Способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов в цифровой системе радиосвязи



Способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов в цифровой системе радиосвязи
Способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов в цифровой системе радиосвязи
Способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов в цифровой системе радиосвязи

 


Владельцы патента RU 2573263:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт) имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано для построения систем радиосвязи. Технический результат - исключение увеличения информационной скорости цифрового канала радиосвязи. Способ помехоустойчивого преобразования речевых сигналов в цифровой системе радиосвязи путем изменения их в цифровой вид с помощью дельта-модуляции характеризуется тем, что цифровое значение ei очередного i-го отсчета речи определяется разностью между отсчетом входного сигнала xi и формируемой аппроксимацией этого отсчета yi, выраженной заданной зависимостью, и последующим избыточным кодированием цифровой информации помехоустойчивым циклическим или сверточным кодом, при этом для повышения помехоустойчивости цифрового сигнала используется последовательность сверточного кода, осуществляют кодирование одновременно пары отсчетов xi,1 и xi,2 , что позволяет сохранить информационную скорость канала связи, равную скорости аналого-цифрового преобразования речевого сигнала. 3 ил.

 

Изобретение «Способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов» относится к области электросвязи, а именно к способам преобразования речевых сигналов в цифровой вид и может быть использовано для построения алгоритмов передачи речевых сигналов по цифровым каналам радиосвязи с большим количеством ошибок.

Известны способы передачи речевых сигналов по цифровым каналам связи низкого качества, основанные на последовательных операциях представления речевого сигнала в цифровой вид с последующим кодированием его помехоустойчивым кодом. Причем эти операции осуществляются в независимых устройствах, как показано на Фиг. 1.

Известные способы аналого-цифрового кодирования речевых сигналов в цифровой вид с использованием дельта-модуляции описаны, например, в [1, 2]. Аналого-цифровое преобразование заключается в том, что цифровое значение ei очередного i-го отсчета речи определяется разностью между отсчетом входного сигнала xi и формируемой аппроксимацией этого отсчета yi, выраженное зависимостью:

где Δi - шаг квантования.

При этом для кодирования одного отсчета речи требуется 1 бит двоичного сигнала. Самостоятельное использование данного способа передачи речевого сигнала по цифровым каналам низкого качества нецелесообразно вследствие его недостаточной помехоустойчивости.

Для повышения помехоустойчивости используется избыточное кодирование цифровой информации помехоустойчивым циклическим или сверточным кодом, заключающееся в том, что в сообщение добавляется k проверочных символов, позволяющих обнаружить и (или) исправить возникающие в декодере из-за канала связи ошибки в информации. Известные способы помехоустойчивого кодирования с использованием циклических и сверточных кодов описаны, например, в [3, 4]. Число проверочных символов k может быть равно или даже больше объема информационного сигнала, что приводит к увеличению информационной скорости цифрового канала в два и более раз.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ передачи голосовых данных в цифровой системе радиосвязи, заключающийся в аналогово-цифровом преобразовании речевого сигнала с использованием гибридного вокодера с последующим формированием пакета голосовых данных. Для обнаружения ошибок на приеме к данному пакету добавляется циклическая контрольная сумма CRC, а последующее кодирование дополненной циклической контрольной суммой информационной последовательности каждого пакета осуществляется сверточным рекурсивным кодом со скоростью R=1/2. На приеме декодирование принятой последовательности осуществляется стандартным алгоритмом Витерби с последующим восстановлением информационной последовательности из промежуточной кодовой последовательности путем проверки циклической контрольной суммы [5].

Недостатком указанного способа является увеличение информационной скорости цифрового канала связи в два и более раз вследствие одновременного использования циклического и сверточного кодирования, что не позволяет его реализацию в низкоскоростных каналах военной радиосвязи.

Технический результат направлен на построение способа преобразования речевого сигнала в цифровой вид, обеспечивающего заданные требования к качеству связи и помехоустойчивости, а также исключающий увеличение информационной скорости цифрового канала радиосвязи.

Технический результат достигается тем, что преобразование речевых сигналов в цифровой вид осуществляется с помощью дельта-модуляции, заключающееся в том, что цифровое значение ei очередного i-го отсчета речи определяется разностью между отсчетом входного сигнала xi и формируемой аппроксимацией этого отсчета yi, выраженной зависимостью:

и последующим избыточным кодированием цифровой информации помехоустойчивым циклическим или сверточным кодом, при этом для повышения помехоустойчивости цифрового сигнала используется последовательность сверточного кода, кодирование одновременно пары отсчетов xi,1 и xi,2 позволяет сохранить информационную скорость канала связи, равную скорости аналого-цифрового преобразования речевого сигнала.

