ES2259453T3 - Sistema de transmision de voz con velocidad de transferencia de bits variable. - Google Patents
Sistema de transmision de voz con velocidad de transferencia de bits variable.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN CODIFICADOR VOCAL (4) CON CAUDAL BINARIO VARIABLE DEL CUAL SE DERIVAN TRAMAS DE MUESTRA VOCAL DESDE UNA SEÑAL DE ENTRADA VOCAL POR UN DISPOSITIVO DE ENCUADRADO (20). SE DETERMINAN UNOS PARAMETROS DE ANALISIS DE CODIFICACION CON PREDICCION LINEAL (LPC), COMO POR EJEMPLO PARAMETROS LPC, MEDIANTE UN ORGANO ANALIZADOR (22), Y LUEGO SE DETERMINA UNA SEÑAL DE EXCITACION REPRESENTADA POR INDICES DE TABLAS DE CODIGO Y GANANCIAS DE TABLA DE CODIGO MEDIANTE UN DISPOSITIVO DE BUSQUEDA (36). SE TRANSMITEN ESTOS COEFICIENTES LPC Y ESTOS PARAMETROS DE EXCITACION A UN RECEPTOR (12) EN FORMA DE TRAMAS. PARA VARIAR EL CAUDAL BINARIO DEL CODIFICADOR VOCAL EN FUNCION DE UNA DEFINICION R DE CAUDAL BINARIO, EL CODIFICADOR VOCAL ESTA PROVISTO DE UN DISPOSITIVO REGULADOR (30) QUE DETERMINA LA PROPORCION DE TRAMAS TRANSMITIDAS AFECTADAS DE COEFICIENTES LPC, QUE VARIAN ENTRE 0,5 Y 1. SE DETERMINAN LOS COEFICIENTES LPC DE LAS TRAMAS RESTANTES POR INTERPOLACION A TRAVES DE UN DISPOSITIVO INTERPOLADOR (85) DEL RECEPTOR. SEGUN OTRO MODO DE REALIZACION, SON LOS COEFICIENTES LPC, QUE SE APARTAN MAS DE LOS VALORES INTERPOLADOS DE SUS ELEMENTOS PROXIMOS, LOS QUE SE TRANSMITEN AL RECEPTOR (12).
Description
Sistema de transmisión de voz con velocidad de
transferencia de bits variable.
La presente invención se refiere a un
codificador de voz que comprende medios de análisis para determinar
coeficientes de análisis a partir de una señal de voz de entrada, y
medios de generación para generar cuadros de datos que representan
la señal de voz de entrada.
La presente invención también se refiere a un
método de codificación de voz, un transmisor y un sistema de
transmisión.
Un sistema de transmisión que comprende un
codificador de voz de acuerdo con el preámbulo es conocido de la
Patente U.S. Nº 4,379,949.
Sistemas de transmisión como este son utilizados
en aplicaciones en las que se deben transmitir señales de voz a
través de un medio de transmisión con una capacidad de transmisión
limitada, o tienen que ser almacenadas en medios de almacenamiento
con una capacidad de almacenamiento limitada. Ejemplos de
aplicaciones como estas son la transmisión de señales de voz a
través de Internet, la transmisión de señales de voz desde un
teléfono móvil a una estación base y viceversa y el almacenamiento
de señales de voz en un CD-ROM, en una memoria de
estado sólido o en un disco duro.
En un codificador de voz, la señal de voz es
analizada mediante medios de análisis, que determinan una pluralidad
de coeficientes de análisis para un bloque de muestras de voz,
también conocido como cuadro. Un grupo de estos coeficientes de
análisis describe el espectro a corto plazo de la señal de voz. Otro
ejemplo de un coeficiente de análisis es un coeficiente que
representa la altura tonal de una señal de voz. Los coeficientes de
análisis son transmitidos a través del medio de transmisión hasta el
receptor, donde estos coeficientes de análisis se usan como
coeficientes para un filtro de síntesis.
