Вокодер с двумерной фильтрацией

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социапистимеских

Респубпнк

К АВТОРСКОМУ СВИдеоТИДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02. 09.7 6 (21) 2408048 (1809 с присоединением заявки №вЂ” (23) Ппиоритет Зпубликовано 25.02.79Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 28. 02.79 (51) М. Кл.

Н 04 У 3/18

С 10 L 1/00

Государственный наинтет

СССР но делам нзооретеннй н открытнй (53) У ДК 62 1. 3 95. . 664 (088. 8) (72) Автор изобретения

Трофимов (71) Заявитель (54) БОКОДЕР С ДВУМЕРНОЙ ФИЛЬТРАШ1ЕЙ

Изобретение относится к технике связи.

Известен вокодер с дв1 мерной фильтрацией, содержагций на передающей стороне последовательно соединенныс анализатор спектра и выделитель основного тона, анализирующий двумерный фильтр и блок синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора и аналого-цифрового преобразователя, а на приемной стороне — цифроаналоговый преобразователь, синтезирующий двумерный фильтр, первый коммутатор, последовательно соединенные генератор речевого спектра и синтезатор, а также блок синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора, синтеза- 15 тора и цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации (1).

Однако для такого вокодера характерна большая скорость передаваемой информации.

Цель изобретения — сокращение скорости передаваемой информации.

Для этого в предложенном вокодере с двумерной фильтрацией, содержащий на передающей стороне последовательно соединенные анализатор спектра и выделитель основного тона, анализирующий двумерный фильтр и блок синхронизации, выхо:ы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора и аналого-цифрового преобразователя. а на приемной стороне— цифроаналоговый преобразователь, синтезирующий. двумерный фильтр, первый коммутатор, последовательно соединенные генератор речевого спектра и синтезатор, а также блок синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора, синтезатора и цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации, на передающей стороне введены последовательно соединенные ключ и второй коммугатор. Другие выходы анализатора спектра через последовательно соединенные первый коммутатор и анализирующий двумерный фильтр подключены к одному входу ключа, выход выделителя основного тона подключен к другому входу второго коммутатора, при этом остальные выходы блока синхронизации подключены к управляющим входам анализирующего двумерного фильтра, ключа и второго коммутатора. На приемной

649146

55

3 стороне введены последовательно соединенные второй коммутатор и ключ, при этом выход цифроаналогового преобразователя подключен к входу второго коммутатора, другой выход которого подключен к входу генератора речевого спектра, а выход ключа через последовательно соединенные синтезирующий двумерный фильтр и первый коммутатор подключен к другим входам синтезатора. Остальные выходы блока синхрони зации подключены к управляющим входам второго коммутатора, ключа и синтезирующего двумерного фильтра. Анализирующий двумерный фильтр и синтезирующий двумерный фильтр могут быть выполнены в виде дискретно-аналоговой линии задержки, выходы которой через весовые резисторы подключены к входам сумматора. Первые и вторые входы дискретно-аналоговой линии задержки являются соответствующими входами анализирующего и синтезирующего двумерных фильтров, а выходы сумматоров— соответственно выходами этих фильтров.

На фиг. 1 показана структурная схема предложенного вокодера; на фиг. 2 — временные диаграммы передающей стороны вокодера; на фиг. 3 — временные диаграммы приемной стороны вокодера.

