Вокодер Советский патент 1981 года по МПК G10L19/02 

(54) ВОКОДЕР

Изобретение относится к обласгн приборостроения и может быть использовано, например, в технике связи для передачи, речевых сигналов по дискретным канат лам. Известен вокодер, передающая часть которого состоит из анализатора формант ного типа, блока формирования сочетаний этих частот, блока формирования номеров эталонов, а приемная часть состоит из синтезатора и блока формирования эталонных сочетаний форматных частот по принятым номерам эталонных сочетаний ij Недостатком такого вокодера явлается кшзкое качество речи, обусловленное ошибками измерений формантных параметров, при требует ой пропускной способности канала связи бОО дв.ед/с. Из известных вокод ов наиболее бли зок к описываемому вокодер, состоящий из передающей части, содержащей включенные последовательно анализатор спектра, преобразователь спектра в функцию линейного предсказания логарифма, блок измерения расстояний в пространстве и выбора эталона с минимальным расстоянием, к другому входу которого подключен выход блока памяти эталонов функций и выделитель основного тона, включенный между входом анализатора спектра и одним входом выходного блока согласования, а также из приемной части, содержащей включенные последовательно блок форм1фования функций по номерам эталонов, к одному- входу . которого подключен блок памяти эталонов фушспнв, бпак преобразования функций в спектр и синтезатор, к одному входу которого черва шину передачи основного тона подключен входной блок согласования . К недостаткам этого вокод а можно отнести необходимость сравнительно большой требу&лоб пропускной способности анала связи, необходимой для передачи ечи с заданным качеством. Цель изобретения - сокршцение тр&уемой щюпускной способности канала 80 связи, необходимой для передачи речи с заданным качеством. Это достигается за счет того, что передакшая часть вокодера снабжена блоками формирования и памяти пар номеров эталонов функций , приемная часть вокодера снабжена блоком формирования пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пар номеров и блоком памяти пар номеров эталонов функций, причем один вход блока формирования пар номеров эталонов в предающей части соединен с выходом блока измерения расстояний в пространстве функций и выбсфа эталона с минимальным расстоя , второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выход - с другим входом выходного блока согласования, а один вход блока формирования пар эталонов функций по принятым индексам этих пар номеров в приемной часш соединен с другим выходом входного блока согласования, второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выход - с другим входом блока формирования функций по номерам эталонов. На чертеже изображена структурная схема описываемого вокод а. Вокодер состоит из передающей части t и приемной части 2. Передающая часть выполнена в виде соединенных последовательно анализатора 3 спектра, вход которого является входом вокодера, преобразователя 4 спектра в функцию линей ного предсказания логарифма спектра, блока 5 измерения расстояний в простра стве функций к выбора эталона с минимальным paccтoяни«, гг блока 6 форми рования пар эталонов функций и выходного блока 7 согласования с шиной 8 передакшей части. Выделитель 9 основного тона включен между входом анализатора 3 спектра и другим входом выходного блока 7 согласования. Один и входов блока 5 соединен с выходом блока Ю памяти эталонов функций линейного предсказания логарифма спектра, а один из входов блока 6 соединен с выхо дом блока 11 памяти пар номеров эталонов функций. Приемная часть вокодера содержит последовательно соединен ные входной блок 12 согласования с входной шиной I 3 приемной части, блок 14 формирования пар номеров эталонов функ ций по принятым индексам этих пар номеров, блок 15 формирования функций п Номерам эталонов, блок 16 преобразова ния функц п спектр и синтезатор 17 4 выходной ишной 18. Один из входов интезатора17 соединен шиной 19 пеедачи основного тона с одним из выхоов входного блока 12 согласования. дин из входов блока 14 соединен с выодом блока 2О памйти пар номеров талонов функций, а один из входов блока 15 соединен с выходом блока 21. памяти талонов функций. Вокодер работает следукаиим образом. Передаваемый речевой сигнал, соа аваемый, например, микрофоном (на схеме не показан), njo входной шине 22 поступает на входы анализатора ЗХ11вктра и выделителя 9 основного тона. На выходе анализатора спектра фогшируются сигналы, предетавл5да1аяе собой мгновенный спектр входного сигнала. Эти сигналы в преобразователе 4 спектра в функцию линейного предсказания логарифма спектра преобразуются в функцию линейного предсказания логарифма снектра (ЛПЛС) речевого сигнала. Прео зазователь состоит на нелинейного прес аоователя, осуществляющего логарифмирование входных спектральных функций, и линейного преобразователя дифференцирующего типа. В простейшем случае можно использо- вать элементарную функцию ЛПЛС, тогда она включает первые два члена фршшш предсказания общего вида применительно к логарифму спектра сигнала. Посредством