatiomenetelmän yksityiskohtaisemman selityksen osalta voidaan viitata sivulle 147 edellä mainitussa L.R. Rabinerin kirjassa. Luonnollisesti myös muita korre-laatiomenetelmiä on periaatteessa mahdollista käyttää sa-5 moin kuin muita menetelmiä kahden näytearvoryhmän välisen yhdenmukaisuuden määrittämiseksi, joiden muiden menetelmien katsotaan myös sijoittuvan korrelaation määrittämisen alueelle.

Korrelaatioarvon laskemiseksi tarvitaan kullekin 10 arvolle k 40 kertolaskua ja 39 yhteenlaskua, niin että vaadittavien operaatioiden kokonaismäärä on yhtä kuin 81-79 = 6 399.

Kuten edellä on jo todettu, ongelmana LTP-periaa-tetta käytettäessä on, että aina ei pystytä löytämään seg-15 menttiä C, joka on samankaltaisin segmentin A kanssa. Tämä on esitetty kaavamaisesti kuviossa Ib, josta ilmenee, että segmentti Cl on kaikkein yhdenmukaisin segmentin A kanssa mutta segmentin C2 näytearvot osoittautuvat eniten samankaltaisiksi segmentin A näytearvojen kanssa, niin että 20 segmentti C2 valitaan virheellisesti sopivimmaksi segmentiksi vähennettäväksi segmentistä A erosignaalin muodostamista varten. HLTP-periaate saa tähän aikaan parannuksen, koska näytteenottotaajuutta segmentissä B kasvatetaan esimerkiksi kertoimella 12. Tämä kasvattaa oikean segmen-25 tin C löytämismahdollisuutta. Kuten jo on todettu, tämä • 1 ***. tapahtuu mutkikkuuden huomattavan lisääntymisen kustannuk- « i t *· / sella, kuten voidaan laskea seuraavasti. Segmentin B näyt- «·· —: teenottotaajuutta kasvatetaan interpolointimenetelmien ** 2 avulla kertoimella 12 ja oletetaan, että jokainen väliarvo • i· V ' 30 lasketaan 7 jo tunnetusta näytteestä.

Segmentti B käsittää nyt 12-120 1 1 440 näytettä.

;***: Välinäytteiden laskemiseksi tarvitaan (120-11)-7 - 9 240 * 1 1 kertolaskua ja (120-11)-6 - 7 920 yhteenlaskua eli toisin « « · ,·. sanoen 17 160 operaatiota.

t · · • ♦ · « · · · • · · • · t · • · · • · · • · • · « « « « · » 2 • · , 105624

Segmentin A näytteenottotaajuus kasvaa myös kertoimella 12, kun aina lisätään 11 näytettä, joiden arvo on 0, kahden peräkkäisen tunnetun näytteen väliin. 1 440 näytteen segmentti B on nyt etsittävä 961 vaiheessa siirtämäl-5 lä jälleen segmenttiä A segmentin B yli. Korrelaatioarvoa R(k) laskettaessa voidaan käyttää LTP-periaatteelle selitettyä edellä olevaa kaavaa. Samalla kertaa on tarpeen laskea korrelaatioarvo myös välinäytearvoille, joten kullekin arvolle k (k 0, ..., 960) tarvitaan 79 operaatiota 10 aivan kuten LTP-menetelmän tapauksessa.

HLTP-menetelmässä tarvittavien operaatioiden kokonaismäärä on siksi (961*79) + 17 160 - 93 097.

Tämä tarkoittaa, että edellä mainituin (reaalisin) olettamuksin koskien näytteenottotaajuuden kasvattamista 15 ja interpolointitapaa HLTP-periaatteen mutkikkuus on noin 14,5-kertainen LTP-periaatteeseen nähden.

Kuvatussa HLTP-periaatteen esimerkissä väli D segmentin A alun ja löydetyn segmentin C alun välillä voidaan taas ilmaista näytteiden määränä (ei enempää kuin 961) 20 kahden ajanhetken välillä, ja se voidaan siten tuottaa 10 bitillä.

