ПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА НА ПРИНЦИПАХ РАЗЛИЧНОГО КОДИРОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H04B1/66 G10L13/02 

Изобретение относится к передающей системе, содержащей передатчик, который включает в себя кодер для кодирования входного сигнала, который содержит кодер во временной области для выделения закодированного в цифровом в виде сигнала из спектральной части входного сигнала, передатчик также содержит передающее средство для передачи закодированного в цифровом виде сигнала по каналу передачи к приемнику, который включает в себя декодер, содержащий декодер во временной области для выделения декодированного сигнала из закодированного в цифровом виде сигнала.

Изобретение также относится к передатчику, приемнику, кодеру и декодеру для использования в системе передачи этого типа, а также к способу кодирования и декодирования передачи.

Передающая система, как определено в начальном абзаце, известна из опубликованной патентной заявки Великобритании N 2188820.

Такая передающая система используется, например, для передачи речевых или музыкальных сигналов по каналам, которые имеют ограниченную пропускную способность.

Первым примером такого канала является радиоканал между подвижной станцией и фиксированной базовой станцией. Доступная пропускная способность этого канала ограничена, потому что этот канал используется очень многими пользователями. Второй пример - это канал записи, используемый на магнитной, оптической или другой записывающей среде, такой как, к примеру, ПЗУ. Пропускная способность и здесь тоже часто ограничена.

В передатчике или передающей системе, известной из упомянутой патентной заявки Великобритании, спектральная часть входного сигнала преобразуется кодером во временной области в закодированный в цифровом виде сигнал.

Примерами кодеров во временной области являются кодеры, реализующие импульсно-кодовую модуляцию, адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию, дельта-модуляцию, адаптивную дельта-модуляцию, векторное квантование (CELP) и способы кодировании с линейным предсказанием. Закодированный в цифровом виде сигнал досылается к приемнику по каналу при использовании передающих средств. Декодеры во временной области выделяют декодированный сигнал из кодированных сигналов.

Проблемой известной передающей системы является то, что качество восстановленного сигнала неодинаково для всех применений из-за требуемой скорости передачи.

Задача изобретения состоит в обеспечении передающей системы, как определено в начальном абзаце, в которой качество восстановленного сигнала возрастает, когда скорость передачи неизменна, либо при неизменном качестве восстановленного сигнала требуемая скорость передачи снижается.

Для этого изобретение отличается тем, что кодер дополнительно содержит кодер в преобразованной области для выделения дополнительного закодированного в цифровом виде сигнала из дополнительной спектральной части входного сигнала, а передатчик выполнен с возможностью передачи дополнительного закодированного в цифровом виде сигнала по каналу передачи к приемнику, который содержит декодер в преобразованной области для выделения дополнительного декодированного сигнала из дополнительного закодированного в цифровом виде сигнала, и средство объединения для выделения восстановленного сигнала из декодированного сигнала и дополнительного декодированного сигнала.

Изобретение основано на том, что для некоторых спектральных частей входного сигнала оптимальным является кодер во временной области, а для других спектральных частей оптимальным является кодер в преобразованной области. Примерами кодеров в преобразованной области являются кодеры, использующие поддиапазонное кодирование и различные виды кодирования, использующего преобразование временной области в другую область. Такими преобразованиями, например, являются дискретное преобразование Фурье, дискретное косинусное преобразование или дискретное преобразование Уолша-Адамара. Затем могут использоваться психоакустические свойства слуховой системы человека. Путем использования кодера соответственно во временной области или в преобразованной области для различных спектральных частей входного сигнала возможно значительно повысить качество восстановленного сигнала.

Отметим, что в описании патента ФРГ N 2605306 рассматривается передающая система, в которой входной сигнал поделен на спектральную часть, представленную модулирующим сигналом, и на дополнительную спектральную часть, представленную множеством поддиапазонных сигналов. Однако в этой передающей системе сигналы передаются в аналоговом виде, так что не требуется никаких кодеров и декодеров. Ясно, что проблема цифрового кодирования аналоговых сигналов в передающей системе, известной из этого описания патента ФРГ, не играет никакой роли.

Предпочтительное выполнение изобретения отличается тем, что частоты, расположенные в спектральной части, ниже частот, расположенных в дополнительной спектральной части.

Эксперименты показали, что использование кодера во временной области в низкочастотном диапазоне от 0 Гц до нескольких кГц и кодера в преобразованной области для более высокочастотных диапазонов ведет к значительному повышению качества восстановленного сигнала.

Изобретение будет теперь объяснено со ссылками на чертежи, в которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг.1 показывает передающую систему согласно изобретению.

Фиг. 2 показывает поддиапазонный кодер для использования в передающей системе, показанной на фиг.1.

Фиг. 3 показывает поддиапазонный декодер для использования в передающей системе, показанной на фиг.1.

Фиг. 4 показывает средство выбора для использования в поддиапазонном кодере, показанном на фиг.2.

Фиг.5 показывает блок-схему программы для использования в процессоре 118 в средстве выбора, показанном на фиг.4.

Фиг. 6 является графическим представлением опорных огибающих, используемых в кодере и декодере, показанных на фиг.2 и 3, причем огибающие представлены четырьмя значениями.

