Адаптивный речевой кодек Советский патент 1992 года по МПК H03M3/02 H04B14/06 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в различных системах связи для создания цифровых низкоскоростных каналов телефонной связи.

Известны устройства связи с дельта-модуляцией, осуществляющие преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Однако известные устройства обеспечивают низкое соотношение сигнал-шум на выходе демодулятора, не имеют запаса устойчивости паузной комбинации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные компрессор и дельта-модулятор, а также генератор тактовой частоты, первый выход которого подключен к дополнительному входу дельта-модулятора, второй и третий выходы подключены соответственно к последовательно соединенным дельта-модулятору огибающей речевого сигнала и ключу, а на приемной стороне последовательно соединенные дельта-модулятор и экспандер, а также дельта-демодулятор огибающей сигнала, выход которого подключен к управляющему входу экспандера.

Однако известное устройство по своей технической сущности является сложным, содержит в своем составе на приемной и передающей стороне по два дельта-модулятора, причем для передачи информации об огибающей речевого сигнала требуется дополнительный канал связи в составе многоканального тракта связи, что делает невозможным применение данного устройства в одноканальных системах связи.

Цель изобретения - упроа ение кодека путем исключения дополнительного канала связи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство связи с дельта-модуляцией, содержащее на передающей стороне компрессор и тактовый генератор, выходы которых соединены соответственно с информационными и тактовым входами дельта-модулятора, на приемной стороне - дельта-демодулятор и выделитель огибающей речевого сигнала, выходы которых подключены соответственно к информационному и управляющему входам экспандера, выход которого является выходом кодека, выход дельта-модулятора передающей стороны через канал связи соединен с входами дельта-демодулятора и выделителя огибающей речевого сигнала приемной стороны, дополнительноТГведеньГ на передающей стороне пороговый элемент и формирователь порогового уровня, выход которого соединен с управляющим входом порогового элемента, информационный

вход которого является входом кодека, выход порогового элемента подключен к входу компрессора, на приемной стороне выдели- тепь огибающей речевого сигнала выполнен

на сумматоре по модулю два, счетном триггере, интеграторах, аналоговом сумматоре, фильтре нижних частот и элементе задержки, вход которого объединен с первым входом сумматора по модулю два и является

0 входом выделителя огибающей речевого сигнала, выход элемента задержки соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу счетного триггера, прямой и инверсный выходы

5 которого через первый и второй интеграторы соединены с входами аналогового сумматора, выход которого через фильтр нижних частот подключен к выходу выделителя огибающей речевого сигнала.

0 На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Адаптивный речевой кодек содержит на передающей стороне 1 компрессор 2 и так5 товый генератор 3, выходы которых соединены соответственно с информационным и тактовым входами дельта-модулятора 4, на приемной стороне 5 - Дельта-демодулятор 6 и выделитель 7 огибающей речевого сигна0 ла, выходы которых подключены соответственно к информационному и управляющему входам экспандера 8, выход которого является выходом кодека. Выход дельта-модулятора передающей стороны через канал 9

5 связи соединен с входами дельта-демодулятора и выделителя огибающей речевого сигнала приемной стороны. Устройство содержит дополнительно введенные на передающей стороне пороговый элемент 10

0 и формирователь 11 порогового уровня, выход которого соединен с управляющим входом порогового элемента, информационный вход которого является входом кодека. Выход порогового элемента подключен

5 к входу компрессора. На приемной стороне выделитель 7 огибающей речевого сигнала выполнен на сумматоре 12 по модулю два, счетном триггере 13, интеграторах 14 и 15. аналоговом сумматоре 16, фильтре 17 ниж0 них частот (ФНЧ) и элементе 18 задержки, вход которого объединен с первым входом сумматора по модулю два и является входом выделителя огибающей речевого сигнала. Выход элемента задержки соединен с вто5 рым входом сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого через первый и второй интеграторы соединены с входами аналогового сумматора, выход которого через фильтр нижних

частот подключен к выходу выделителя огибающей речевого сигнала

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а - речевой сигнал на входе кодека; б - сигнал на выходе компрессора 2; в - сигнал на выходе генератора 3 тактовых импульсов; г - сигнал на выходе передающей стороны 1; д - сигнал на выходе дельта-демодулятора 6; е - сигнал на выходе сумматора 12 по модулю два; ж - сигнал на прямом выходе счетного триггера 13; з - сигнал на инверсном выходе счетного триггера 13; и - сигнал на выходе аналогового сумматора 16; к - речевой сигнал на выходе кодека.

Речевой кодек работает следующим образом.

Речевой сигнал x(t) в полосе 0,3-3,4 кГц (фиг. 2а) поступает на вход порогового элемента 10, осуществляющего резекцию всех сигналов, имеющих амплитуду ниже Unop, которое вырабатывается формирователем порогового уровня 11 и подбирается опытным путем в зависимости от уровня акустических шумов, в которых эксплуатируется кодек. Применение порогового элемента 10 позволяет избавиться от паразитного квантования акустического шума дельта- модулятором 4, чем существенно повысить качество речи и сформировать устойчивую паузную комбинацию С выхода порогового элемента 10 речевой сигнал поступает на вход компрессора 2, клиппируется (фиг. 26), и с выхода последнего подается на вход дельта-модулятора 4, где осуществляется его квантование с частотой FT (фиг, 2в). Выходной дельта-поток Z(t) (фиг. 2г) подается по каналу 9 связи на приемную сторону 5, где поступает на дельта-демодулятор 6 и выделитель 7 огибающей речевого сигнала. В дельта-демодуляторе 6 осуществляется преобразование сигнала дельта-потока Z(t) в сигнал х(т.)(фиг. 2д), причем динамический диапазон последнего значительно меньше, чем у исходного речевого сигнала x(t). Расширение динамического диапазона осуществляется в экспандере 8, коэффициент экспандирования которого определяется управляющим сигналом с выхода выделителя 7 огибающей речевого сигнала.