Keksinnön mukaan kaikkein samankaltaisin segmentti etsitään alla kuvatulla tavalla, joka on vähemmän mutkikas kuin HLTP-periaate, mahdollisuuden, että löydetty segment-25 ti on todella kaikkein samankaltaisin segmentti ollessa • · *". huomattavasti suurempi kuin LTP-periaatteen tapauksessa.

• · · '· \· Keksinnön mukaan segmentin A kanssa eniten saman- ··· ···! kaltainen segmentti C etsitään ensiksi edellä selitetyn *· * LTP-periaatteen mukaisesti koodattavaa segmenttiä A edel- ··· V· 30 tävästä segmentistä B. Tämä segmentti C sijaitsee näyte- määrän D päässä segmentistä A. Keksinnön mukaan näytteen-ottotaajuutta lisätään sitten myös kertoimella 0b, esimer- • · t .***; kiksi myös kertoimella Ob = 12. Tuloksena tästä löydetty segmentti C päättyy segmentistä A etäisyydelle (D*0b). Tä- :·· · 35 män jälkeen määritetään, onko segmentti Cd etäisyydellä • ·

Ml m • · · • · i · • · · « • · 105624 8

Dd -= (D*Ob)/d segmentistä A mahdollisesti enemmän samankaltainen segmentin A kanssa kuin LTP-menetelmän avulla löydetty segmentti C arvolle d = 1, ja siksi tästä segmentistä käytetään jäljempänä merkintää Cl. Mahdolliset d:n 5 arvot ovat d = 1, 2, 3, 4, ...

Se, millä d:n arvoilla voidaan tutkia, onko segmentti Cd paremmin segmentin A kaltainen kuin segmentti Cl, seuraa segmenttien A ja B pituuksista. Löydettyä d:n arvoa, jolla paras yhdenmukaisuus havaitaan, merkitään 10 ^optimum*

Keksinnön mukaisen menetelmän mutkikkuus LTP- ja HLTP-menetelmiin nähden voidaan laskea seuraavasti. Jos segmenttien A ja B aikakestoille (vastaavasti 5 ja 15 ms) sekä näytteenottotaajuudelle (8 kHz) oletetaan samat arvot 15 kuin edellä kuvatussa LTP-periaatetta koskevassa esimerkissä, keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitaan 6 399 operaatiota segmentin Cl löytämiseksi.

Segmentin Cd etsimiseksi tässä esimerkissä arvoilla d = 2, 3 ja 4 näytteenottotaajuutta kasvatetaan kertoimel-20 la 12 sijoittamalla esimerkiksi aina 11 näytearvoa, jotka ovat yhtä kuin 0, kahden peräkkäisen tunnetun näytteen väliin ja ainoastaan laskemalla todellinen näytearvo ennalta määrätyissä paikoissa oleville näytteille esimerkiksi in-terpoloimalla 7 jo tunnettua näytettä. Nämä ennalta määrä-25 tyt paikat ovat näytepaikkoja, jotka sijaitsevat etäisyy- ·*** dellä Dd alkuperäisistä näytteistä segmentissä A. Segmen- • · · *· tin A näytteenottotaajuutta kasvatetaan myös, ja aivan ...: samoin kuin HLTP-menetelmän tapauksessa tämä tehdään si- « '·’*· joittamalla aina 11 näytettä, joilla on arvo 0, kahden :*! '· 30 tunnetun näytteen väliin. Segmentti A käsittää siksi 480 näytettä, joista enintään 40 on arvoltaan muuta kuin 0.

.***: Tämän seurauksena tarvitsee periaatteessa laskea enintään • · · .···, 40 välinäytearvoa interpoloinnilla segmentissä Cd eikä 440 iti väliarvoa kuten HLTP-menetelmän tapauksessa. Ainoastaan « · * '·'· *· 35 enintään 40· (7 kertolaskua + 6 yhteenlaskua) = 520 operaa- • # t f · • ·

»M

• * * • · ♦ « • · 4 105624 tiota tarvitaan siksi kullekin segmentille Cd välinäytear-vojen laskemiseksi interpoloinnin avulla. Tämä tarkoittaa sen tähden 1 560 operaatiota kolmelle segmentille Cd. Itse segmentin A vertailu segmentteihin Cd edellä selitetyn 5 korrelaatiomenetelmän avulla vaatii kullekin segmentille Cd 40 kertolaskua + 39 yhteenlaskua 79 operaatiota. Kolmelle segmentille Cd tarvitaan toisin sanoen 237 operaatiota .