Вокодер с двумерной фильтрацией содержит на передающей стороне 1 последовательно соединенные анализатор 2 спектра и выделитель 3 основного тона, анализирующий двумерный фильтр 4, блок синхронизации 5, выходы которого подключены к управляющим входам первого коммутатора 6 и аналого-цифрового преобразователя 7, и последовательно соединенные ключ 8 и второй коммутатор 9. Другие выходы анализатора 2 спектра через последовательно соединенные первый коммутатор 6 и анализирующий двумерный фильтр 4 подключены к одному входу ключа 8, выход выделителя 3 основного тона подключен к другому входу второго коммутатора 9, остальные выходы блока синхронизации 5 — к управляющим входам анализирующего двумерного фильтра 4, ключа 8 и второго коммутатора

9. На приемной стороне 10 находятся цифроаналоговый преобразователь 11, синтезирующий двумерный фильтр 12, первый коммутатор 13, последовательно соединенные генератор 14 речевого спектра и синтезатор

15, а также блок синхронизации 16, выходы которого подключены к управляющим входаМ первого коммутатора 13, синтезатора

15 и цифроаналогового преобразователя 11, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации 16, и последовательно соединенные второй коммутатор 17 и ключ 18.

Выход цифроаналогового преобразователя

11 подключен к входу второго коммутатора

17, другой выход которого подключен к входу генератора 14 речевого спектра, а выход ключа 18 через последовательно соединен4 ные синтезирующий двумерный фильтр 12 и первый коммутатор 13 подключен к другим входам синтезатора 15. Остальные выходы блока синхронизации 16 подключены к управляющим входам второго коммутатора 17, ключа 18 и синтезирующего двумерного фильтра 12.

Анализирующий двумерный фильтр 4 выполнен в виде дискретно-аналоговой линии задержки 19, выходы которой через весовые резисторы 20 подключены к входам сумматора 21, а синтезирующий двумерный фильтр

12 выполнен в виде дискретно-аналоговой линии задержки 22, выходы которой через весовые резисторы 23 подключены к входам сумматора 24. Первые и вторые входы дискретно-аналоговых линий задержки 19 и 22 являются соответствующими входами анализирующего и синтезирующего двумерных фильтров 4 и 12, а выходы сумматоров 21 и 24 — соответственно выходами этих фильтров.

Вокодер работает следующим образом.

Анализируемый речевой сигнал преобразуется анализатором 2 спектра в набор спектральных сигнал-параметров F (х1,t), которые могут рассматриваться как сечения двумерной функции — огибающей модуля мгновенного спектра речи F (x,t), плоскостями, проходящими параллельно оси времени через центральные частоты х1 полосовых фильтров анализатора 2. Одновременно выделитель 3 основного тона формирует сигналпараметр голосового возбуждения, несущий сведения о высоте голоса говорящего и характере возбуждения (тональной или шумовой) . Скорость передачи выделенных спектральных сигнал-параметров уменьшается, если при их уплотнении во времени использовать перемежающуюся развертку, т. е. сначала в порядке возрастания номеров передавать все нечетные сигналы, а затем — четные, сформировав должным образом спектральные границы двумерной функции F(x, t).

Требуемое формирование границ осуществляется анализирующим двумерным фильтром 4. Для этого нечетное число спектральных сигнал-параметров с выхода анализатора 2 поступает на коммутатор 6, который производит их последовательную развертку во времени с частотой опроса, соответствующей тактовой частоте f> работы вокодера без двумерной фильтрации. Для последующего доуплотнения спектральных сигналовпараметров сигнал-параметром основного тона, а также для исключения возникающих в процессе двумерной фильтрации краевых искажений в каждом цикле работы коммутатора 6 предусмотрено некоторое четное число холостых тактов.

Импульсная реакция Ci«(х,t) анализирующего двумерного фильтра 4 представляет собой четыре дельта-функции, смещенные по осям х и t симметрично относительно нача649146 ла координат на интервалы дискретизации

Х и Т двумерной функции F (х,t) и равна (3ан (х,t) = — — (б (x + Х) + 6 (х — Х) )6 (t+

+ > (6(t+ Т) +4(t — Т))6(х)

Двумерная функция F (х,t), развернутая во времени с периодом Т (с учетом введения холостых тактов), поступает в виде модулированной по амплитуде импульсной по- 1 следовательности (фиг. 2в) на вход дискретно-аналоговой линии задержки 19. Под действием продвигаюших импульсов частотой повторения (т, вырабатываемых блоком синхронизации 5. эта последовательность смешается вдоль дискретно-аналоговой линии 15 задержки 19.

