DE600504T1 - Verfahren und Vorrichtung für Sprachkodierer auf der Basis von Analyse-durch-Synthesetechniken. - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für Sprachkodierer auf der Basis von Analyse-durch-Synthesetechniken.

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DE600504T1
DE600504T1 DE0600504T DE93119522T DE600504T1 DE 600504 T1 DE600504 T1 DE 600504T1 DE 0600504 T DE0600504 T DE 0600504T DE 93119522 T DE93119522 T DE 93119522T DE 600504 T1 DE600504 T1 DE 600504T1
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gain
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DE0600504T
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Luca Cellario
Daniele Sereno
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    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/04—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/08—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
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    • G—PHYSICS
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Claims (19)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Quantisieren der Erregungsamplitude in Sprachkodierern, die auf Analyse-durch-Synthese-Techniken basieren, wobei Abtastwerte des zu kodie
renden Sprachsignals in Rahmen organisiert sind, von denen jeder eine Mehrzahl von aneinanderstoßenden Teilrahmen umfaßt, für die jeweils ein Optimum-Erregungssignal durch Mindestwertbildung eines wahrnehmungsmäßig bedeutungsvollen Meßwerts der Verzerrung
bestimmt werden muß, wobei dieses Erregungssignal einen ersten Beitrag, der eine .Signalform wiedergibt, und einen zweiten Beitrag, der eine Signalamplitude wiedergibt, umfaßt und beide Beiträge in jeweiligen Gruppen gewählt werden, innerhalb derer jeder mögli
che Beitrag durch einen Innovationsindex i[s(j)] bzw. einen Verstärkungsindex i[g(j)] identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kodierens der Amplitudenbeitrag des Erregungssignals für jeden Teilrahmen unter Bestimmung eines entsprechenden Ver
stärkungsindex i(g) quantisiert wird; daß der in einem Rahmen durch den Verstärkungsindex i(g) genommene Maximumwert i(gmax) bestimmt wird; daß ein normalisierter Index i(gnor), der sich auf jeden Teilrahmen bezieht, als die Differenz zwischen dem
Maximumindex i(gmax) und dem Teilrahmen-Verstärkungsindex i(g) berechnet wird; daß der Maximumindex i(gmax) und die Gruppe der normalisierten Indexe i(gnor) kodiert und gesendet werden, um sich auf einen Rahmen beziehende Amplitudenbeiträge wiederzugeben; und daß beim Dekodieren der Verstärkungsindex i(g) jedes Teilrahmens rekonstruiert wird, und zwar ausgehend vom Maximumindex i(gmax) im Rahmen und vom normalisierten Index i(gnor), der sich auf dem Teilrahmen bezieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximumindex und alle normalisierten Indexe quantisierte Amplitudenwerte innerhalb einer selben Gruppe identifizieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, in dem der Maximumindex in einem Rahmen i(gmax) einen quantisierten Amplitudenwert identifiziert, der niedriger liegt als eine erste Schwelle,
der dieser ersten Schwelle zugeordnete Verstärkungsindex dazu verwendet wird, die normalisierten Indexe i(gnor) zu bestimmen, und anstelle des Maximumindexes kodiert und gesendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Form-Beiträge auch einen Null-Beitrag umfaßt und daß dann, wenn der normalisierte Index i(gnor) in einem Teilrahmen einen quantisierten Amplitudenwert identifiziert, der höher ist
als eine zweite Schwelle, die betreffende Information mit Hilfe des Innovationsindexes gesendet wird, der dem Null-Form-Beitrag entspricht, um so die Erregung für diesen Teilrahmen zum Schweigen zu bringen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dieser zweiten Schwelle zugeordnete Index als
3
normalisierter Index kodiert und gesendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssignal für einen Teilrahmen als eine Kombination von Erregungen
erhalten wird, die in getrennten Untergruppen gewählt werden, umfassend eine Haupt-Untergruppe und eine oder mehrere sekundäre Untergruppen; daß für die Haupt-Untergruppe der Amplitudenbeitrag durch Verwendung des Maximum-Indexes und der normalisierten
Indexe quantisiert wird; und daß für die oder für jede sekundäre Untergruppe der Amplituden-Beitrag nur mit Hilfe einer Gruppe differentieller Indexe quantisiert wird, nämlich eines je Teilrahmen, wobei jeder differentielle Index, der sich auf die oder eine der
