RU2006139600A

RU2006139600A - Способ сжатия и восстановления речевых сообщений

Info

Publication number: RU2006139600A
Application number: RU2006139600/09A
Authority: RU
Inventors: Алексей Олегович Тюлегенев (RU); Алексей Олегович Тюлегенев
Original assignee: Новочеркасское высшее военное командное училище св зи (Институт св зи) (RU); Новочеркасское Высшее Военное Командное Училище Связи (Институт Связи)
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-20
Also published as: RU2343565C2

Claims

1. Способ сжатия и восстановления речевых сообщений, заключающийся в том, что предварительно идентично до начала сеанса связи на передающей и приемной сторонах формируют R≥1 матриц разрешенных кодовых групп размерами m_2r×m_1r единичных и нулевых элементов, где r=1, 2,...,R, и генерируют случайную квадратную матрицу размером m×m элементов, каждый элемент которой принадлежит диапазону квантованных дискретных отсчетов речевого сигнала, затем при ведении сеанса связи на передающей стороне дискретизируют аналоговый речевой сигнал, квантуют дискретные отсчеты, формируют исходную матрицу размером N×N элементов, формируют из элементов R матриц разрешенных кодовых групп прямоугольные матрицы размерами N×m и m×N единичных и нулевых элементов и передают по каналу связи прямоугольные матрицы, а на приемной стороне принимают прямоугольные матрицы из канала связи, исправляют в них ошибки, восстанавливают исходную матрицу и преобразуют ее в аналоговый речевой сигнал, отличающийся тем, что вместо неограниченного сверху числа (R≥1) матриц разрешенных кодовых групп до начала сеанса связи на передающей и приемной сторонах формируют две (R=2) таких матрицы, а при ведении сеанса связи на передающей стороне прямоугольные матрицы размерами N×m и m×N единичных и нулевых элементов формируют из элементов только первой матрицы кодовых групп, а также дополнительно предварительно до начала сеанса связи на передающей и приемной сторонах идентично генерируют еще F-1, где F>1, случайных квадратных матриц размером m×m элементов, каждый элемент которых принадлежит диапазону квантованных дискретных отсчетов речевого сигнала, и формируют G>1 случайных ключевых матриц размером N×m и G>1 случайных ключевых матриц размером m×N единичных и нулевых элементов, далее при ведении сеанса связи на передающей стороне при формировании прямоугольных матриц размерами N×m и m×N формируют вектор размером М единичных и нулевых элементов из элементов второй матрицы разрешенных кодовых групп, затем этот вектор передают по цифровому каналу связи вместе с прямоугольными матрицами, а на приемной стороне при ведении сеанса связи дополнительно принимают вектор из канала связи и перед восстановлением исходной матрицы исправляют в нем ошибки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования каждой r-й, где r принимает значение 1 или 2, матрицы разрешенных кодовых групп размером m_2r×m_1r единичных и нулевых элементов значения m₂₂ и m₁₂ для второй матрицы (r=2) назначают большими, чем соответствующие значения m₂₁ и m₁₁ для первой матрицы (r=1) разрешенных кодовых групп, а для исправления ошибок в принятых из канала связи прямоугольных матрицах размерами N×m и m×N единичных и нулевых элементов последовательно выбирают каждую m₁₁·p₁-группу элементов, из которых сформированы эти матрицы, определяют j-ю строку, где j=1, 2,...,m₂₁, первой матрицы разрешенных кодовых групп, у которой расстояние Хэмминга от выбранной m₁₁·p₁-группы минимально, и если минимальное расстояние Хэмминга меньше величины m₁₁/4, то каждому элементу выбранной m₁₁·p₁-группы присваивают значение соответствующего элемента j-й строки первой матрицы разрешенных кодовых групп, иначе выбранную m₁₁·p₁-группу элементов сохраняют неизменной, а для исправления ошибок в принятом из канала связи векторе размером М элементов последовательно выбирают каждую m₁₂·p₂-группу элементов этого вектора, определяют j-ю строку, где j=1, 2,...,m₂₂, второй матрицы разрешенных кодовых групп, у которой расстояние Хэмминга от выбранной m₁₂·p₂-группы минимально и каждому элементу выбранной m₁₂·p₂-группы присваивают значение соответствующего элемента j-той строки второй матрицы разрешенных кодовых групп.