Además de los parámetros de análisis, el
codificador de voz también determina un número de secuencias de
excitación (por ejemplo, 4) por cuadro de muestras de voz. El
intervalo de tiempo cubierto por dicha secuencia de excitación se
llama un sub-cuadro. El codificador de voz está
preparado para encontrar la señal de excitación que resulte en la
mejor calidad de voz cuando el filtro de síntesis, utilizando los
coeficientes de análisis arriba mencionados, es excitado con dichas
secuencias de excitación. Una representación de dichas secuencias de
excitación es transmitida a través del canal de transmisión al
receptor. En el receptor, las secuencias de excitación son
recuperadas de la señal recibida y aplicadas a una entrada del
filtro de síntesis. A la salida del filtro de síntesis se dispone de
una señal de voz
sintética.
sintética.
La velocidad de transferencia de bits requerida
para describir una señal de voz con una cierta calidad depende del
contenido de la voz. En caso de que los coeficientes de análisis
sean sustancialmente constantes a lo largo de un período de tiempo
prolongado, la velocidad de transferencia de bits necesaria para
transmitirlos se podría reducir. Esta posibilidad es utilizada en el
sistema de transmisión de acuerdo con la patente U.S. mencionada
arriba. Esta patente describe un sistema de transmisión con un
codificador de voz en el que los coeficientes de análisis no se
transmiten cada cuadro. Sólo se transmiten si la diferencia entre al
menos uno de los coeficientes de análisis reales en un cuadro y un
coeficiente de análisis correspondiente obtenido por interpolación
de los coeficientes de análisis a partir de cuadros vecinos supera
un valor umbral predeterminado. Esto resulta en una reducción de la
velocidad de transferencia de bits requerida para transmitir la
señal de voz. En el sistema de transmisión conocido, la velocidad de
transferencia de bits se puede establecer en valores arbitrarios
elevando o disminuyendo el valor umbral, lo que da como resultado un
aumento o disminución de la velocidad de transferencia de bits. Sin
embargo, la velocidad de transferencia de bits media todavía depende
fuertemente del contenido de la voz.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un sistema de transmisión de acuerdo con el preámbulo
en el que se pueda establecer la velocidad de transferencia de bits
en valores arbitrarios, siendo sustancialmente independiente del
contenido de la voz.
Por tanto, el codificador de voz de acuerdo con
la invención se caracteriza porque el codificador de voz comprende
medios de control para calcular, a partir de una configuración de la
velocidad de transferencia de bits, una fracción de los cuadros de
datos para transportar más información acerca de dichos coeficientes
de análisis que un número restante de los cuadros de datos y para
controlar la transmisión de la fracción de los cuadros de datos y el
número restante de los cuadros de datos. Al especificar una
configuración de la velocidad de transferencia de bits y controlar
la fracción real de los cuadros que transportan información acerca
de los coeficientes de análisis en respuesta a dicha configuración
de la velocidad de transferencia de bits, es posible obtener una
velocidad de transferencia de bits media sustancialmente
independiente del contenido de voz. Es incluso posible cambiar la
velocidad de transferencia de bits media durante el tiempo de
ejecución cambiando la configuración de la velocidad de
transferencia de bits.
La fracción real se puede controlar de
diferentes maneras. Un primer modo es utilizar un contador
módulo-M que se incrementa N pasos para cada cuadro.
Cada vez que el contador se desborda, los coeficientes de análisis
son incluidos en el cuadro. En consecuencia, la fracción de cuadros
que transportan coeficientes de análisis es N/M.
En la Patente U.S. Nº 5,414,796 se describe un
aparato y un método para la codificación de tasa variable de cuadros
de muestras de voz digitalizadas: primero, se determina el nivel de
actividad de voz para cada cuadro de muestras de voz digitalizadas.
Después, basándose en el nivel determinado, se selecciona una tasa
de paquetes de datos de salida de entre un conjunto de tasas. Cada
cuadro es entonces codificado de acuerdo a un formato de
codificación predeterminado para la tasa seleccionada.