sekundären Untergruppen bezieht, durch Subtrahieren des sich auf die vorliegende sekundäre Untergruppe beziehenden Verstärkungsindexes vom für den selben Teilrahmen für die vorhergehende sekundäre Untergruppe oder für die Haupt-Untergruppe, im Fall der ersten
sekundären Untergruppe oder einer einzigen sekundären Untergruppe, bestimmten Verstärkungsindex erhalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, daß ein differentieller Index höher ist als ein erster voreingestellter positiver Wert, der entsprechende Erregungs-Form-Beitrag auf "Schweigen" gesetzt wird, und im Fall, daß ein differentieller Index niedriger ist als ein zweiter voreingestellter
Wert, ihm ein Wert gegeben wird, der nicht niedriger ist als der zweite voreingestellte Wert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenbeitrag
nach einem logarithmischen Quantisierungsgesetz quantisiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung jedesmal dann auf "Schweigen" gesetzt wird, und zwar für wenigstens einen Rahmen, indem man für alle Teilrahmen den dem Null-Form-Beitrag entsprechenden Innovationsindex sendet, wenn die Charakteristiken des zu kodierenden Signals so sind, daß sie von einem Wahrnehmungsstandpunkt aus eine Signalreproduktion durch eine Schweigeperiode zweckmäßig machen.
10
10. Verfahren nach dem auf die Ansprüche 4 und 5 rückbezogenen Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten und der zweiten Schwelle entsprechende Werte als Indexe i(gmax) und i(gnor) gesendet werden.
11. Vorrichtung zum Quantisieren der Erregungsamplitude in Sprachkodierern, die auf Analyse-durch-Synthese-Techniken beruhen, bei der zu kodierende Abtastwerte des Sprachsignals in Rahmen unterteilt werden, von denen jeder eine Mehrzahl aneinanderstoßender Teilrahmen umfaßt, und für jeden der Teilrahmen ein Optimum-Erregungssignal durch Mindestwertbildung eines wahrnehmungsmäßig bedeutungsvollen Meßwerts der Verzerrung bestimmt wird, wobei das Erregungssignal einen ersten Beitrag, der die Signalform wiedergibt, und einen zweiten Beitrag, der die Signalamplitude wiedergibt, umfaßt und beide Beiträge in jeweiligen Gruppen gewählt werden, innerhalb derer jeder mögliche Beitrag durch einen Innovationsindex i[s(j)] bzw. einem Verstärkungsindex i[g(j)] identifiziert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung senderseits folgende Teile umfaßt:
eine Einrichtung (QU) zum Quantisieren von Amplitudenbeitrag-Werten, die durch eine Verzerrungsminimalisierungseinheit (EL) für
jeden möglichen Form-Beitrag bestimmt werden, wobei die Quantisierungseinrichtung (QU)
quantisierte Amplitudenwerte und diese wiedergebende Verstärkungsindexe liefert;
eine Vergleichs-Logikschaltung (CFR), die von der Quanti-sierungseinrichtung bei jedem Teilrahmen den Verstärkungsindex i(g) em
pfängt, der den Optimum-Amplitudenbeitrag für diesen Teilrahmen identifiziert, und der dazu aufgebaut ist, den Maximum-Index i(gmax) unter den empfangenen Verstärkungsindexen am Ende eines Rahmens zu erkennen und ihn an
Index-Kodiereinheiten (CD) zu liefern;
eine Einrichtung (Rl) zum vorübergehenden Speichern der auf einen Rahmen bezogenen Verstärkungsindexe i(g); und
- eine Einrichtung (S3) zum Berechnen einer
Gruppe normalisierter Indexe i(gnor), nämlich eines je Teilrahmen, die von der Vergleichs-Logikschaltung (CFR) den Maximum-Index und von der Speichereinrichtung (Rl) die gespeicherten Verstärkungsindexe empfängt und die
Gruppe normalisierter Indexe als die Differenz zwischen dem Maximum-Index i(gmax) und jedem der in der Speichereinrichtung gespeicherten Indexe i(g) berechnet, wobei die ' normalisierten Indexe an die Index-Kodier
einheiten (CD) geliefert werden;
und daß die Vorrichtung empfängerseitig eine Einrichtung (S2) zum Aufbau eines Verstärkungsindex i(g) für jeden Teilrahmen, ausgehend vom Minimum-Index und von den normalisierten Indexen, die in einer Dekodier
schaltung (DC) dekodiert wurden, und zum Liefern dieses Verstärkungsindex i(g) als Leseadresse an einen Speicher (VG), der die Gruppe quantisierter Amplitudenwerte enthält, umfaßt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierungsschaltung (QU) die Amplituden-
beitrag-Werte nach einem logarithmischen Maßstab quantisiert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs-Logikschaltung (CFR) zu
Beginn jedes Rahmens einen Anfangswert für den Maximum-Index i(gmax) speichert, der einen ersten Schwellenwert darstellt, welcher den zulässigen Mindestwert für den Maximum-Index i(gmax) wiedergibt.