Фиг. 7 является графическим представлением опорных огибающих, используемых в кодере и декодере, доказанных на фиг.2 и 3, причем огибающие представлены восемью значениями.

В передающей системе, показанной на фиг.1, входной сигнал подается на передатчик 2. Вход передатчика 2 подключен ко входу фильтрующего средства 50 в кодере 51. Первый выход фильтрующего средства 50 подключен ко входу элемента 62 задержки. Выходной сигнал на первом выходе фильтрующего средства 50 представляет спектральную часть входного сигнала. Выход элемента 62 задержки подключен ко входу кодера во временной области, являющегося в данном случае векторным квантователем 66, который воплощает линейное предсказание (КЛП-кодирование с линейным предсказанием) (LPC). Выход векторного квантователя 66, выдающий закодированный в цифровом виде сигнал в качестве его выходного сигнала, подключен к первому входу передающего средства, являющегося в данном случае мультиплексором 68.

Множество выходов фильтрующего средства 50 подключены каждый ко входу кодера в преобразованной области, являющегося в данном случае поддиапазонным кодером 64. Входные сигналы поддиапазонного кодера 64 вместе представляют дополнительную спектральную часть входного сигнала. Выход поддиапазонного кодера 64, выдающий в качестве его выходного сигнала дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал, подключен ко второму входу мультиплексора 68.

Выход мультиплексора 68 подключен через канал 4 ко входу приемника 6. В приемнике 6 сигнал прикладывается ко входу демультиплексора 70. Первый выход демультиплексора 70, выдающий в качестве его выходного сигнала закодированный в цифровом виде сигнал, подключен к декодеру во временной области, являющемуся в данном случае обратным векторным квантователем 84, который воплощает линейное предсказание. Выход обратного векторного квантователя 84, выдающий в качестве его выходного сигнала восстановленный сигнал, подключен ко входу элемента 86 временной задержки. Выход элемента 86 временной задержки подключен к первому входу средства 88 объединения. Второй выход демультиплексора 70 подключен ко входу декодера в преобразованной области, являющегося в данном случае поддиапазонным декодером 72. Множество выходов поддиапазонного декодера 72, выдающих в качестве их выходных сигналов восстановленные сигналы, которые вместе представляют дополнительную спектральную часть входного сигнала, подключены каждый ко входу средства 88 объединения. Восстановленный сигнал получается на выходе средства 88 объединения.

Входной сигнал передающей системы, показанной на фиг.1, поделен на спектральную часть и дополнительную спектральную часть фильтрующим средством 50. Спектральная часть преобразуется в закодированный в цифровом виде сигнал векторным квантователем 66. Подходящее воплощение векторного квантователя 66 описано, например, в рекомендации G.728 МККТТ "Кодирование речи на скорости 16 кбит/с с использованием линейного предсказания, возбуждаемого кодом с малой задержкой". Этот кодер основан на принципе "анализа путем синтеза".

В этом векторном квантователе подлежащий кодированию входной сигнал преобразуется в следующие друг за другом сегменты множества сигнальных отсчетов подлежащего кодированию сигнала. Синтезирующий фильтр используется для генерирования синтезированного сигнального сегмента для большого числа кодовых словарных слов, хранимых в кодовом словаре. Разность между действительным сегментом выходного сигнала и синтезированным сигнальным сегментом фильтруется перцепционным (т. е. относящимся к восприятию) взвешивающим фильтром. Из сегментов выходных сигнальных отсчетов перцепционного взвешивающего фильтра вычисляется сумма квадратов сигнальных сегментов.

Генерирование синтезированного сигнала, вычисление разности между входным сигналом и синтезированным сигналом, фильтрация перцепционным взвешивающим фильтром и вычисление суммы квадратов выполняется для каждого из доступных 1024 кодовых словарных слов. Из этих кодовых словарных слов выбирается кодовое словарное слово, которое дает наименьшую сумму квадратов.

Передаточная функция анализирующего фильтра определяется выполнением - посредством линейного предсказания - оценки соотношения между следующими друг за другом сигнальными отсчетами в четырех сегментах синтезированного сигнала, предшествующих действующему сегменту. Кодированный сигнал при этом содержит кодовый словарный указатель выбранного кодового словарного слова. Отметим, что параметры предсказания не нуждаются в переносе.

Дополнительная спектральная часть входного сигнала представлена поддиапазонными сигналами на выходе фильтрующего средства 50. Эти поддиапазонные сигналы преобразуются в дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал поддиапазонным кодером 64. Отметим, что поддиапазонные сигналы на выходе фильтрующего средства 50 являются модулирующими сигналами, представляющими полосовой сигнал в пригодном поддиапазоне. Это групповое представление выгодно тем, что необходимые отсчеты по поддиапазону определяются шириной полосы пригодного поддиапазона, а не максимальной частотой пригодного диапазона. Подходящее воплощение поддиапазонного кодера 64 для сигналов с частотой отсчетов 48 кГц известно из проекта международного стандарта ИСО/МЭК DIS 11172 "Информационная технология. - Кодирование звука, связанного с движущимися изображениями, для цифровой запоминающей среды до скоростей около 1,5 Мбит/с", часть 3, стр.174-337. Поддиапазонные сигналы на выходе преобразуются в число уровней, которые могут быть различны для разных поддиапазонов. Действительное число уровней квантования, используемых для каждого поддиапазона, зависит от мощности соответствующего поддиапазонного сигнала и мощности поддиапазонных сигналов соседних поддиапазонов. Затем используется свойство человеческой слуховой системы, что слабый сигнал вблизи сильного сигнала не слышен. В результате возможно квантовать такой слабый сигнал со значительно меньшим числом уровней квантования, чем сильный сигнал. На основе мощности различных поддиапазонных сигналов для каждого поддиапазона вычисляется шумовой уровень слышимости. Число необходимых уровней квантования определяется для каждого поддиапазонного сигнала в ответ на этот шумовой уровень. Дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал содержит при этом различным образом квантованные поддиапазонные сигналы и информацию о числе уровней квантования каждого поддиапазона. Отметим, что упомянутый кодер предназначен для кодирования сигнала от 0 до 24 кГц. Поскольку спектральная часть кодируется кодером во временной области, поддиапазоны, расположенные в этой спектральной части, не нуждаются в кодировании. Это может быть просто выполнено посредством неразмещения никаких разрядов в этих поддиапазонах.