Una realización de la invención se caracteriza
porque los medios de control comprenden medios de comparación para
comparar una medida de una velocidad de transferencia de bits real
con una medida de la configuración de la velocidad de transferencia
de bits, estando dispuestos los medios de control para aumentar la
fracción real de cuadros que transportan más información acerca de
dichos coeficientes de análisis que los cuadros restantes si la
medida para la velocidad de transferencia de bits real es menor que
la medida de la configuración de la velocidad de transferencia de
bits, y para disminuir la fracción real de cuadros que transportan
más información acerca de dichos coeficientes de análisis que los
cuadros restantes, si la medida de la velocidad de transferencia de
bits real es mayor que la medida de la configuración de la velocidad
de transferencia de bits. De acuerdo con esta realización, se
asegura siempre que la velocidad de transferencia de bits media de
la señal de voz codificada es sustancialmente igual que la
configuración de la velocidad de transferencia de bits.
Otra realización de la invención se caracteriza
porque los medios de control están dispuestos para indicar los
parámetros de análisis que tienen una medida de distancia a partir
de valores interpolados a partir de parámetros de análisis
transmitidos en cuadros cercanos que superan un valor umbral, para
disminuir el umbral si la medida de la velocidad de transferencia de
bits real es menor que la medida de la configuración de la velocidad
de transferencia de bits, y para elevar el umbral si la medida real
de la velocidad de transferencia de bits es mayor que la medida de
la configuración de la velocidad de transferencia de bits. En esta
realización se transmiten los parámetros de análisis que más
difieren de los valores interpolados. Al elevar el valor umbral, si
la velocidad de transferencia de bits real es mayor que la
configuración de la velocidad de transferencia de bits, y disminuir
el valor umbral en caso contrario, se obtiene que la velocidad de
transferencia de bits media es sustancialmente igual que la
configuración de la velocidad de transferencia de bits.
Otra realización de la invención se caracteriza
porque la fracción de cuadros que transportan más información acerca
de dichos coeficientes de análisis que el número restante de cuadros
es mayor o igual que 0,5 y es menor que 1. Los experimentos han
mostrado que las fracciones de referencia entre 0,5 y 1 dan como
resultado un rango de control suficiente sin una pérdida sustancial
de calidad de codificación.
Otra realización de la invención está
caracterizada porque el codificador de voz está dispuesto para
seleccionar, en respuesta a una configuración aproximada de la
velocidad de transferencia de bits, una longitud de cuadro de entre
una pluralidad de longitudes de cuadro y un número de
sub-cuadros de excitación por cuadro de entre una
pluralidad de números de sub-cuadros de excitación
por cuadro. Al seleccionar la longitud de cuadro y el número de
sub-cuadros de entre una pluralidad de posibles
valores en respuesta a la configuración de la velocidad de
transferencia de bits, es posible obtener una velocidad de
transferencia de bits continua variable con un rango de velocidad de
transferencia de bits sustancialmente aumentado.
Otra realización de la invención está
caracterizada porque la longitud de cuadro seleccionada es de 10 ms
y porque el número seleccionado de sub-cuadros de
excitación por cuadro es 4. Otra realización de la invención está
caracterizada porque la longitud de cuadro seleccionada es de 15 ms
y porque el número seleccionado de sub-cuadros de
excitación por cuadro es 6, 8 ó 10. Al utilizar los parámetros
mencionados arriba, se hace posible obtener un codificador de voz
que tiene una velocidad de transferencia de bits continua variable
que se puede hacer variar desde 13,6 kbit/s hasta 21,8 kbit/s.
La invención se explicará ahora haciendo
referencia a las Figuras de los dibujos. En el presente documento
muestran:
La Fig. 1, un sistema de transmisión en el que
se puede utilizar la invención;
La Fig. 2, una realización del codificador 4 de
voz de acuerdo con la invención;
La Fig. 3, una primera realización del
controlador 30 de velocidad de transferencia de bits, de acuerdo con
la Fig. 2;
La Fig. 4, una segunda realización del
controlador 30 de velocidad de transferencia de bits, de acuerdo con
la Fig. 2;
La Fig. 5 una realización del decodificador 18
de voz de la Fig. 1.