функции предсказания речевого сигнала можно осуществить декорреляцию этого сигнала во времени. Применение предсказания к логарифму спектра речевого сигнала позволяет осуществить еще большую декорреляцию сигнала посредством устранения избыточности, заключенной в информации о частотной характеристике тракта и о тембре голоса диктора. В блоке 10 памяти эталонов функций линейного предсказания логарифма спектра хранятся выбранные заранее эталоны функций ЛПЛС, с помошью которых осуществляется аппроксимация текущих функций ЛПЛС, действующих на выходе преобразователя 4. Выбор эталонов блока 10 осуществляется исходя из условия наилучшей аппроксимации множества, текущих реализаций функций ЛПЛС конечным множеством эталонов этих функций. Этот выбор осуществляется заранее на основании расчетов, проводимых с помощью ЭВМ. Выбранные эталоны заносятся в блок Юн блок 21 памяти эталонов функций вокодера. Для каждой текущей pea- пизаоии функций ЛПЛС находится эталон из блока 10 наилучшим образам апщюксимирующий эту функцию. Точность аппроксимации определяется расстоянием (вычисляемым, на1фимер, как сумма квед .ратов огкпонеккй соответствующих коо{ динат) между текущей реализацией функции ЛПЛС и эталоном памяти, обеспечивающим наилучшую аппроксимацию. В соо ветствии с этим в блоке 5 измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстояние измеряются расстояния между текущей реализацией функции ЛПЛС и каждым эталоном блока 10. На выходе блока 5 образуется сигнал, несущий информацию о номере эталона с минимальным указан ным расстоянием. В блоке 11 памяти пар номерюв этало нов функций хранятся выбранные заранее пары номеров эталонов функций ЛПЛС. с помощью которых производится аппроксимация текущих пар номфов эталонов ука занных функций, формируемых в блоке 6 формирования пар номеров эталонов функций из эталонов, поступающих с выхода блока 5. Выбор элаиентов блока 11 памяти пар номеров эталонов функций осуществляется исходя из массива наиболее часто встречающихся в речи пар од гаочных эталонов функций ЛПЛС, применяемых за эталонные пары. Этот выбор осуществляется заранее на основании расчетов, проводимых на ЭВМ. Выбранные пары эталонов заносятся в виде пар условных номеров в блоки 11 и 2О предающей и приемной частей вокодера, причем каждой паре номеров присваивается свой индекс. Принцип аппроксимации текущих пар номеров эталонов функций ЛПЛС эталонными парами поясняется следующим при- . Пусть текущая пара эталонов функций ЛПЛС имеет вид А-В, где А и В - номера одиночных эталонов этой функции. Если в блоке памяти 11 имеется аналогичное сочетание номеров, то на выходе блока 6 формируется индекс этого сочетания в массиве памяти блока II. Если такого сочетания (пары) в блоке II не оказалось, отыскивается индекс пары, имеющей вид - А - i , где 1 - любой номер из входящих в пары номеров массива памяти. Если и такой пары в блоке 11 нет, то отыскивается индекс йары вида i- А, или ) - В, или В - i . При отсутствии и таких пар индекс пары формируется по специальному алгоритму. Этот алгоритм выбора одной из ближайщих по составу эталонной пары составляется заранее на основаниЕ критерия минимального расстояния между векторами текущей и эталонной пары, поскольку все составляющие 128 текущих и 128 эталонных пар функций ЛПЛС известны. Таким образом; в блоке 6 производится сравнение пар номеров текущих эталонов функций ЛПЛС с эталонными парами номеров, извлекаемыми из блока памяти It, и формирование индекса наиболее подходящей пары, при множестко сочетаний одиночных эталонов функций ЛПЛС, действующих иа входе блока б, заменяется огранкча ным набором сочетаний (дар) . Сигнал, несущий информацию об индексе эталонной пары номеров эталонов функций ЛПЛС . поступает далее в выходной блок 7 согласования сигналов вокодера с каналом связи. В этот же блок поступает сигнал основного тона речи, формируемый выделители 9 ос.новного тона. На шине 8 передающей части блоком 7 образуются упорядоченные (во времени и частоте) сигналы вокодера в виде, пригодном для передачи по каналу связи. Вокодерные сигналы, прощедщие через Канал связи, по входной щине 13 приемной части поступают в входной блок 12 согласования приемной части вокодере с каналом связи. На выходах блока раздельно формируются сигнал, и&сущий информацию об индексах эталонных пар функций ЛПЛС, который поступает далее на вход блока 14 формнр«иаания пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пар номеров, н сигнал основного тона, поступакяаий да- лее по шине 19 в синтезатор 17. В блоке 14 формирования пар номеров эталонов функций ЛПЛС по индексам этих пар, поступающим на его вхоа, на блока 2О памяти пар этблонов функций извлекаются соответствующие пары номеров одиночных эталонов фук- ЛПЛС. Временная последовательность этих номеров поступает далее на вход блока 15 формирования функций ЛПЛС, где по номерйм одиночных эталонов из блоха 21 памяти эталонов ункций извлекаются соответствующие начения функций ЛПЛС. Сигнад несущий нформацию об этих функциях, поступает алее в блок 16 преобразования функций спектр. При использовании эл ентар-