Отводы дискретно-аналоговой линии задержки 19 выбирают таким образом, чтобы удовлетворить соотношение для бд„(x,t).

Если длительность такта работы коммутато 20 ра 6 и дискретно-аналоговой линии задержки 19 равна t, отводы дискретно-аналоговой линии задержки 19 располагаются через интервалы времени (Т вЂ” r) — 2г — (Т вЂ” х), а общая задержка составляет 2Т. Суммирование 25 задержанных в дискретно-аналоговой линии задержки 19 импульсов производится через весовые резисторы 20 посредством сумматора 21.

В результате такой обработки формируется новая последовательность импульсов (фиг. 2в) на выходе анализирующего двумерного фильтра 4,,представляюшая собой развернутую во времени сглаженную двумерную функцию. Возникаюшие за счет фильтрации дополнительные импульсы на краяхкаждой группы спектральных сигнал-параметров благодаря введению холостых тактов не приводят к каким-либо искажениям и легко. устраняются. Эффект перемежающейся дискретизации достигается исключением каждого второго импульса из модулированной по амплитуде импульсной последовательности (фиг. 2б), что одновременно приводит к двукратному увеличению цикла опроса спектральных сигнал-параметров до 2Т (фиг. 2в). Для этого используют ключ 8, управляемый блоком синхронизации 5 с частотсй переключения, вдвое меньшей тактовой частоты f< работы коммутатора 6. Сформиро ванную таким образом импульсную последовательность со скважностью Q = 1 (фиг. 2в) можно рассматривать как результат перемножаюшейся дискретизации двумерной функции F (х, t) периодом 2Т. Дополнительные импульсы, возникающие в результате краевых искажений в процессе двумерной фильтрации и сохранившиеся на выходе клю ча 8 (на фиг. 2в показаны пунктиром), устраняются в коммутаторе 9 путем стробирования тех интервалов, в которые замешиваются импульсы основного тона. Очищенная таким об3О

55 разом импульсная последовательность с восстановленной единичной скважностью показана на фиг. 2г. Окончательно сформированная последовательность импульсов с вписанными в нее импульсами основного тона (фиг. 2д) с выхода коммутатора 9 поступает на аналого-цифровой преобразователь 7 и далее в виде цифровой двоичной последовательности — в канал связи.

На приемной стороне 10 цифровая двоичная последовательность поступает на блок синхронизации 16 и цифроаналоговый преобразователь 11. Модулированная по амплитуде импульсная последовательность с единичной скважностью (фиг. За) с выхода цифроаналогового преобразователя 11 подается на коммутатор 17, где разветвляется на два потока: импульсы основного тона (на фиг. За, помечены штрихами) поступают на генератор 14 речевого спектра для управления его частотой, а остальная часть — на ключ 18; формирующий новую импульсную последовательность с увеличенной скважностью, например (,) = 2 (фиг. Зб). Синхронная работа коммутатора 17 и ключа 18 обеспечивается с помошью блока синхронизации

16. С выхода ключа 18 импульсная последовательность поступает на синтезирующий двумерный фильтр 12, который, заполняя пустые места в этой последовательности, восстанавливает исходную тактовую частоту f и период дискретизации Т (фиг. 3).

Импульсная реакции Gc«(x,t) синтезирующего дв мерного фильтра 12 равна:

Осин (х,t) = — 6 (х)6 (t) + — (6 (х + Х ) +

+ 6 (x — T))6(t) + (6(t+ Т) +

+ д (t — Т))6 (х).

В процессе свертки фильтруемой двумерной функции в ответ на каждый входной импульс двумерной функции формируется серия из пяти импульсов С весовыми коэффициентами, определяемыми выражением для (снн (x,t) .