En el sistema de transmisión de acuerdo con la
Fig. 1, la señal de voz a codificar está aplicada a una entrada de
un codificador 4 de voz de un transmisor 2. Una primera salida del
codificador 2 de voz, que transporta una señal LPC de salida que
representa los coeficientes de análisis, está conectada a una
primera entrada de un multiplexor 6. Una segunda salida del
codificador 4 de voz, que transporta una señal F de salida, está
conectada a una segunda entrada de un multiplexor 6. La señal F
representa una marca que indica si la señal LPC tiene que ser
transmitida o no. Una tercera salida del codificador 4 de voz, que
transporta una señal EX, está conectada a una tercera entrada del
multiplexor 6. La señal EX representa una señal de excitación para
el filtro de síntesis en un decodificador de voz. Una señal R de
control de velocidad de transferencia de bits está aplicada a una
segunda entrada del codificador 4 de voz.
Una salida del multiplexor 6 está conectada a
una entrada del medio 8 de transmisión. Una salida del medio 8 de
transmisión está conectada a un receptor 12 a través de un medio 10
de transmisión.
En el receptor 12, la salida del medio 10 de
transmisión está conectada a una entrada del medio 14 de receptor.
Una salida del medio 14 de receptor está conectada a una entrada de
un demultiplexor 16. Una primera salida del demultiplexor 16, que
transporta la señal LPC, está conectada a una primera entrada del
medio 18 de decodificación de voz y una segunda salida del
demultiplexor 16, que transporta la señal EX, está conectada a una
segunda entrada del medio 18 de decodificación de voz. En la salida
del medio 18 de decodificación de voz está disponible la señal de
voz reconstruida. La combinación del demultiplexor 16 y el medio 18
de decodificación de voz constituye el decodificador de voz de
acuerdo con el concepto de la presente invención.
El funcionamiento del sistema de transmisión de
acuerdo con la invención se explica suponiendo que se utiliza un
codificador de voz del tipo CELP, pero debe observar que el alcance
de la presente invención no se limita al mismo.
El codificador 4 de voz está dispuesto para
obtener una señal de voz codificada a partir de cuadros de muestras
de una señal de voz. El codificador de voz calcula coeficientes de
análisis que representan, por ejemplo, el espectro a corto plazo de
la señal de voz a partir de los cuadros de muestras de señales de
voz. En general se utilizan coeficientes LPC o una representación
transformada de los mismos. Representaciones útiles son Relaciones
de Área de Log (LARs), arcosenos de coeficientes de reflexión o
Frecuencias de Espectro de Línea (LSFs), también llamadas Pares de
Espectro de Línea (LSPs). La representación de los coeficientes de
análisis está disponible como la señal LPC en la primera salida del
codificador 4 de voz.
En el codificador 4 de voz la señal de
excitación es igual a una suma de señales de salida ponderadas de
uno o más libros de codificación fijos y un libro de codificación
adaptativo. Las señales de salida del libro de codificación fijo se
indican por medio de un índice de libro de codificación fijo, y el
factor de ponderación para el libro de codificación fijo se indica
mediante una ganancia de libro de codificación fijo. Las señales de
salida del libro de codificación adaptativo se indican mediante un
índice de libro de codificación adaptativo, y el factor de
ponderación para el libro de codificación adaptativo se indica
mediante una ganancia de libro de codificación adaptativo.
Los índices y ganancias de libro de codificación
se determinan mediante un análisis por el método de síntesis, es
decir, los índices y ganancias de libro de codificación son
determinados de forma que una diferencia de medida entre la señal de
voz original y una señal de voz sintetizada con base en los
coeficientes de excitación y los coeficientes de análisis tenga un
valor mínimo. La señal F indica si los parámetros de análisis
correspondientes al cuadro actual de muestras de señal de voz son
transmitidos o no. Estos coeficientes pueden ser transmitidos en el
cuadro de datos actual o en un cuadro de datos anterior.