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования при ведении сеанса связи прямоугольных матриц размерами N×m и m×N и вектора размером М единичных и нулевых элементов из значений элементов строк соответствующих матриц разрешенных кодовых групп предварительно до начала сеанса связи на передающей и приемной сторонах идентично генерируют случайный вектор из m элементов, каждый элемент которого принадлежит диапазону квантованных дискретных отсчетов речевого сигнала, и из значений элементов строк второй матрицы разрешенных кодовых групп формируют матрицу разрешенных векторов размером H×M при условии, что H=(F·G), далее на передающей стороне сначала из значений элементов строк первой матрицы разрешенных кодовых групп предварительно формируют матрицу разрешенных кодовых комбинаций размером W×m, после чего формируют матрицу предварительных оценок размером W×W×G×F, затем при ведении сеанса связи формируют оптимальную матрицу соответствия размерами 2×N, для чего на передающей стороне назначают значение f=0, значение показателя ошибки назначают, равным бесконечно большому числу и F раз выполняют большой цикл, в котором назначают значения f=f+1, g=0 и G раз выполняют малый цикл, в котором назначают значение g=g+1, значение промежуточного показателя ошибки назначают, равным бесконечно большому числу, формируют матрицу соответствия размерами 2×N, каждый элемент которой равен единице, и выполняют итерационный цикл, в котором назначают значение n₁=0 и N раз выполняют первый внешний цикл, в котором назначают значения n₁=n₁+1, w₁=0 и W раз выполняют первый внутренний цикл, в котором назначают значения w₁=w₁+1, значение n₁-го элемента первой строки матрицы соответствия назначают, равным w₁ и вычисляют промежуточный показатель ошибки в виде суммы квадратов разностей между каждым i₁j₁-м элементом исходной матрицы размером N×N и i₂j₂gf-тым элементом матрицы предварительных оценок размером W×W×G×F, где i₁=1, 2,...,N, j₁=1, 2,...,N, i₂ принимает значение i₁-го элемента первой строки матрицы соответствия, а j₂ принимает значение j₁-го элемента второй строки матрицы соответствия, после чего текущее значение промежуточного показателя ошибки вычитают из минимального из всех значений промежуточного показателя ошибки, ранее полученных в текущем малом цикле, и если полученная разность больше нуля, то значение n₁-го элемента первой строки матрицы соответствия сохраняют, иначе значение этого элемента назначают, равным его предыдущему значению, а затем назначают значение n₂=0 и N раз выполняют второй внешний цикл, в котором назначают значения n₂=n₂+1, w₂=0 и W раз выполняют второй внутренний цикл, в котором назначают значения w₂=w₂+1, значение n₂-го элемента второй строки матрицы соответствия назначают, равным w₂ и вычисляют промежуточный показатель ошибки в виде суммы квадратов разностей между каждым i₁j₁-м элементом исходной матрицы размером N×N и i₂j₂gf-м элементом матрицы предварительных оценок размером W×W×G×F, где i₁=1, 2,...,N, j₁=1, 2,...,N, i₂ принимает значение i₁-го элемента первой строки матрицы соответствия, а j₂ принимает значение j-го элемента второй строки матрицы соответствия, затем текущее значение промежуточного показателя ошибки вычитают из минимального из всех значений промежуточного показателя ошибки, ранее полученных в текущем малом цикле, и если полученная разность больше нуля, то значение n₂-го элемента второй строки матрицы соответствия сохраняют, иначе значение этого элемента назначают, равным его предыдущему значению, далее в итерационном цикле минимальное из всех значений промежуточного показателя ошибки, ранее полученных в текущем итерационном цикле, вычитают из минимального из всех значений промежуточного показателя ошибки, ранее полученных до начала текущего итерационного цикла в текущем малом цикле, и если полученная разность больше нуля, то итерационный цикл повторяют, иначе выполнение итерационного цикла прекращают и в малом цикле минимальное из всех значений промежуточного показателя ошибки, ранее полученных в текущем малом цикле, вычитают из значения показателя ошибки, и если полученная разность больше нуля, то назначают значения f₀=f, g₀=g, значения элементов оптимальной матрицы соответствия размерами 2×N назначают, равными значениям соответствующих элементов матрицы соответствия размерами 2×N, а значение показателя ошибки назначают, равным минимальному из всех значений промежуточного показателя ошибки, ранее полученных в текущем малом цикле, далее после завершения выполнения всех вышеуказанных циклов определяют значение h=(f₀-1)·G+g₀, затем значения элементов вектора размером М назначают, равными значениям соответствующих элементов h-той строки матрицы разрешенных векторов размером H×M, значения элементов каждой i-й строки прямоугольной матрицы размером N×m, где i=1, 2,...,N назначают, равными значениям соответствующих элементов той строки матрицы разрешенных кодовых комбинаций размером W×m, номер которой равен значению i-го элемента первой строки оптимальной матрицы соответствия, а значения элементов каждого i-го столбца прямоугольной матрицы размером m×N, где i=1, 2,...,N назначают, равными значениям соответствующих элементов той строки матрицы разрешенных кодовых комбинаций размером W×m, номер которой равен значению i-го элемента второй строки оптимальной матрицы соответствия, а для восстановления исходной матрицы размером N×N элементов на приемной стороне сначала определяют h-тую строку, где h=1, 2,...,H, матрицы разрешенных векторов размером H×M, у которой