Мультиплексор 68 объединяет закодированный в цифровом виде сигнал и дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал в единый сигнал. Элемент 62 временной задержки служит для выравнивания задержек спектральных частей входного сигнала, которые поступают на мультиплексор 68 двумя путями. Передатчик передает этот объединенный сигнал на приемник по каналу. В приемнике объединенный сигнал опять разделяется на закодированный в цифровом виде сигнал и дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал. Закодированный в цифровом виде сигнал преобразуется в восстановленный сигнал обратным векторным квантователем 84. Подходящее воплощение поддиапазонного декодера описано в упомянутой Рекомендации МККТТ G.728. В этом обратном векторном квантователе 84 кодовое словарное слово, выбранное векторным квантователем 66, генерируется на основе переданного кодового словарного указателя. Кодовое словарное слово преобразуется в декодированный сигнал синтезирующим фильтром. Параметры синтезирующего фильтра для этой цели выделяются посредством линейного предсказания из четырех сегментов, предшествующих действующему сегменту декодированного сигнала. Это выполняется аналогично кодеру 66.

Дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал преобразуется поддиапазонным декодером 72 во множество декодированных поддиапазонных сигналов, доступных на выходе самого поддиапазонного декодера 72. Отметим, что эти поддиапазонные сигналы являются групповыми сигналами, представляющими модулирующий сигнал в соответствующем поддиапазоне. Это групповое представление выгодно тем, что необходимые отсчеты по поддиапазону определяются шириной полосы соответствующего поддиапазона, а не максимальной частотой этого поддиапазона. Средство 88 объединения преобразует поддиапазонные сигналы в желательную поддиапазонную частоту и затем объединяет эти сигналы с декодированным сигналом в восстановленный входной сигнал.

В поддиапазонном кодере 64 на фиг.2 каждый из поддиапазонных сигналов прикладывается к своему собственному подкодеру 91...100. Подкодеры 91...100 все имеют одинаковую структуру. Вход подкодера 91 подключен к сегментирующему средству 90. Выход сегментирующего средства 90 подключен ко входу измерительного средства 92 и ко входу масштабирующего средства 94. Первый выход измерительного средства 92 подключен к управляющему входу масштабирующего средства 94. Второй выход измерительного средства, выдающий в качестве своего выходного сигнала измерение мощности, подключен к первому входу мультиплексора 102. Выход масштабирующего средства 94 подключен ко входу вычислителя 95 абсолютного значения и ко входу средства 98 определения знака. Выход вычислителя абсолютного значения подключен ко входу выбирающего средства 96. Выход выбирающего средства 96, выдающий в качестве его выходного сигнала идентифицирующий код выбранной опорной огибающей, подключен ко входу мультиплексора 102. Выход средства определения знака подключен к третьему входу мультиплексора 102. Выход мультиплексора 102 образует выход поддиапазонного кодера 64.

В выполнении для кодера 51, предназначенного для передающей системы для звуковых сигналов, которые имеют максимальную частоту 8 кГц, спектральная часть содержит частотную область от 0 до 2 кГц, тогда как дополнительная спектральная часть содержит частотную область от 2 кГц до 8 кГц. Дополнительная спектральная часть представлена восемью поддиапазонными сигналами на входе поддиапазонного кодера 64. В подкодерах 91...100 поддиапазонные сигналы сегментированы в сегменты с одинаковыми временными длительностями, тогда как число отсчетов поддиапазонного сигнала в сегменте пропорционально ширине полосы этого поддиапазонного сигнала. Частотная область каждого поддиапазона и соответствующее число отсчетов на сегмент даны в таблице 1. Временная длительность сегмента составляет 4 мс.

В выполнении кодера 51, предназначенного для передающей системы для звуковых сигналов с максимальной частотой 16 кГц, спектральная часть содержит частотную область от 0 до 4 кГц, тогда как дополнительная спектральная часть содержит частотную область от 4 кГц до 16 кГц. Дополнительная спектральная часть представлена восемью поддиапазонными сигналами на входе поддиапазонного кодера 64. В подкодерах 91...100 поддиапазонные сигналы также сегментированы в сегменты с одинаковыми временными длительностями, тогда как число отсчетов поддиапазонного сигнала в сегменте пропорционально ширине полосы этого поддиапазонного сигнала. Частотная область каждого поддиапазона и соответствующее число отсчетов на сегмент даны в таблице 2. Временная длительность сегмента составляет 2 мс.