10
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (S3) zum Berechnen der normalisierten Indexe diese an eine Vergleichseinrichtung (CM) liefert, die jeden normalisierten Index mit einem zweiten Schwellenwert vergleicht und ausgangs-
seitig bei jedem Vergleich entweder den normalisierten Index oder den zweiten Schwellenwert abgibt, je nachdem, welcher von beiden der höhere ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (CM) jedesmal dann, wenn ein normalisierter Index den zweiten Schwellenwert übersteigt, dieses Übersteigen auch an die Minimalisierungseinheit (EL) meldet, um den entsprechenden Form-Beitrag des Erregungssignals durch
Senden des einem Null-Form-Beitrag entsprechenden Innovationsindexes auf "Schweigen" zu setzten.
16. Verfahren der Sprachsignalkodierung durch Analysedurch-Synthese-Techniken, wobei Abtastwerte des zu kodierenden Sprachsignals in Rahmen organisiert sind, von denen jeder eine Mehrzahl von aneinanderstoßenden Teilrahmen umfaßt, für die jeweils ein Optimum-Erregungssignal durch Mindestwertbildung eines wahrnehmungsmäßig bedeutungsvollen Meßwerts der Verzer
rung bestimmt werden muß, wobei das Erregungssignal einen ersten Beitrag, der eine Signalform wiedergibt,
und einen zweiten Beitrag, der eine Signalamplitude wiedergibt, umfaßt, welche in jeweilige Gruppen gewählt sind, innerhalb derer jeder mögliche Beitrag durch einen Innovationsindex i[s(j)] bzw. ein Ver-Stärkungsindex i[g(j)3 identifiziert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Amplitudenbeitrag nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 quantisiert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verzerrungs-Mindestwertbildung in jedem Teilrahmen quantisierte Werte des Amplitudenbeitrags verwendet werden und daß bei jedem neuen Teilrahmen die Anfangsbedingungen eines Synthesefilters, der den Spracherzeugungsapparat simuliert, berechnet werden
durch Verwendung des quantisierten Werts des Amplitudenbeitrags des Erregungssignals des vorhergehenden Teilrahmens.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsbedingungen des Synthesefilters erneut nach der Bestimmung der normalisierten Indexe berechnet werden.
19. Sprachkodierer, der Analyse-durch-Synthese-Techniken anwendet, mit senderseits einem Filterungssystems (FSl), das den Spracherzeugungsapparat simuliert und mit einem Erregungssignals gespeist wird, das innerhalb einer Gruppe von Signalen so gewählt wird, daß ein wahrnehmungsmäßig bedeutungsvoller Meßwert der
Verzerrung minimalisiert wird, und das aus einem Form-Beitrag und einem Amplitudenbeitrag gebildet wird, und mit einer Einrichtung (EL, IT) zum Quantisieren dieser Beiträge, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (IT) zum Quantisieren des Amplituden
beitrags eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15 umfaßt.
DE0600504T 1992-12-04 1993-12-03 Verfahren und Vorrichtung für Sprachkodierer auf der Basis von Analyse-durch-Synthesetechniken. Pending DE600504T1 (de)

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