Способ помехоустойчивого кодирования речевого сигнала в цифровой системе радиосвязи заключается в следующем.

Сверточный кодер (Фиг. 2) со скоростью R=1/2 имеет решетчатую диаграмму состояний.

В общем случае узлы S j , j = 0, N 1 ¯ решетчатой диаграммы отождествляются с состояниями кодера, число которых равно N=2ν. Параметр ν характеризует память кодера и называется длиной кодового ограничения. Каждое ребро диаграммы указывает возможные переходы кодера в следующее i-ое состояние, при этом формируются выходные последовательности ei,1, ei,2 кодера. Решетчатая диаграмма дает наглядное представление о всех возможных путях, по которым может двигаться кодер при кодировании и декодер при декодировании. Данный код и построение его решетчатой диаграммы состояний описаны [6]. Сверточные коды обладают хорошими корректирующими свойствами, позволяющими исправлять ошибки канала связи [3].

При кодировании речевого сигнала на вход кодера поступает вектор речевого сигнала вида:

состоящий из 2L двоичных отсчетов речевого сигнала. Текущая i-ая пара отсчетов состоит из нечетного xi,1 и четного отсчета xi,2. Одновременно для последующей передачи в канал связи будет обрабатываться текущая пара отсчетов речевого сигнала.

Начиная с глубины L кодер имеет ровно 2L состояний. По данной решетке можно перечислить все 2L возможных векторов помехоустойчивых кодограмм длины 2L вида:

где пара значений {ei,1, ei,2} характеризует раскраску соответствующего ребра решетки.

Соответствующие векторы аппроксимаций Y j ,    j = 1,2 L ¯ могут быть получены на основании возможных векторов кодограмм E j . При использовании для аналого-цифрового преобразования дельта-модуляции каждый вектор аппроксимаций будет иметь вид:

где каждая пара отсчетов {yi,1, yi,2} формируется по правилу:

Перекодировка символов {ei,1, ei,2} по правилу:

не меняет информационной сути последовательности.

Таким образом, в соответствии с (4) будет сформировано 2L векторов аппроксимации Y j , которые с различной степенью точности аппроксимируют последовательность речевого сигнала.

С учетом задержки кодирования Lкод, где Lкод>L, отыщем среди 2L векторов аппроксимаций Y j наиболее близкий по среднеквадратической мере близости к кодируемому вектору речевого сигнал X i :

Учитывая принцип работы Витерби подобных алгоритмов, обеспечивающих задержку кодирования на Lкод тактов, в качестве решения на i+Lкод-ом такте работы алгоритма примем пару {yi,1, yi,2} выбранного вектора Y m . На вход дискретного канала связи будет передана соответствующая выбранной паре (yi,1, yi,2} пара двоичных значений {ei,1, ei,2} помехоустойчивой кодограммы E m . Тем самым это позволяет сохранить информационную скорость канала связи, равную скорости аналого-цифрового преобразования речевого сигнала.

Таким образом, последовательно с выхода помехоустойчивого сверточного кодера на вход дискретного канала связи поступает выбранная последовательность помехоустойчивой кодограммы или, иначе говоря, карта пути вида:

Учитывая влияние ошибок канала связи, на вход совместного декодера, реализованного по стандартному алгоритму Витерби, поступает последовательность двоичных символов вида:

Декодер Витерби сравнивает принятую последовательность с разрешенными последовательностями по кодовой решетке и в соответствии с задержкой декодирования выдает последовательность декодированных символов {ei,1, ei,2}. Если число ошибок не превышает исправляющей способности используемого сверточного кода, то ошибки будут исправлены и декодированная последовательность будет в точности соответствовать переданной (6).

Уверенно декодированные символы кодограммы {ei,1, ei,2} в соответствии с преобразованием:

отображаются в вектор аппроксимации речевого сигнала Y m .

По сравнению с известным, предлагаемый способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов для цифровых каналов радиосвязи низкого качества хорошо адаптирован для сетей военной радиосвязи (16 кбит/с) и позволяет обеспечить энергетический выигрыш сигнал-шум до 5 дБ (Фиг. 3).

Применение данного способа позволяет осуществлять преобразование речевых сигналов в цифровой вид, повышая помехоустойчивость цифрового сигнала, при этом информационная скорость канала связи остается неизменной.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». Заявленный способ поясняется рисунками.

Список использованных источников

1. Венедиктов М.Д. и др. Дельта-модуляция. Теория и применение. [Текст] - М.: Связь, 1976. - 272 с.

2. Стил Р. Принципы дельта-модуляции. [Текст] - М.: Связь, 1979. - 367 с.