Segmentin Cl määrittämiseen ja kolmen mahdollisesti 10 sopivan segmentin vertaamiseen sen jälkeen segmenttiin A tarvittavien operaatioiden kokonaismäärä on keksinnön mukaisessa menetelmässä 6 399 + 1 560 + 237 - 8 197. Jos määritetyt arvot Dd ovat jaollisia 12:11a, tämä tarkoittaa, että niihin liittyvä segmentti Cd on jo tutkittu en-15 simmäisessä, LTP-periaatteen mukaisessa haussa, niin että tätä ei tarvitse tehdä uudelleen. Tällaisessa tapauksessa tarvittavien operaatioiden lukumäärä on siksi vähemmän kuin 8 197.

On selvää, että keksinnön mukaisella menetelmällä 20 saavutetaan huomattava yksinkertaistaminen HLTP-periaat-teeseen nähden, samalla kun mahdollisuus, että kaikkein samankaltaisin segmentti löydetään, on siitä huolimatta huomattavasti suurempi kuin LTP-periaatteen tapauksessa. ,,,·, Myös silloin, kun segmenttejä Cd pitäisi tutkia suuremmil- i · .f 25 le d:n arvoille kuin 4, esimerkiksi segmentin A ja segmen- 4 4 tin B muilla pituuksilla, keksinnön mukainen menetelmä pysyy yksinkertaisempana kuin HLTP-periaatteen mukainen

• M

menetelmä. Kun eniten samankaltainen segmentti Cd kerran • · ίο 105624

Keksinnön vielä erään kohteen mukaisesti sen mahdollisuuden, että samankaltainen segmentti C löydetään, kasvattamiseksi edelleen tutkitaan myös segmentit Cd etäisyyksillä Dd - (D«0b)/d + eps, missä eps - -(Ob-1), 5 -2, -1, 1, 2, ... , (Ob-1) tai tietty osuus näistä arvois ta; käytännössä esimerkiksi arvot eps - -2, -1, 1, 2 riittävät. HLTP-periaatetta käytettäessä voi tulla eteen myös kuviossa le esitetty tilanne. Segmentti C2 näyttää muistuttavan enemmän segmenttiä A kuin lähempänä segmenttiä A 10 sijaitseva segmentti Cl. Yksityiskohtaisempi analyysi osoittaa kuitenkin, että tämä jälkimmäinen segmentti itse asiassa on haluttu segmentti, koska perussäännönmukaisuu-den P, joka signaalissa esiintyy ja jonka esimerkiksi puheen tapauksessa määrittelee äänijanteiden perustaajuus, 15 määrittelee etäisyys Dl segmentin A ja segmentin Cl välillä eikä etäisyys C2 segmentin A ja segmentin C2 välillä. Tämä ilmiö voi johtua esimerkiksi kohinan esiintymisestä.

On tärkeätä, että perussäännönmukaisuus P signaalista löydetään niin usein kuin mahdollista joka kerta, 20 kun segmenttiä C etsitään, koska siinä päässä, jossa lähetetty koodattu signaali dekoodataan, tämä etäisyyden D ilmaisema säännönmukaisuus tuotetaan jälleen dekooderin avulla dekoodattuun signaaliin. Jos tämä säännönmukaisuus • « . häiriintyy liian usein peräkkäisten koodattujen segment- 25 tien välillä, tästä seuraa epätoivottavia häiriöitä dekoo-

• I I

'· *t* dattuun signaaliin. Sanotunlaiset häiriöt ovat tunnettu • · · ongelma LTP- ja HLTP-menetelmissä.