На приемной стороне 10 двумерная фильт рация осуществляется так же, как и на передающей стороне 1, по отношению к развернутому во времени одномерному сигналу. С этой целью модулированная по амплитуде импульсная последовательность с выхода ключа 18 поступает на дискретно-аналоговую линию задержки 22. Под действием продвигающих импульсов частотой следования вырабатываемых блоком синхронизации

16, эта последовательность смещается вдоль дискретно-аналоговой линии задержки 22. Отводы этой линии выбирают в соответствии с выражением для G*cts„„(x,t) через интервалы времени (T — z — т — к — (T — t), а обшая задержка составляет 2Т. Задержанные в дискретно-аналоговой линии задержки 22 импульсы суммируются через весовые резисторы 23 посредством сум матора 24.

В результате такой обработки на выходе синтезирующего двумерного фильтра 12 фор649146 мируется новая последовательность импульсов с заполненными промежутками (фиг. Зв), При этом восстанавливаются исходная тактовая частота 1т и период дискретизации Т, т. е. образуется импульсная последователь- 5 ность. близкая к той, которая подводилась к входу анализирующего двумерного фильтра 4 на передающей стороне 1 (фиг. 2a)

Возникающие за счет фильтрации дополнительные импульсы на краях восстановленной группы спектральных сигнал-параметров (на фиг Зв, помечены штрихами) устраняются благодаря наличию в коммутаторе 13 холостых тактов, соответствующих интервалам следования импульсов основного тона.

С выхода синтезируюшего двумерного 15 фильтра 12 модулированная по амплитуде импульсная последовательность поступает на коммутатор 13, с выхода которого сигнал поступает на вход синтезатора 15, возбуждаемого по другому входу сигналом от генератора 14 речевого спектра и на выходе вокодера воспроизводится синтезированный речевой сигнал.

Таким образом, в предложенном вокодере обеспечивается двукратное сокрашение скорости передаваемой информации. 25

Формула изобретения

Вокодер с двумерной фильтрацией, содержащий на передающей стороне последовательно соединенные анализатор спектра и выделитель основного тока, анализируюший двумерный фильтр и блок синхронизации, выходы которого подключены к управляюШим входам первого коммутатора и а на- 35 лого-цифрового преобразователя, а на приемной стороне — цифроаналоговый преобразователь, синтезирующий двумерный фильтр, первый коммутатор, последовательно соединенные генератор речевого спектра и синтезатор, а также блок синхронизации 40 выходы которого подключены к управляюшим входам первого коммутатора, синтезатора и цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения скорости передаваемой информации, на передаюшей стороне введены последовательно соединенные ключ и второй коммутатор, при этом другие выходы анализатора спектра через последовательно соединенные первый коммутатор и анализируюШий двумерный фильтр подключены к одному входу ключа, выход выделителя основного тона подключен к другому входу второго коммутатора, при этом остальные выходы блока синхронизации подключены к управляющим входам анализируюшего двумерного фильтра, ключа и второго коммутатора, а на приемной стороне введены последовательно соединенные второй коммутатор и ключ, при этом выход цифроаналогового преобразователя подключен к вкоду второго коммутатора, другой выход которого подключен к входу генератора речевого спектра, а выход ключа через последовательно соединенные синтезируюший двумерный фильтр и первый коммутатор подключен к другим входам синтезатора, причем остальные выходы блока синхронизации подключены к управляющим входам второго коммутатора, ключа и синтезируюшего двумерного фильтра.

2. Вокодер по п. 1, отличающийся тем, что анализирующий двумерный фильтр и синтезирующий двумерный фильтр выполнены в виде дискретно-аналоговой л и нии задержки, выходы которой через весовые резисторы подключены к входам сумматора, при этом первые и вторые входы дискретноаналоговой линии задержки являются соответствуюшими входами анализируюшего и синтезируюшего двумерных фильтров, а выходы. сумматоров — соответственно выходами этих фильтров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пирогов А. А. Вокодерная телефония.

М., «Связь», 1974, с. 83 — 95.