расстояние Хэмминга от принятого из канала связи и исправленного вектора размером М единичных и нулевых элементов равно нулю, и определяют значения f₀ и g₀, где g₀=1, 2,...,G, f₀=1, 2,...,F, из условия h=(f₀-1)·G+g₀, затем формируют суммарные матрицы размерами N×m и m×N элементов путем суммирования по модулю два элементов принятых из канала связи и исправленных прямоугольных матриц размерами N×m и m×N элементов с соответствующими элементами g₀-х ключевых матриц размерами N×m и m×N элементов соответственно, после чего преобразуют полученные суммарные матрицы размерами N×m и m×N элементов путем деления элементов каждой строки суммарной матрицы размером N×m элементов на сумму единиц соответствующей строки и деления элементов каждого столбца суммарной матрицы размером m×N элементов на сумму единиц соответствующего столбца, перемножают диагональную матрицу размером N×N, у которой каждый nn-й диагональный элемент равен сумме произведений элементов n-й строки, где n=1, 2,...,N, суммарной матрицы размером N×m элементов на соответствующие элементы случайного вектора из m элементов, а остальные элементы равны нулю, с полученной после преобразования суммарной матрицей размером N×m элементов, с ранее идентично сформированной на передающей и приемной сторонах f₀-й случайной квадратной матрицей размером m×m элементов, с полученной после преобразования суммарной матрицей размером m×N элементов и с диагональной матрицей размером N×N, у которой каждый nn-й диагональный элемент равен сумме произведений элементов случайного вектора из m элементов на соответствующие элементы n-го столбца суммарной матрицы размером m×N, а остальные элементы равны нулю.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для формирования матрицы разрешенных векторов размером H×M единичных и нулевых элементов сначала определяют значение p₂=1, 2,... из условий M=m₁₂·p₂ и H=(m₂₂)^p2, затем образуют все H возможных сочетаний m₁₂·p₂-групп путем присоединения друг к другу p₂ различных или идентичных m₁₂·p₂-групп, каждая из которых идентична одной из строк второй матрицы разрешенных кодовых групп, а значения элементов каждой строки матрицы разрешенных векторов размером H×M назначают, равными значениям соответствующих элементов одного из H образованных сочетаний m₁₂·p₂-групп, при этом каждое образованное сочетание m₁₂·p₂-групп используют для формирования только одной строки матрицы разрешенных векторов размером H×M.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что для формирования матрицы разрешенных кодовых комбинаций сначала определяют значение p₁=1, 2,... из условий m=m₁₁·p₁ и W=(m₂₁)^p1, затем образуют все W возможных сочетаний m₁₁·p₁-групп путем присоединения друг к другу p₁ различных или идентичных m₁₁·p₁-групп, каждая из которых идентична одной из строк первой матрицы разрешенных кодовых групп, а значения элементов каждой строки матрицы разрешенных кодовых комбинаций размером W×m единичных и нулевых элементов назначают, равными значениям соответствующих элементов одного из W образованных сочетаний m₁₁·p₁-групп, при этом каждое образованное сочетание m₁₁·p₁-групп используют для формирования только одной строки матрицы разрешенных кодовых комбинаций размером W×m.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что для формирования каждой из G случайных ключевых матриц размером N×m единичных и нулевых элементов сначала генерируют первую строку этой матрицы, затем остальные строки назначают поэлементно, равными первой, для формирования каждой из G случайных ключевых матриц размером m×N сначала генерируют первый столбец этой матрицы, а остальные столбцы назначают поэлементно, равными первому, а для формирования матрицы предварительных оценок размером W×W×G×F вычисляют значения каждого ijgf-го элемента этой матрицы, где i=1, 2,...,W, j=1, 2,...,W, g=1, 2,...,G, f=1, 2,...,F, для чего сначала формируют вектор-строку размером m элементов, в котором каждый элемент получают путем сложения по модулю два элементов i-й строки матрицы разрешенных кодовых комбинаций размером W×m с соответствующими элементами первой строки g-й случайной ключевой матрицы размером N×m, и вектор-столбец размером m элементов, в котором каждый элемент получают путем суммирования по модулю два элементов первого столбца g-й случайной ключевой матрицы размерами m×N с соответствующими элементами j-й строки матрицы разрешенных кодовых комбинаций, затем перемножают вектор-строку с f-той случайной квадратной матрицей размером m×m и с вектором-столбцом, полученное после перемножения значение делят на произведение числа единиц в векторе-строке и числа единиц в векторе-столбце, полученное после деления значение умножают на сумму произведений элементов случайного вектора с соответствующими элементами вектора-строки и на сумму произведений элементов случайного вектора с соответствующими элементами вектора-столбца.