"·*** Ratkaisun tarjoamiseksi myös tähän keksinnön vielä

(M

V· erään kohteen mukaisesti sen jälkeen kun eniten samankal- 30 täinen segmentti C on löydetty edellä kuvatun menetelmän avulla, joka perustuu siihen, että tuolle segmentille löy- • · · detään korkein arvo laskettaessa korrelaatioarvo R(d) kaa- « « « van (1) avulla, johon arvoon tämän jälkeen viitataan mer- t · * •;;t" kinnällä Reax, tutkitaan, onko segmenttejä Cd, jotka sijait- « · *.«·' 35 sevat pienemmällä etäisyydellä D segmentistä A ja joilla « « « · • · • · · m «·»♦· » · 11 105624 on korrelaatioarvo Rd, joka on suurempi kuin q‘Rm4UC, missä q < 1, esimerkiksi q = 0,8. Kaikista segmenteistä Cd, joiden korrelaatioarvo Rd täyttää tämän ehdon, valitaan sitten sopivimmaksi segmentiksi segmentti Cd, joka sijaitsee 5 lähinnä segmenttiä A, toisin sanoen segmentti, jolla on pienin arvo D, huolimatta siitä tosiasiasta, että on yksi tai useampia segmenttejä, joilla on parempi samankaltaisuus. Tämä valinta perustuu näkemykseen, että tällainen lähempänä segmenttiä A sijaitseva segmentti C on (puhe)-10 signaalin erityiset ominaisuudet huomioon ottaen todennäköisimmin oikea pienemmästä arvosta D johtuen. Jos mikään tutkituista segmenteistä Cd ei täytä mainittua ehtoa, valitaan segmentti Cl. Edellä kuvattu menetelmä sopivimman segmentin C löytämiseksi ottaen huomioon säännönmu-15 kaisuus P signaalissa on esitetty kuvion 2 vuokaaviossa. Huomautettakoon, että tätä periaatetta perussäännönmukai-suuden määrittämiseksi niin hyvin kuin mahdollista voidaan käyttää myös tavanomaisissa LTP- ja HLTP-menetelmissä. Tässä tapauksessa on sitten tarpeen tutkia, mitkä korre-20 laatioarvot Ri ovat suurempia kuin q ·!1„„, missä q < 1, esimerkiksi q = 0,8. Näihin liittyvistä etäisyyksistä Di tai vastaavasti Di10b valitaan pienin etäisyys, jota merkitään ^optimum· DoptlnuI(1 ei ole koskaan suurempi kuin D, koska tilanne . on joka tapauksessa sellainen, että R,,, > R„„«g. Keksintö 25 liittyy siksi myös menetelmään luonteeltaan toistuvan, • 1· näytteytetyn analogiasignaalin koodaamiseksi, jossa mene- • · · ·· telmässä ennalta määrätystä ensimmäisestä näytemäärästä muodostuvalle koodattavalle signaalisegmentille etsitään < ·· >.ϊ · aina edeltävästä signaalisegmentistä, joka käsittää ennal- 30 ta määrätyn toisen näytemäärän, joka on suurempi kuin en-simmäinen näytemäärä, signaalisegmentti, joka on mahdolli- ··· simman yhdenmukainen sen kanssa, vertaamalla aina koodat- • « · m-' m tavaa signaali segmenttiä yhden näytevälin askelin ensim-

I 1 I

:·· · mäisen näytemäärän sisältävään segmenttiin, joka muodostaa '···’ 35 osan toisen näytemäärän käsittävästä segmentistä, ja jossa * » · • · • · • · · · · · • · 12 105624 menetelmässä määritetään erosignaali löydetyn, eniten samankaltaisen segmentin ja koodattavan segmentin välillä sekä ero koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja löydetyssä, eniten samankaltaisessa segmentissä olevan 5 vertailuhetken välillä ilmaistuna näytteiden määränä D näiden kahden ajanhetken välillä, jolloin tälle menetelmälle on tunnusomaista, että osasegmenteistä, joita verrataan koodattavaan segmenttiin, valitaan eniten yhdenmukaiseksi osasegmentiksi se segmentti, jolla on koodattavan 10 segmentin näytteiden kanssa korrelaatioarvo R, jolle on voimassa, että R £ g»R„„, missä q < 1 ja R___on maksimikor- relaatioarvo, joka on löydetty vertaamalla toisiinsa edeltävästä segmentistä olevaa osasegmenttiä ja koodattavaa segmenttiä, ja joka on se segmentti, joka tuottaa siihen 15 liittyen pienimmän arvon D:lle.