Измерительное средство 92 определяет измерение мощности для соответствующего сегмента поддиапазонных сигнальных отсчетов. Измерение мощности преобразуется в логарифмическое измерение мощности, и разность между логарифмическими измерениями мощности действующего сегмента и сегмента, предшествующего действующему, кодируется кодом Хаффмена. Кодированный кодом Хаффмена сигнал прикладывается к мультиплексору 68, и этот сигнал передается к приемнику 6. Иным методом кодирования измерения мощности различных поддиапазонов является кодирование измерения мощности конкретного поддиапазона и кодирование разности мощностей между мощностью соответствующего поддиапазона и мощностью остальных поддиапазонов. В ситуации, когда измерения мощности различных поддиапазонов коррелированы, это ведет к заметному сбережению пропускной способности. Масштабирующее средство 94 масштабирует поддиапазонные сигнальные отсчеты в ответ на управляющий сигнал, поступающий от измерительного средства, так что мощность сегментов на выходе масштабирующего средства 94 имеет постоянное значение. Вычислитель 95 абсолютного значения вырабатывает огибающую выходного сигнала масштабирующего средства 94 и прикладывает эту огибающую в сегментном виде к выбирающему средству 96. Выбирающее средство сравнивает огибающую выходного сигнала масштабирующего средства 94 с несколькими опорными огибающими и выбирает опорную огибающую, которая соответствует в наибольшей степени огибающей выходного сигнала масштабирующего средства 94. Выбирающее средство вырабатывает на своем выходе идентифицирующий код выбранной опорной огибающей. Этот идентифицирующий код прикладывается к мультиплексору 102 для передачи на приемник 6. В поддиапазоне, в котором используются четыре поддиапазонных сигнальных отсчета на сегмент, используются пять опорных огибающих, тогда как в поддиапазонах, в которых используется восемь поддиапазонных сигнальных отсчетов на сегмент, используются одиннадцать опорных огибающих.

Число опорных огибающих, используемых в поддиапазонах с восемью поддиапазонными сигнальными отсчетами, может изменяться от одного до одиннадцати. В результате кодирования измерения мощности кодом Хаффмена число разрядов, необходимых для этого измерения мощности, может отличаться от одного сегмента до нескольких. Если в результате имеется избыточная пропускная способность, она может использоваться для передачи более длинных идентифицирующих кодов опорных огибающих, так что может использоваться большее число опорных огибающих для кодирования огибающей выходного сигнала масштабирующего средства 94.

Средство 98 определения знака определяет знак выходного сигнала масштабирующего средства 94. Знак прикладывается к третьему входу мультиплексора 102 для передачи к приемнику 6. Возможно, что не для всех поддиапазонов знак выходного сигнала масштабирующего средства 94 передается на приемник 6, но этот знак генерируется шумовым генератором на приемном конце. Это упрощение представляется допустимым для более высоких поддиапазонов.

В поддиапазонном декодере 72, показанном на фиг.3, выходной сигнал демультиплексора 70 прикладывается к демультиплексору 104. Каждый из поддекодеров 106...114 запитывается тремя выходными сигналами демультиплексора 104. Первый из этих выходов подключен к генератору 108 опорной огибающей. Второй из этих выходов подключен к первому входу умножительной схемы 110, а третий из этих выходов подключен к первому входу умножительной схемы 112. Но возможно, однако, что третий выход мультиплексора 104 отсутствует, а первый вход умножительной схемы 112 подключен к выходу шумового генератора 109. Выход генератора 108 опорной огибающей подключен ко второму входу умножительной схемы 110. Выход умножительной схемы 110 подключен ко второму входу умножительной схемы 112. Выход умножительной схемы 112 образует один из декодированных поддиапазонных сигналов. Поддекодеры 106...114 сконструированы так же.

Генератор 108 опорной огибающей генерирует выбранную опорную огибающую в ответ на принятый идентифицирующий код. Умножительная схема 110 умножает выбранную опорную огибающую на измерение мощности, так что получается восстановленная огибающая рассматриваемого поддиапазонного сигнала. Восстановленная огибающая поддиапазонного сигнала умножается в умножительной схеме 112 на принятый знак поддиапазонных сигнальных отсчетов, так что на выходе умножительной схемы 112 появляется декодированный поддиапазонный сигнал. Для поддиапазонов, в которых знак отсчетов поддиапазонного сигнала не передается, умножительная схема 112 умножает выходной сигнал умножительной схемы 110 на выходной сигнал шумового источника 109.

В выбирающем средстве 96, показанном на фиг.4, четыре входа, на которых в качестве их входных сигналов четыре абсолютных значения масштабированного поддиапазонного сигнала объединены в один сегмент, подключены к четырем входам процессора 118. На фиг.2 эти четыре входа выбирающего средства 96 схематически показаны одним входом. Первый выход процессора 118, выдающий в качестве его выходного сигнала адресный сигнал, подключен ко входу ПЗУ (РОМ) 116. Четыре выхода ПЗУ 116, которые в качестве их выходных сигналов выдают четыре значения, представляющих опорную огибающую, подключены к четырем дополнительным входам процессора 118. Второй выход процессора 118,выдающий в качестве его выходного сигнала идентифицирующий код опорной огибающей, образует выход выбирающего средства 96.