El multiplexor 6 ensambla cuadros de datos con
una cabecera y los datos que representan la señal de voz. La
cabecera comprende un primer indicador (la marca F) que indica si el
cuadro de datos actual es un cuadro de datos incompleto o no. La
cabecera opcionalmente comprende un segundo indicador que indica si
el cuadro de datos actual transporta parámetros de análisis. El
cuadro también comprende los parámetros de excitación para una
pluralidad de sub-cuadros. El número de
sub-cuadros es dependiente de la velocidad de
transferencia de bits elegida por la señal R en la entrada de
control del codificador 4 de voz. El número de
sub-cuadros por cuadro y la longitud de cuadro
también se pueden codificar en la cabecera del cuadro, pero es
también posible que el número de sub-cuadros por
cuadro y la longitud de cuadro se acuerden durante la configuración
de la conexión. En la salida del multiplexor 6, están disponibles
los cuadros completados que representan la señal de voz.
En el medio 8 de transmisión, los cuadros en la
salida del multiplexor 6 se transforman en una señal que se puede
transmitir a través del medio 10 de transmisión. Las operaciones
efectuadas en el medio de transmisión implican la modulación,
intercalación y codificación de corrección de error.
El receptor 12 está preparado para recibir la
señal transmitida por el transmisor 2 desde el medio 10 de
transmisión. El medio 14 de receptor está preparado para la
demodulación, de-intercalación y decodificación de
corrección de error. El demultiplexor extrae las señales LPC, F y EX
de la señal de salida del medio 14 de receptor. Si es necesario, el
demultiplexor 16 lleva a cabo una interpolación entre dos grupos de
conjuntos de coeficientes recibidos subsecuentemente. Se
proporcionan al medio 18 de decodificación de voz los conjuntos
completos de coeficientes LPC y EX. En la salida del medio 18 de
decodificación de voz está disponible la señal de voz
reconstruida.
En el codificador de voz de acuerdo con la Fig.
2, la señal de entrada está aplicada a una entrada del medio 20 de
cuadro. Una salida del medio 20 de cuadro, que transporta una señal
S_{k+1} de salida, está conectada a una entrada del medio de
análisis, que es aquí un analizador 22 predictivo lineal, y a una
entrada de un elemento 28 de retardo. La salida del analizador 22
predictivo lineal, que transporta una señal \alpha_{k+1}, está
conectada a una entrada de un cuantificador 24. Una primera salida
del cuantificador 24, que transporta una señal C_{k+1} de salida,
está conectada a una entrada de un elemento 26 de retardo, y a una
primera salida del codificador 6 de voz. Una salida del elemento 26
de retardo, que transporta una señal C_{k} de salida, está
conectada a una segunda salida del codificador de voz.
Una segunda salida del cuantificador 24 que
transporta una señal \hat{\alpha}_{k+1}, está conectada a una
entrada del medio 30 de control. Una señal R de entrada, que
representa una configuración de la velocidad de transferencia de
bits, está aplicada a una segunda entrada del medio 30 de control.
Una primera salida del medio 30 de control, que transporta una
señal F de salida, está conectada a una salida del codificador 4 de
voz.
Una tercera salida del medio 30 de control, que
transporta una señal \alpha'_{k}, está conectada a un
interpolador 32. Una salida del interpolador 32, que transporta una
señal de salida \alpha'_{k}[m], está conectada a una
entrada de control de un filtro 32 de ponderación perceptual.
La salida del medio 20 de cuadro también está
conectada a una entrada de un elemento 28 de retardo. Una salida del
elemento 28 de retardo, que transporta una señal S_{k}, está
conectada a una segunda entrada del filtro 34 de ponderación
perceptual. La salida del filtro 34 de ponderación perceptual, que
transporta una señal rs[m], está conectada a una entrada del
medio 36 de búsqueda de excitación. En la salida del medio 36 de
búsqueda de excitación una representación de la señal EX de
excitación, que comprende el índice de libro de codificación fijo,
la ganancia de libro de codificación fijo, el índice de libro de
codificación adaptativo y la ganancia de libro de codificación
adaptativo, están disponibles en la salida del medio 36 de búsqueda
de excitación.