3. Шварцман В.О., Емельянов Г.А. Теория передачи дискретной информации. [Текст] - М.: Связь, 1979. - 424 с.

4. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. [Текст] - М.: Мир, 1986. - 576 с.

5. Патент Российской Федерации №3201492 С2, 20.06.2007.

6. Витерби А.Д., Омура Дж.К. Принципы цифровой связи и кодирования. [Текст] - М.: Радио и связь, 1982. - 536 с.

Способ помехоустойчивого кодирования речевых сигналов в цифровой системе радиосвязи путем преобразования их в цифровой вид с помощью дельта-модуляции, заключающийся в том, что цифровое значение ei очередного i-го отсчета речи определяется разностью между отсчетом входного сигнала xi и формируемой аппроксимацией этого отсчета yi, выраженной зависимостью:

и последующим избыточным кодированием цифровой информации помехоустойчивым циклическим или сверточным кодом, отличающийся использованием последовательности сверточного кода для повышения помехоустойчивости цифрового сигнала, кодированием одновременно пары отсчетов xi,1 и xi,2, позволяющим сохранить информационную скорость канала связи, равную скорости аналого-цифрового преобразования речевого сигнала.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области помехоустойчивого кодирования, в частности к применению скрученного полярного кода в кодировании и декодировании данных. Техническим результатом является повышение быстродействия кодирования/декодирования за счет снижения числа осуществляемых итераций.

Изобретение относится к системе связи на основе технологии "с множеством входов и множеством выходов" (MIMO), в которой используют первую кодовую книгу и вторую кодовую книгу.

Изобретение относится к системе беспроводной связи, содержащей базовую станцию и терминал, которые используют сгенерированную кодовую книгу. Технический результат - повышение точности обратной связи для многоэлементной антенной решетки.

Изобретение относится к технологиям кодирования видеоизображений. Техническим результатом является обеспечение сжатия входных данных без потерь.

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи, призванных функционировать в условиях возросшего спроса на выделение полос частот.
Изобретение относится к области кодирования и передачи данных и может быть использовано в автоматизированных системах подготовки и пуска ракет космического назначения.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в обеспечении повышенной способности к коррекции ошибок.

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано при передаче цифровых радиосигналов с перемежением символов в условиях воздействия замираний амплитуды сигнала.

Изобретение относится к способу кодирования в системе беспроводной мобильной связи. Более конкретно, настоящие изобретение относится к способу сверточного турбокодирования (СТС) и устройству для реализации способа.

Изобретение относится к способам кодирования, декодирования и преобразования кода для обнаружения и исправления ошибок. Изобретение может использоваться для улучшения помехозащищенности передаваемых сигналов.

Изобретение относится к системам передачи дискретной информации и может быть использовано в системах помехоустойчивой защиты информации. .

Изобретение относится к системам приема/передачи сигнала. .

Изобретение относится к технике передачи данных и может использоваться в системах с решающей обратной связью для приема информации, закодированной циклическим кодом, допускающим мажоритарную процедуру декодирования.

Изобретение относится к области связи и может быть использовано в устройствах передачи дискретной информации в линиях связи с помехами. .

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в системах передачи данных, системах телеизмерения, телеуправления, в радиопередающей аппаратуре малых космических аппаратов и телеметрии дальнего космоса.

Изобретение относится к области техники связи, в частности к системам передачи данных для декодирования циклических помехоустойчивых кодов без предварительного фазирования.

Изобретение относится к области техники связи, в частности к системам передачи данных, а также к системам телеизмерений и телеуправления. .

Изобретение относится к области техники связи, в частности к системам телеизмерения и телеуправления для передачи информации без предварительного фазирования. .

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в системах передачи данных, системах телеизмерения и телеуправления. .

Изобретение относится к кодеру/декодеру в системе радиосвязи, более конкретно к устройству для кодирования/декодирования линейных блочных кодов посредством анализа последовательных каскадных кодов.

Группа изобретений относится к области техники связи, в частности к системам передачи информации, в которых для ее защиты от искажений в канале связи применяются циклические коды. Техническим результатом является многократное повышение быстродействия декодирования циклического кода. Устройство содержит блок вычисления синдрома и вектора-указателя, блок формирования вектора коррекции, блок формирования начальных элементов векторов ошибок, блок вычисления текущего синдрома и текущего вектора-указателя, блок завершения формирования вектора коррекции, блок формирования элементов продолжения векторов ошибок, блок коррекции, блок выделения систематической части кодового слова, оперативное запоминающее устройство. 2 н. и 2 з.п. ф-лы., 1 ил.
Наверх