Предположим, что в выбирающем средстве 96, показанном на фиг.4, огибающая выходного сигнала масштабирующего средства 94 представлена четырьмя значениями огибающей в следующие друг за другом моменты. Предположим также, что опорные огибающие представлены четырьмя значениями этих опорных огибающих. В выбирающем средстве 96 процессор генерирует следующие друг за другом адреса для ПЗУ 116. ПЗУ 116 выдает в виде четырех значений опорную огибающую, хранимую в таких адресах. Процессор 118 считывает значения, которые представляют опорную огибающую и огибающую выходного сигнала масштабирующего средства 94. Процессор 118 вырабатывает разностное измерение между двумя огибающими, которое, например, равно разности квадратов между соответствующими значениями, представленными огибающими. Процессор последовательно генерирует адреса всех опорных огибающих, подлежащих использованию при сравнении, и представляет идентифицирующий код опорной огибающей с наименьшим разностным измерением на втором выходе. Заметим, что для поддиапазонов, в которых огибающие представлены восемью сигнальными отсчетами, выбирающее средство имеет восемь входов. ПЗУ 116 поэтому имеет восемь выходов, и тогда входные порты процессора 118 также имеют восемь входов.

Для выполнения этой функции процессор 118 должен содержать подходящую программу, блок-схема которой показана на фиг.5. Пронумерованные команды имеют комментарий, как показано в нижеследующей таблице 3.

Программа согласно блок-схеме фиг. 5 выполняется один раз для каждого сегмента поддиапазонных сигнальных отсчетов. В блоке 122 переменная МIN, представляющая измерение с минимальной ошибкой, приравнивается числу Z, которое настолько велико, что измерение минимальной разности является пределом, чтобы сразу попасть на это число Z. Вслед за этим в блоке 124 значения, представляющие огибающую сегмента, считываются процессором 118. В блоке 126 адрес, принадлежащий опорной огибающей, подается на первый вход процессора. В блоке 128 процессором считываются значения, представляющие опорную огибающую. В блоке 130 вычисляется разностное измерение между огибающей сегмента и опорной огибающей. Разностное измерение SQDIFF может быть вычислено следующим образом:

B (I) i является текущей переменной, L - число переменных представляющих огибающую, X_i - i-e значение из значений, представляющих огибающую сегмента, а y_i - i-e значение из значений, представляющих опорную огибающую.

В блоке 132 значение SQDIFF сравнивается со значением MIN. Если значение SQDIFF меньше, чем значение MIN, действующая опорная огибающая соответствует больше огибающей сегмента, чем опорные огибающие, которые сравнивались с огибающей сегмента раньше. В этом случае значение MIN в блоке 134 приравнивается значению SQDIFF. Кроме того, в блоке 136 значение УКАЗАТЕЛЯ, представляющего идентифицирующий код опорной огибающей, наиболее соответствующей из всех до сих пор рассмотренных, приравнивается идентифицирующему коду текущей опорной огибающей. Если значение SQDIFF не меньше, чем значение MIN, блоки 134 и 136 перескакиваются (пропускаются).

В блоке 138 проверяется, все ли опорные огибающие уже сравнены с огибающей сегмента поддиапазонных сигнальных отсчетов. Если сравнены все огибающие, то переменная УКАЗАТЕЛЬ, представляющая идентифицирующий код опорной огибающей, наиболее соответствующей огибающей сегмента поддиапазонных сигнальных отсчетов, записывается в блоке 142. Если с огибающей сегмента поддиапазонных сигнальных отсчетов сравнены еще не все опорные огибающие, подлежащие включению в сравнение, следующая опорная огибающая выбирается в блоке 140 и происходит перескок к блоку 128.

Отметим, что кодер и декодер могут иметь полностью аппаратное воплощение, но возможно и наоборот, что кодер и/или декодер включены полностью или частично в сигнальный процессор. Этот сигнальный процессор управляется затем подходящей программой.

Фиг.6 показывает пять опорных огибающих, используемых для поддиапазонов, каковые поддиапазоны представлены четырьмя значениями. Опорные огибающие представлены значениями Y_k,i, где K является очередным номером опорной огибающей, а i - очередным номером значения, которое также определяется опорной огибающей. Эксперименты показали, что не все опорные огибающие случаются одинаково часто. Это свойство можно использовать дли снижения, например, посредством кодирования кодом Хаффмена, необходимой пропускной способности для передачи идентифицирующего кода опорной огибающей.

На фиг.7 показаны одиннадцать опорных огибающих, используемых для поддиапазонов, представленных одиннадцатью значениями. Здесь также эксперименты показали, что не все опорные огибающие случаются одинаково часто.

Отметим, что, при желании, адаптивные опорные огибающие, выделяемые из поддиапазонного сигнала, подлежащего кодированию, могут быть использованы в дополнение или вместо фиксированных опорных огибающих.