El medio de cuadro calcula, a partir de la señal
de entrada del codificador 4 de voz, cuadros que comprenden una
pluralidad de muestras de entrada. El número de muestras en un
cuadro se puede modificar de acuerdo con la configuración R de
velocidad de transferencia de bits. El analizador 22 predictivo
lineal calcula una pluralidad de coeficientes de análisis que
comprenden coeficientes \alpha_{k+1}[p] de predicción, a
partir de los cuadros o muestras de entrada. Estos coeficientes de
predicción se pueden encontrar por medio del bien conocido algoritmo
Levinson-Durbin. El cuantificador 24 transforma los
coeficientes \alpha_{k+1}[p] en otra representación, y
cuantifica los coeficientes de predicción transformados en
coeficientes C_{k+1}[p] cuantificados, que se pasan a la
salida a través del elemento 26 de retardo como coeficientes
C_{k}[p]. El objetivo del elemento de retardo es asegurar
que los coeficientes C_{k}[p] y la señal EX de excitación
correspondiente al mismo cuadro de muestras de entrada de voz se
presentan simultáneamente en el multiplexor 6. El cuantificador 24
proporciona una señal \hat{\alpha}_{k+1} al medio 30 de
control. La señal \hat{\alpha}_{k+1} se obtiene por medio de
una transformada inversa de los coeficientes C_{k+1}
cuantificados. La transformada inversa es la misma que se efectúa en
el decodificador de voz del receptor. La transformada inversa de los
coeficientes cuantificados es efectuada en el codificador de voz,
para proporcionar al codificador de voz para la síntesis local
exactamente los mismos coeficientes que están disponibles para un
decodificador en el receptor.
El medio 30 de control está preparado para
calcular la fracción de los cuadros en los que se transmite más
información acerca de los coeficientes de análisis que en los otros
cuadros. En el codificador 4 de voz de acuerdo con la presente
invención, los cuadros transportan la información completa acerca de
los coeficientes de análisis o no transportan ninguna información
acerca de los coeficientes de análisis. La unidad 30 de control
proporciona una señal F de salida que indica si el multiplexor 6
tiene o no que introducir la señal LPC en el cuadro actual. Sin
embargo, se observa que es posible que el número de parámetros de
análisis transportado por cada cuadro pueda variar.
La unidad 30 de control proporciona coeficientes
\alpha'_{k} de predicción al interpolador 32. Los valores de
\alpha'_{k} son iguales a los coeficientes de predicción más
recientemente determinados (cuantificados) si dichos coeficientes
LPC para el cuadro actual son transmitidos. Si los coeficientes LPC
para el cuadro actual no se transmiten, el valor de \alpha'_{k}
se calcula interpolando los valores de
\alpha'_{k-1} y \alpha'_{k+1}.
El interpolador 32 proporciona valores
\alpha'_{k}[m] interpolados linealmente a partir de
\alpha'_{k-1} y \alpha'_{k} para cada uno de
los sub-cuadros en el cuadro actual. Los valores de
\alpha'_{k}[m] se aplican al filtro 34 de ponderación
perceptual para calcular una "señal residual" rs[m] a
partir del sub-cuadro m actual de la señal S_{k}
de entrada. El medio 36 de búsqueda está preparado para encontrar el
índice de libro de codificación fijo, la ganancia de libro de
codificación fijo, el índice de libro de codificación adaptativo y
la ganancia de libro de codificación adaptativo, dando como
resultado una señal de excitación se ajusta mejor con el
sub-cuadro m actual de la "señal residual"
rs[m]. Para cada sub-cuadro m los parámetros
de excitación índice de libro de codificación fijo, ganancia de
libro de codificación fijo, índice de libro de codificación
adaptativo y ganancia de libro de codificación adaptativo están
disponibles en la salida EX del codificador 4 de voz.