Kuvio 3a esittää keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen tarkoitetun koodaus/dekoodausjärjestelmän lohkokaaviota puhesignaalin tapauksessa järjestelmän sisältäessä koodausyksikön 10 ja dekoodausyksikön 30. Mikrofo-20 nin 11 antaman analogiasignaalin kaistanleveys rajoitetaan aiipäästösuodattimellä 12 ja signaali muutetaan analogia-digitaalimuuntimessa sarjaksi näytearvoja, jotka edustavat analogiasignaalia. Muuntimen 13 antosignaali syötetään ly-. hyen aikavälin ennustussuodattimen 14 ja lyhyen aikavälin 25 analyysiyksikön 15 ottoihin. Nämä kaksi yksikköä tuottavat 1· edellä mainitun lyhyen aikavälin ennustuksen, ja analyst sointiyksikkö 15 antaa antosignaalin lyhyen aikavälin en- “· nustussuodattimen kerrointen muodossa, ja tämä antosig- ·· : naali lähetetään dekooderille 30. Suodattimen 14 ja yksi- 30 kön 15 rakenne ja toiminta ovan puheenkoodauksen ammatti-laisille hyvin tunnettuja, eikä niillä ole keksinnön olen- • · · <··1. naisen sisällön kannalta sen enempää merkitystä, joten « 4 f niiden lähempi selittäminen on jätetty pois.

I < 1 :·· : Suodattimen 14 antosignaali, joka muodostuu sarjas- i ♦ « 35 ta yhtä suurin etäisyyksin olevia näytteitä analogisesta • t · • · I · • · 1 i3 105624 ottosignaalista, syötetään piirille 16, jossa ennalta määrätty määrä näytteitä (40 näytettä edellä olevassa esimerkissä) aina erotetaan tulevasta sarjasta näytteitä, sekä pitkän aikavälin ennustuksen analysointiyksikölle 17, jos-5 sa suoritetaan osa keksinnön mukaisesta menetelmästä. Sanottu yksikkö 17 on esitetty yksityiskohtaisemmin kuviossa 3b, ja se sisältää yksikön 18 segmentin A erottamiseksi, jolloin yksikön 16 antosignaalia voidaan myös mahdollisesti käyttää tähän tarkoitukseen, sekä myös yksikön 19 seg-10 mentin B erottamieksi. Yksiköiden 18 ja 19 antosignaalit syötetään piirille 20, jossa lasketaan korrelaatioarvo Rcl segmentille Cl tavalla, joka on hahmoteltu edellä, ja myös D:n arvo määritetään. Laskettu D:n arvo lähetetään dekoo-derille 30 ja syötetään myös yksikölle 21, joka on suun-15 niteltu laskemaan eroarvot Dd parametreille d ja Ob ennalta valittujen arvojen perusteella. Dd:n arvo ja segmentti B syötetään yksikölle 22 segmenttien Cd laskemista varten. Lasketut Cd:t syötetään piirille 23, joka laskee kaavan (1) avulla korrelaatioarvot Rcd eri segmenteille Cd sille 20 myös syötetyn segmentin A perusteella. Piirissä 24 korrelaatioarvo ja Rcl ja Rcd verrataan toisiinsa (katso myös kuvio 2), ja doptleuit määrätään edellä kuvatulla tavalla ja lähetetään dekooderille.

Yksikössä 25 määritetty optimisegmentti Cd vähen- « < · 25 netään näyte näytteeltä vastaavista segmentin A näytteistä • ** vähennysyksikössä 26, ja tuloksena oleva erosignaali kvan- ·· · tisoidaan sinänsä tunnetulla tavalla yksikössä 27 ja koo-‘ * dataan yksikössä 28 lähetettäväksi dekoodausyksikölle 30.

e, · · ,· * Dekoodausyksikössä 30 vastaanotettu erosignaali de- 30 koodataan dekooderissa 31, kun taas segmentti Cdopt rekons-truoidaan yksikössä 32 vastaanotetuista D:n ja doptimura: in arvoista sekä aikaisemmin vastaanotetusta ja rekonstruoi-

f « I

dusta signaalisegmentistä B. Summaimessa 33 dekoodattu 4 I · erosignaali ja segmentti Cdopt lasketaan yhteen näyte näyt- '··’ 35 teeltä segmentin A rekonstruoimiseksi sillä tavoin. Re- • · · « · • · • · » « • · 14 105624 konstruoitu segmentti A ja vastaanotetut lyhyen aikavälin ennustussuodattimen kertoimet syötetään käänteisellä lyhyen aikavälin ennustussuodattimelle, joka rekonstruoi lähetetyt signaalinäytteet niin hyvin kuin mahdollista 5 sinänsä tunnetulla tavalla. Suodattimen 34 antosignaali muunnetaan digitaali-analogiamuuntimessa analogiasignaa-liksi, joka syötetään kaiuttimelle 37 kaistanpäästösuodat-timen 36 kautta.