В передающей системе, показанной на фиг.8, входной сигнал прикладывается к передатчику 2. Вход передатчика 2 подключен ко входу фильтрующего средства 50 в кодере 51. Первый выход фильтрующего средства 50 подключен ко входу элемента 62 задержки и ко входу вычитающей схемы 65. Выходной сигнал фильтрующего средства 50 представляет спектральную часть входного сигнала. Выход элемента 62 задержки подключен ко входу кодера во временной области, являющегося векторным квантователем 66, который использует линейное предсказание (кодирование с линейным предсказанием - КЛП) (PC). Выход векторного квантователя 66, выдающий в качестве его выходного сигнала первый закодированный в цифровом виде сигнал, подключен к первому входу передающего средства, являющегося в данном случае мультиплексором 68, и к декодеру 67 во временной области. Выход декодера 67 во временной области подключен ко второму входу вычитающей схемы 65.

Множество выходов фильтрующего средства 50 и выход вычитающей схемы 65 подключены каждый ко входу кодера в преобразованной области, образованного в данном случае поддиапазонным кодером 64. Входные сигналы поддиапазонного кодера 64 вместе представляют объединение спектральной части и дополнительной спектральной части входного сигнала. Выход поддиапазонного кодера 64, выдающий в качестве его выходного сигнала дополнительный кодированный сигнал, подключен ко второму входу мультиплексора 68.

Выход мультиплексора 68 подключен через канал 4 ко входу приемника 6. В приемнике 6 сигнал прикладывается ко входу демультиплексора 70. Первый выход демультиплексора 70, выдающий в качестве его выходного сигнала закодированный в цифровом виде сигнал, подключен к декодеру во временной области, являющемуся в данном случае обратным векторным квантователем 84, который воплощает линейное предсказание. Выход обратного векторного квантователя 84, выдающий в качестве своего выходного сигнала декодированный сигнал, подключен ко входу элемента 86 временной задержки. Выход элемента 86 временной задержки подключен к первому входу суммирующей схемы 87. Выход суммирующей схемы 87 подключен к первому входу средства 88 объединения. Второй выход демультиплексора 70 подключен ко входу декодера в преобразованной области, являющегося в данном случае поддиапазонным декодером 72. Множество выходов поддиапазонного декодера 72, выдающих в качестве своих выходных сигналов восстановленные сигналы, которые вместе представляют дополнительную спектральную часть входного сигнала, подключены каждый ко входу средства 88 объединения. Выход поддиапазонного декодера 72, который представляет спектральную часть входного сигнала, подключен ко второму входу суммирующей схемы 87. На выходе средства 88 объединения имеется восстановленный входной сигнал.

Входной сигнал передающей системы, показанной на фиг.8, разбит на спектральную часть и дополнительную спектральную часть с помощью фильтрующего средства 50. Спектральная часть преобразуется в закодированный в цифровом виде сигнал векторным квантователем 66. Подходящее воплощение векторного квантователя уже было объяснено со ссылкой на фиг.1. Закодированный в цифровом виде сигнал преобразуется в декодированный сигнал декодером 67 во временной области, каковой декодированный сигнал вычитается из спектральной части входного сигнала вычитающей схемой 65. На выходе вычитающей схемы тогда имеется сигнал ошибки кодирования, который представляет ошибку кодирования кодера во временной области.

Дополнительная спектральная часть входного сигнала представляет поддиапазонные сигналы на выходе фильтрующего средства 50. Поддиапазонные сигналы и сигнал ошибки кодирования на выходе вычитающей схемы 65 преобразуются в дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал поддиапазонным кодером 64. Дополнение декодером 67 во временной области и вычитателем 65 дает возможность кодировать вновь ошибку кодирования кодера 66 во временной области поддиапазонным кодером 64 и передавать ошибку кодирования на приемник. Эти меры позволяют реализовать улучшение качества передачи. Добавочная сложность, требуемая для этого, невелика, потому что уже имеется декодер во временной области в кодере во временной области анализа синтезом. Может быть необходимо задержать входной сигнал вычитающей схемы 65 и сигналы, представляющие дополнительную спектральную часть для некоторого периода времени, чтобы обеспечить то, что все входные сигналы поддиапазонного кодера 65 подвергались одинаковому периоду задержки.

Отметим, что поддиапазонные сигналы на выходе фильтрующего средства 50 являются групповыми сигналами, представляющими модулирующий сигнал в этом конкретном поддиапазоне. Это групповое представление выгодно в том, что требуемые отсчеты по поддиапазону определяются шириной полосы этого конкретного поддиапазона, а не максимальной частотой этого конкретного поддиапазона. Подходящее воплощение поддиапазонного кодера 64 для сигналов с частотой отсчетов 48 кГц известно из внутреннего проекта ИСО/МЭК DIS 11172 "Информационная техника кодирования подвижных изображений и связанного звука для цифровой запоминающей среды до 1,5 мбит/с", часть 3 стр.174-337. Поддиапазонные сигналы на входе преобразуются в цифровой сигнал посредством квантования. Поддиапазоные сигналы квантуются на несколько уровней, которые могут отличаться для разных поддиапазонов. Действующее число уровней квантования, используемых для каждого поддиапазона, зависит от мощности конкретного поддиапазонного сигнала и мощности поддиапазонных сигналов соседних поддиапазонов. Затем используется свойство человеческой слуховой системы, состоящее в том, что слабый сигнал вблизи сильного сигнала не слышен. В результате возможно квантовать такие слабые сигналы со значительно меньшим числом уровней квантования, чем сильный сигнал. На основании мощности различных поддиапазонных сигналов для каждого поддиапазона вычисляется шумовой уровень слышимости. Число необходимых уровней квантования определяется для каждого поддиапазона в ответ на этот шумовой уровень. Дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал содержит при этом различным образом квантованные поддиапазонные сигналы и информацию о числе уровней квантования каждого поддиапазона. Отметим, что упомянутый кодер устроен для кодирования сигнала от 0 до 24 кГц. Поскольку спектральная часть 0-4 кГц кодируется кодером во временной области, поддиапазоны, расположенные в этой спектральной части, содержат только сигнал ошибки кодирования, который будет иметь относительно малую амплитуду. В результате лишь малое число разрядов будет расположено в этих поддиапазонах, так что вряд ли потребуется дополнительная пропускная способность для передачи этого сигнала ошибки кодирования.