Un ejemplo de codificador de voz de acuerdo con
la Fig. 2 es un codificador de voz de banda ancha para codificar
señales de voz con un ancho de banda de 7 kHz con una velocidad de
transferencia de bits que varía desde 13,6 kbit/s a 24 kbit/s. El
codificador de voz se puede fijar en cuatro de las llamadas
velocidades de transferencia de bits de anclaje. Estas velocidades
de transferencia de bits de anclaje son valores de inicio a partir
de los cuales puede disminuirse la velocidad de transferencia de
bits reduciendo la fracción de cuadros que transportan parámetros de
predicción. En la tabla de abajo se proporcionan las cuatro
velocidades de transferencia de bits de anclaje y los
correspondientes valores de duración de cuadro, el número de
muestras en un cuadro y los números de sub-cuadros
por cuadro.
\newpage
| Velocidad de transferencia | Tamaño de cuadro (ms) | Nº muestras por cuadro | Nº sub-cuadros/cuadro |
| de bits (kbit/s) | |||
| 15,8 | 15 | 240 | 6 |
| 18,2 | 10 | 160 | 4 |
| 20,1 | 15 | 240 | 8 |
| 24,0 | 10 | 240 | 10 |
Al reducir el número de cuadros en que están
presentes los coeficientes LPC, se puede controlar la velocidad de
transferencia de bits en pequeños escalones. Si la fracción de
cuadros que transportan coeficientes LPC varía de 0,5 a 1, y el
número de bits requeridos para transmitir los coeficientes LPC para
un cuadro es 66, se puede calcular la reducción de velocidad de
transferencia de bits máxima posible. Con un tamaño de cuadro de 10
ms, la velocidad de transferencia de bits para los coeficientes LPC
puede variar desde 3,3 kbit/s hasta 6,6 kbit/s. Con un tamaño de
cuadro de 15 ms, la velocidad de transferencia de bits para los
coeficientes LPC puede variar desde 2,2 kbit/s hasta 4,4 kbit/s. En
la tabla de abajo se proporcionan la máxima reducción de velocidad
de transferencia de bits y la mínima velocidad de transferencia de
bits para las cuatro velocidades de transferencia de bits de
anclaje.
| Velocidad de transferencia | Máxima reducción de velocidad | Mínima velocidad de |
| de bits de anclaje (kbit/s) | de transferencia de bits (kbit/s) | transferencia de bits (kbit/s) |
| 15,8 | 2,2 | 13,6 |
| 18,2 | 3,3 | 14,9 |
| 20,1 | 2,2 | 17,9 |
| 24,0 | 2,2 | 21,8 |
En el medio 30 de control de acuerdo con la Fig.
3, una primera entrada que transporta la señal
\hat{\alpha}_{k+1} está conectada a una entrada de un elemento
40 de retardo y a una entrada de un convertidor 44. Una salida del
elemento 40 de retardo, que transporta la señal
\hat{\alpha}_{k}, está conectada a una entrada de un elemento 42
de retardo y a una entrada de un convertidor 50. Una salida del
elemento 42 de retardo, que transporta una señal
\hat{\alpha}_{k-1} de salida, está conectada a
una entrada de un convertidor 46. Una salida del convertidor 44, que
transporta una señal i_{k+1} de salida, está conectada a una
primera entrada de un interpolador 48. Una salida del convertidor
46, que transporta una señal i_{k-1} de salida,
está conectada a una segunda entrada del interpolador 48. La salida
del interpolador 48, que transporta una señal \hat{i}_{k}, está
conectada a una primera entrada de un selector 52. Una salida del
convertidor 50, que transporta una señal i_{k} de salida, está
conectada a una segunda entrada del selector 52. En la salida del
selector 52 se encuentra disponible una señal \tilde{i}_{k}. La
salida del selector 52 está conectada a una entrada de un
convertidor 53. La salida del convertidor 53, que transporta la
señal \alpha'_{k} a utilizar por el interpolador 32 en la Fig.
2, está conectada a la salida del medio 30 de control.