« i « • · * i·· f • · ·· · o · 9 · · • · • 9

Ml t · <. *

»M

• •I

: i · I I · I » • · • · · f · · t · *

• M

• · » · · • · · t 9 · • * · « «

Claims (5)

1. Menetelmä luonteeltaan toistuvan näytteytetyn analogisen signaalin koodaamiseksi, jossa menetelmässä 5 koodattavalle signaalisegmentille, joka käsittää ennalta määrätyn ensimmäisen määrän näytteitä, etsitään aina edeltävästä segmentistä, joka käsittää ennalta määrätyn toisen määrän näytteitä, joka on suurempi kuin ensimmäinen määrä näytteitä, signaalisegmentti, joka on mahdollisimman sa-10 mankaltäinen, vertaamalla aina koodattavaa signaaliseg menttiä yhden näytevälin askelin segmenttiin, joka sisältää ensimmäisen määrän näytteitä ja muodostaa osan segmentistä, joka käsittää toisen määrän näytteitä, jolloin määritetään erosignaali löydetyn, kaikkein samankaltaisimman 15 segmentin ja koodattavan segmentin välillä samoin kuin ero koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja löydetyssä kaikkein samankaltaisimmassa segmentissä olevan ver-tailuhetken välillä ilmaistuna näytteiden määränä D näiden kahden ajanhetken välillä, tunnettu siitä, 20 että koodattavassa segmentissä olevien näytteiden määrää kasvatetaan ennalta määrätyllä kertoimella Ob sijoittamalla aina (Ob-1) näytettä, joilla on arvo 0, kahden peräkkäisen näytteen väliin, e , että edeltävän segmentin näytteiden määrää kasvate- f r 25 taan myös kertoimella Ob, 1 • · että edeltävässä segmentissä määritetään osasegmen- * *.:* tit Cd, jolloin on voimassa, että näytteiden määrä Dd imaistuna näytteiden määränä ylinäytteytyksen jälkeen koo-: : dattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja osasegmen- 30 tissä Cd olevan vertailuhetken välillä täyttää ehdon Dd * (D*Ob)/d, missä d «* 1, 2, 3, 4, ... , n ja n on positii- ··« .♦··. vinen kokonaisluku, ja Ob ja n valitaan sillä tavoin, että Dd on aina kokonaisluku, :·' · että segmenteissä Cd näytteiden arvot määritetään 35 interpolointimenetelmällä ennalta määrätyissä paikoissa, • · · • · • · • · # m 16 105624 jotka sijaitsevat välin Dd etäisyydellä koodattavan segmentin alkuperäisistä näytteistä ennen näytteiden määrän kasvattamista, sekä että määritetään osasegmentti Cd, joka on samankal-5 taisin koodattavan segmentin kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailu koodattavan segmentin ja segmenttien Cd välillä suoritetaan myös segmenteille, joille on voimassa, että Dd = (D*Ob)/d + eps, mis- 10 sä eps on yhtä kuin ainakin osa arvoista alueella eps = -(Ob-1), ... , -2, -1, 1, 2, ... , (Ob-1).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että segmenteistä Cd valitaan sa-mankaltaisimmaksi segmentiksi se segmentti Cd, jolla on 15 koodattavan segmentin näytteiden kanssa korrelaatioarvo Rd, jolle on voimassa, että Rd £ q*R„ajl, missä q < 1 ja Reax on maksimikorrelaatioarvo, joka on löydetty verrattaessa segmenttejä Cd ja koodattavaa segmenttiä, ja joka on se segmentti, joka antaa pienimmän siihen liittyvän Dd:n ar-20 von.