Мультиплексор 68 объединяет закодированный в цифровом виде сигнал и дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал в единый сигнал. Элемент 62 временной задержки служит для выравнивания задержек спектральных частей входного сигнала, которые поступают на мультиплексор 68 двумя путями. Передатчик передает этот объединенный сигнал на приемник по каналу. В приемнике объединенный сигнал опять разделяется на закодированный в цифровом виде сигнал и дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал. Закодированный в цифровом виде сигнал преобразуется в первый восстановленный сигнал обратным векторным квантователем 84. Подходящее воплощение поддекодера описано в упомянутой рекомендации МККТТ G.728.

Дополнительный закодированный в цифровом виде сигнал преобразуется поддиапазонным декодером 72 во множество декодированных поддиапазонных сигналов, доступных на выходе диапазонного декодера 62. Наинизший поддиапазонный сигнал (0-4 кГц), который представляет сигнал ошибки кодирования, добавляется суммирующей схемой 87 к декодированному сигналу на выходе элемента 86 задержки для получения декодированного сигнала.

Отметим, что эти поддиапазонные сигналы на выходе поддиапазонного декодера 72 являются групповыми сигналами, которые представляют модулирующий сигнал в этом конкретном поддиапазоне. Это групповое представление выгодно в том, что число требуемых отсчетов на поддиапазон определяется шириной полосы конкретного поддиапазона, а не максимальной частотой в этом конкретном поддиапазоне. Средство 88 объединения преобразует поддиапазонные сигналы в желательную поддиапазонную частоту и затем объединяет поддиапазонные сигналы с декодированным сигналом в восстановленный входной сигнали

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в системах передачи и приема речевых и музыкальных сигналов. Технический результат - повышение помехоустойчивости и достоверности принимаемых сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что в передающей системе для передачи речевых и музыкальных сигналов входной сигнал разделяется в кодере на две спектральные части. Эти спектральные части кодируются каждая своим собственным подкодером. Качество передачи может быть значительно улучшено путем кодирования спектральной части кодером во временной области и кодированием дополнительной спектральной части кодером в преобразованной области. 7 с. и 3 з.п.ф-лы, 8 ил., 3 табл.