Дельта-поток Z(t), поступающий на вход выделителя 7 огибающей речевого сигнала, подается на первый вход сумматора по модулю два 12, на второй вход которого подается тот же сигнал, но с задержкой на один такт. Сумматор 12 по модулю два выделяет фронты импульсов из входного дельта-потока, соответствующие переходу речевого сигнала через ноль (фиг 2е), которые подаются на вход счетного триггера 13, на прямом и инверсном выходе которого формиру ется положительная Q (фиг. 2ж) и отрицательная Q (фиг. 2з) последовательности информационного сигнала, длительность 5 которых зависит от уровня сигнала x(t) на входе кодека. Полученные последовательности Q и Q интегрируются с помощью RC-интеграторов 14,15 с постоянной времени г 8-10 с, объединяются в аналоговом

0 сумматоре 16 (фиг. 2и) и подаются на ФНЧ 17, на выходе которого и образуется сигнал, управляющий экспандером 8. На выходе экспандера 8 получается восстановленный речевой сигнал x(t) (фиг. 2к).

5 Так как в предлагаемом кодеке квантованию подлежат только переходы речевого сигнала через ноль, то скорость преобразования выбирается из соотношения , где FB - высшая частота в спек0 тре преобразуемого речевого сигнала. Таким образом, предлагаемый кодек предназначен для работы на скоростях от 6,8 кбит/с до 12-16 кбит/с. На более высоких скоростях преобразования существующие

5 адаптивные дельта-кодеки обеспечивают лучшие качественные параметры.

Пример. Эффективность предлагаемого кодека оценивалась путем проведения сравнительных артикуляционные испыта0 ний совместно с прототипом и дельта-модулятором, используемым в настоящее время в серийно выпускаемой аппаратуре связи. Оценка проводилась на скоростях 16 кбит/с; 9,6 кбит/с; 8 кбит/с; 4,8 кбит/с.

5 Результаты исследований представлены в таблице.

Проведенные испытания показали целесообразность использования предлагаемого кодека в цифровых системах

0 телефонной связи со скоростями передачи 8-12 кбит/с. Применение предлагаемого речевого кодека позволяет в 1,5-1,8 раза уменьшить скорость преобразования речи, исключить необходимость в дополнитель5 ном канале связи для передачи информации об огибающей речевого сигнала при качестве речи, сопоставимом с качеством существующих дельта-кодеков. По сравнению с устройствами параметрического преобра0 зования речи (вокодерами), работающими в том же диапазоне скоростей, предлагаемый кодек имеет существенно меньшие габариты, массу, потребляемую мощность и стоимость.

5

Формула изобретения Адаптивный речевой кодек, содержащий на передающей стороне компрессор и тактовый генератор, выходы которых соедийены соответственно с информационным и тактовым входами дельта-модулятора, на приемной стороне - дельта-демодулятор и выделитель огибающей речевого сигнала, выходы которых подключены соответственно к информационному и управляющему входам экспандера, выход которого является выходом кодека, выход дельта-модулятора передающей стороны через канал связи соединен с входами дельта-демодулятора и выделителя огибающей речевого сигнала приемной стороны, отличающийся тем, что, с целью упрощения кодека путем исключения дополнительного канала связи, на передающей стороне введены пороговый элемент и формирователь порогового уровня, выход которого соединен с управляющим входом порогового элемента, информационный вход которого является входом

кодека, выход порогового элемента подключен к входу компрессора, на приемной стороне выделитель огибающей речевого сигнала выполнен на сумматоре на модулю

два, счетном триггере, интеграторах, аналоговом сумматоре, фильтре нижних частот и элементе задержки, вход которого объединен с первым входом сумматора по модулю два и является входом выделителя огибающей речевого сигнала, выход элемента задержки соединен с вторым входом сумматора по модулю два. выход которого подключен к входу счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого через

первый и второй интеграторы соединены с входами аналогового сумматора, выход которого через фильтр нижних частот подключен к выходу выделителя огибающей речевого сигнала.

Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи. Его использование в цифровых низкоскоростных каналах телефонной связи позволяет упростить кодек путем исключения дополнительного канала связи, Это обеспечивается благодаря отсечке сигналов, соизмеримых с шумами на передающей стороне и специфическому выполнению выделителя огибающей речевого сигнала на приемной стороне. Кодек, помимо канала связи 9; содержит на передающей стороне 1 пороговый элемент 10, формирователь порогового уровня 11, компрессор 2, тактовый генератор 3, дельта- модулятор 4, на приемной стороне 5 - дельта-демодулятор 6, экспандер 8 и выделитель огибающей речевого сигнала 7, включающий в себя элемент задержки 18, сумматор по модулю два 12, счетный триггер 13, 2 интегратора 14 и 15, аналоговый сумматор 16 и фильтр нижних частот 17. 10-2-4-9-18-12-13-14-16-17-8.11-2, 3-4, 9-6-8, 9-12, 13-15-16. 2 ил., 1 табл. xftL у Ј 4 СП 00 (Л СА) Фиг.1

) Полоса рабочих частот речевого сигнала ограничена до 0,3-2,4 кГц.

/

s

g &///АЕЗ ЕЗ УУ////Л t

J22 YS/Л //л И

Z2

о

I II II I I I I И I И III I I I I I I I 1 I J

2(t) I

til II

MM

Т ГТТ

III I

Ж

1 V7X Ч777Х WS/Л W77 V7 У///Л

0 ffl V Ч77Л У///Л

Z2

til II

MM

M I 111

I I

У////Л i