4. Menetelmä luonteeltaan toistuvan näytteytetyn analogisen signaalin koodaamiseksi, jossa menetelmässä . koodattavalle signaalisegmentille, joka käsittää ennalta määrätyn ensimmäisen määrän näytteitä, etsitään aina edel- / , 25 tävästä segmentistä, joka käsittää ennalta määrätyn toisen • «- määrän näytteitä, joka on suurempi kuin ensimmäinen määrä ··· .ϊ näytteitä, signaalisegmentti, joka on mahdollisimman sa- ·1· mankaltainen, vertaamalla aina koodattavaa signaaliseg- ··· t!· menttiä yhden näytevälin askelin segmenttiin, joka sisäl- 30 tää ensimmäisen määrän näytteitä ja muodostaa osan segmen- ;***: tistä, joka käsittää toisen määrän näytteitä, jolloin mää- ··· ,1·. ritetään erosignaali löydetyn, kaikkein samankaltaisimman segmentin ja koodattavan segmentin välillä samoin kuin ero • · ··’· ’ koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja löyde- a m ·...* 35 tyssä kaikkein samankaltaisimmassa segmentissä olevan ver- • « · • * • · ♦ * * t * 17 105624 tailuhetken välillä ilmaistuna näytteiden määränä D näiden kahden ajanhetken välillä, tunnettu siitä, että koodattavaan segmenttiin verrattavista osasegmenteistä valitaan eniten yhdenmukaiseksi osasegmentiksi se segment-5 ti, jolla on koodattavan segmentin näytteiden kanssa kor-relaatioarvo R, jolle on voimassa, että Rd £ missä <3 < 1 Ja R.„ on maksimikorrelaatioarvo, joka on löydetty verrattaessa toisiinsa osasegmenttejä edeltävästä segmentistä ja koodattavaa segmenttiä, ja joka on se osasegment-10 ti, joka antaa pienimmän siihen liittyvän arvon D:lle.

5. Laite luonteeltaan toistuvan analogiasignaalin koodaamiseksi laitteen sisältäessä: välineet näytteiden ottamiseksi koodattavasta signaalista, 15 välineet ennalta määrätyn ensimmäisen määrän näyt teitä sisältävän koodattavan signaalisegmentin erottamiseksi, välineet toisen määrän näytteitä sisältävän edeltävän signaalisegmentin erottamiseksi, 20 välineet ensimmäisen segmentin näytearvojen vertaa miseksi aina yhden näytevälin askelin vastaaviin näytear-voihin osasegmentissä, joka sisältää ensimmäisen määrän näytteitä ja muodostaa osan edeltävästä segmentistä, välineet sen osasegmentin määrittämiseksi, joka on , 25 kaikkein samankaltaisin koodattavan signaalisegmentin kanssa, Ml välineet sellaisen signaalin määräämiseksi, joka . MM ’ ’ edustaa eroa koodattavan segmentin ja löydetyn osasegmen- ··· ^ .· · tin välillä, ja 30 välineet näytemäärän D määräämiseksi koodattavassa segmentissä olevan vertailuhetken ja löydetyssä osasegmen- ·1”: tissä olevan vertailuhetken välillä, tunnettu « « · . siitä, että siinä on: » i · « · · · 1 * • f · • · * 1 » 18 105624 välineet koodattavasta signaalisegmentistä ennalta määrätyllä kertoimella Ob tapahtuvaa ylinäytteenottoa varten, välineet arvon Dd = (D*Ob)/d määrittämiseksi, jol-5 loin d = 2, 3, 4, ... , n, välineet näytteiden määrittämiseksi interpolation avulla jokaiselle d:n arvolle kaikilla ajanhetkillä, jotka eroavat arvon Dd verran alkuperäisiin näytearvoihin liittyvistä ajanhetkistä, sekä 10 välineet koodattavan segmentin näytearvojen ja d:n arvolle määrättyjen näytearvojen samankaltaisuuden vertaamiseksi . • (III i r v I « * > f I I I I I I < » « • · • • · · 9 i ·♦ · • ··♦· • « ·♦· I · « o · · »«· • · • · *♦· »·· • · ««· • « · • « · « · « * • t · ' « · iti « « · • · « * « · · m • * 19 105624