1. Система передачи, содержащая передатчик и приемник, причем передатчик включает в себя кодер, который содержит фильтрующее средство для выделения из входного сигнала, представляющего первую спектральную часть, и для выделения сигнала, представляющего вторую спектральную часть, при этом кодер также содержит кодер временной области для выделения кодированного цифрового сигнала временной области путем кодирования первой спектральной части, причем указанный кодер также содержит кодер области преобразования для выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, передатчик также содержит мультиплексор для уплотнения и передачи указанного кодированного цифрового сигнала временной области и указанного второго кодированного цифрового сигнала через канал передачи на приемник, а приемник содержит демультиплексор для выделения указанного кодированного цифрового сигнала временной области и указанного второго кодированного цифрового сигнала из входного сигнала приемника, причем приемник содержит декодер, содержит декодер временной области для декодирования кодированного цифрового сигнала временной области, чтобы выделять первый декодированный сигнал, указанный декодер также содержит декодер области преобразования для декодирования указанного второго кодированного цифрового сигнала, чтобы выделять второй декодированный сигнал из указанного второго кодированного цифрового сигнала, кроме того, декодер также содержит средство объединения для восстановления указанного входного сигнала путем объединения первого и второго декодированных сигналов, отличающаяся тем, что первая спектральная часть охватывает частоты до нескольких килогерц, а вторая спектральная часть охватывает, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц, при этом кодер временной области выполнен с возможностью выделения единого кодированного цифрового сигнала временной области из первой спектральной части, охватывающей частоты до нескольких килогерц, а кодер области преобразования выполнен с возможностью выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, охватывающей, по меньшей мере, частоты свыше нескольких килогерц. 2. Система передачи по п.1, отличающаяся тем, что кодер временной области содержит векторный квантователь, а декодер временной области содержит обратный векторный квантователь. 3. Система передачи по п.1 или 2, отличающаяся тем, что кодер временной области выполнен с возможностью выполнения линейного предсказания. 4. Система передачи по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что кодер области преобразования является поддиапазонным кодером, а декодер области преобразования является поддиапазонным декодером. 5. Передатчик, содержащий кодер, который включает в себя фильтрующее средство для выделения из входного сигнала сигнала, представляющего первую спектральную часть, и для выделения сигнала, представляющего вторую спектральную часть, причем кодер также содержит кодер временной области для выделения кодированного цифрового сигнала временной области путем кодирования временной области первой спектральной части, при этом указанный кодер также содержит кодер области преобразования для выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, передатчик также включает в себя мультиплексор для уплотнения и передачи указанного кодированного цифрового сигнала временной области и указанного второго кодированного цифрового сигнала, отличающийся тем, что первая спектральная часть охватывает частоты до нескольких килогерц, а вторая спектральная часть охватывает, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц, при этом кодер временной области выполнен с возможностью выделения единого кодированного цифрового сигнала временной области из первой спектральной части, охватывающей частоты до нескольких килогерц, а кодер области преобразования выполнен с возможностью для выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, охватывающей, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц. 6. Приемник, содержащий демультиплексор для выделения кодированного цифрового сигнала временной области и второго кодированного цифрового сигнала из входного сигнала приемника, причем приемник содержит декодер, содержащий декодер временной области для декодирования кодированного цифрового сигнала временной области, чтобы выделять первый декодированный сигнал, указанный декодер также содержит декодер области преобразования для декодирования указанного второго кодированного цифрового сигнала, чтобы выделять из указанного второго кодированного цифрового сигнала второй декодированный сигнал, кроме того, декодер также содержит средство объединения первого и второго декодированных сигналов, отличающийся тем, что декодер временной области выполнен с возможностью выделения из единого кодированного цифрового сигнала временной области первого декодированного сигнала, охватывающего частоты до нескольких килогерц, а декодер области преобразования выполнен с возможностью выделения из второго кодированного цифрового сигнала второго кодированного сигнала, охватывающего, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц. 7. Кодер, содержащий фильтрующее средство для выделения из входного сигнала, представляющего первую спектральную часть и выделения сигнала, представляющего вторую спектральную часть, причем кодер также содержит кодер временной области для выделения кодированного цифрового сигнала временной области путем кодирования временной области первой спектральной части, а также указанный кодер содержит кодер области преобразования для выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, при этом передатчик также включает в себя мультиплексор для уплотнения и передачи указанного кодированного цифрового сигнала временной области и указанного второго кодированного цифрового сигнала, отличающийся тем, что первая спектральная часть охватывает частоты до нескольких килогерц, а вторая спектральная часть охватывает, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц, при этом кодер временной области выполнен с возможностью выделения единого кодированного цифрового сигнала временной области из первой спектральной части, охватывающей частоты до нескольких килогерц, а кодер области преобразования выполнен с возможностью выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, охватывающей, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц. 8. Декодер, содержащий демультиплексор для выделения кодированного цифрового сигнала временной области и второго кодированного цифрового сигнала из входного сигнала декодера, причем декодер содержит декодер временной области для декодирования кодированного цифрового сигнала временной области, чтобы выделять первый декодированный сигнал, а также указанный декодер содержит декодер области преобразования для декодирования указанного второго кодированного цифрового сигнала, чтобы выделять из указанного второго кодированного цифрового сигнала второй декодированный сигнал, кроме того, декодер содержит средство объединения для восстановления указанного входного сигнала путем объединения первого и второго декодированных сигналов, отличающийся тем, что декодер временной области выполнен с возможностью выделения из единого кодированного цифрового сигнала временной области первого декодированного сигнала, охватывающего частоты до нескольких килогерц, а декодер области преобразования выполнен с возможностью выделения из второго кодированного цифрового сигнала второго декодированного сигнала, охватывающего, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц. 9. Способ кодирования, который предусматривает выделение из входного сигнала сигнала, представляющего первую спектральную часть, и выделение сигнала, представляющего вторую спектральную часть, при этом указанный способ также предусматривает выделение кодированного цифрового сигнала временной области путем кодирования временной области первой спектральной части, а также указанный способ предусматривает выделения второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, при этом способ кодирования также включает в себя уплотнение и передачу указанного кодированного цифрового сигнала временной области и указанного второго кодированного цифрового сигнала, отличающийся тем, что первая спектральная часть охватывает частоты до нескольких килогерц, а вторая спектральная часть охватывает, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц, при этом кодирование временной области предусматривает выделения единого кодированного цифрового сигнала временной области из первой спектральной части, охватывающей частоты до нескольких килогерц, а кодирование области преобразования предусматривает выделение второго кодированного цифрового сигнала из второй спектральной части, охватывающей, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц. 10. Способ декодирования, предусматривающий выделение кодированного цифрового сигнала временной области и второго кодированного цифрового сигнала из кодированного сигнала, причем способ предусматривает декодирование кодированного цифрового сигнала временной области, чтобы выделять первый декодированный сигнал, а также указанный способ включает декодирование указанного второго кодированного цифрового сигнала, чтобы выделять из указанного второго кодированного цифрового сигнала второй декодированный сигнал, кроме этого, способ также предусматривает восстановление сигнала путем объединения первого и второго декодированных сигналов, отличающийся тем, что указанный способ включает выделение из единого кодированного цифрового сигнала временной области первого декодированного сигнала, охватывающего частоты до нескольких килогерц, а также указанный способ предусматривает выделение из второго кодированного цифрового сигнала второго декодированного сигнала, охватывающего, по меньшей мере, звуковые частоты свыше нескольких килогерц.