78О29948

ных функций ЛПЛС блок 16 состоит изторого подключен блок памяти эталонов

линейного преобразователя интегрирующе-функций, блок преобразования функций

го типа и нелинейного преобразователя,в спектр, синтезатор, к одному входу

осуществляюшего потенцирование сигнала,которого через шину передачи основного

Вьщеляемая на выходе блока 16 спектраль-s тоНа подключен один выход входного

ная функция совместно с сигналом основного тона используется в синтеэато ре речи 17 для восстановления речевого сигна;1а, который затем поступает на выходную шину 18.

Для передачи 128 индексов необходимы 7 разрядов двоичного кода. Эту информацию предполагается передавать со скоростью 25 индексов в секунду (поскольку каждый индекс несет, информацию о паре одиночных эталонов функций ЛПЛС, это соответствует скорости передачи 5О одиночных эталонов этих функций в секунду) . Таким образом, скорость передачи фонетической информации (или требуемая пропускная способность канала связи) для предлагаемого вокодера составляет 7x25 175дв.ед/ С учетом информации о сигнале основного тона общий поток информации описыBaovioro вокодера составляет 20О250 дв. ед./с.

изобретения

Формула

Вокодер, состоящий из передающей части, сод жащей включение последовательно анализатор спектра, преоб - разователь спектра в функцию линейного предсказания логарифма cnejtTpa, блок измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстоянием, к другому входу которого подключен выход блока памяти эталонов функций и выделитель основного тона, включенный между входом анализатора спектра и одним входом выходного блока согласования, а также из приемно части, содержащей включенные последовательно блок формирования функций по номерам эталонов, к одному входу коблока согласования, отличающийся тем, что, с целью сокращения требуемой пропускной способности канала связи, необходимой для передачиречи с

заданным качеством, передающая часть Вокодера снабжена блоком форм1фования пар номеров эталонов функций и блоком памяти пар номеров эталонов функций, приемная часть вокодера с-набжена бло5 ком формирования пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пар номеров и блоком памяти пар номеров эталонов функций, причем один вход блока формирования пар номеров эталонов в

0 передающей части соединен с выходом

блока измерения расстояний в пространстве функций и выбора эталона с минимальным расстоянием, второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов

5 функций, выход - с другим входом выходного блока согласования, а один вход блока формирования пар номеров эталонов функций по принятым индексам этих пар Номеров в приемной части соединен с другим выходом входного блока согласования, второй вход - с выходом блока памяти пар номеров эталонов функций, выходс другим входом блока формирования функций по номерам эталонов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

i.G.9-Kan§-,D.c.Counter. eooBPS Voice DwH-titer.Conference Record, 1976, 0 3EE C ternatioiiat Conference on Acoustic, Speecti and SigfiiaE Processings, P1i iKadetptiia ,U5A,p.p. 9I-94.

2. Авторское свидетельство СССР по -заявке Ns 2514894/18-10, кл. 610 U 1/00, 1978 (прототип).