Una segunda entrada del medio 30 de control, que
transporta la señal R, está aplicada al medio 54 de cálculo. La
salida del medio 54 de cálculo está conectada a una entrada de un
sumador 56. Una salida del sumador 56 está conectada a una entrada
de un acumulador 58. Una primera salida del acumulador 58, que
transporta el valor acumulado, está conectada a una segunda entrada
del sumador 56. Una segunda salida del acumulador 58, que
transporta una señal de desbordamiento, está conectada a una entrada
de control de En el medio 30 de control, el medio de cálculo
determina, a partir de la señal R de configuración de velocidad de
transferencia de bits, la velocidad de transferencia de bits de
anclaje, y la fracción de cuadros que transportan información LPC.
En caso de que una cierta velocidad de transferencia de bits R se
pueda conseguir partiendo de dos velocidades de transferencia de
bits de anclaje diferentes, se elige la velocidad de transferencia
de bits de anclaje que de cómo resultado la mejor calidad de voz. Es
conveniente almacenar el valor de la velocidad de transferencia de
bits de anclaje como función como la señal R en una tabla. Si se ha
elegido la velocidad de transferencia de bits de anclaje, se puede
determinar la fracción de los cuadros que transportan coeficientes
LPC.
Primero se determinan los valores B_{MAX} y
B_{MIN}, que representan el valor máximo y el valor mínimo de
números de bit por cuadro de acuerdo con:
(1)B_{MAX} =
b_{CABECERA} + b_{EXCITACIÓN} +
b_{LPC}
(2)B_{MIN} =
b_{CABECERA} +
b_{EXCITACIÓN}
En (1) y (2) b_{CABECERA} es el número de bits
de cabecera en un cuadro, b_{EXCITACIÓN} es el número de bits que
representan la señal de excitación, y b_{LPC} es el número de
bits que representan los coeficientes de análisis. Si la señal R
representa una velocidad de transferencia de bits B_{REQ}
requerida, para la fracción de cuadros r que transporta parámetros
LPC se puede escribir:
\hskip6cmr = \frac{B_{REQ} - B_{MIN}}{B_{MAX} - B_{MIN}}
\hskip7cm(3)
Se observa que en la presente realización, el
valor mínimo de r es 0,5.
Un número FR que representa la fracción de
cuadros que transportan parámetros LPC es aplicado al sumador 56. El
sumador 56 está preparado para sumar cada intervalo de cuadro el
número FR al contenido del acumulador 58. El número FR y el
contenido A máximo del acumulador 58 se eligen de forma que FR/A =
r. Consecuentemente, el acumulador se desbordará para una fracción r
de los intervalos de cuadro. Al utilizar una señal de desbordamiento
del acumulador 58 para controlar el multiplexor 6 en la Fig. 2, se
obtiene que una fracción r de los cuadros en la salida del
multiplexor 6 transporta coeficientes LPC.
Los elementos 40 y 42 de retardo proporcionan
conjuntos retardados de coeficientes \hat{\alpha}_{k} y
\hat{\alpha}_{k-1} de reflexión a partir del
conjunto de coeficientes \hat{\alpha}_{k+1} de reflexión. Los
convertidores 44, 50 y 46 calculan los coeficientes i_{K+1} e
i_{K-1} que están mejor adaptados para la
interpolación que los coeficientes \hat{\alpha}_{k+1},
\hat{\alpha}_{k} y \hat{\alpha}_{k-1}.
Coeficientes útiles son Relaciones de Área Log, Arcosenos de
coeficientes de reflexión o Pares de Espectro de Línea. El
interpolador 48 calcula valores interpolados
\hat{i}_{k}[n] a partir de los valores
i_{K+1}[n] e i_{K-1}[n] según la
expresión (i_{K+1}[n] +
i_{K-1}[n])/2.
Si el acumulador 58 de desborda, se transmiten
los coeficientes LPC, y el selector 52 estará preparado para pasar
el conjunto de coeficientes i_{K} de predicción al convertidor 53.
Si no se transmite ningún coeficiente LPC, el selector 52 estará
preparado para pasar el valor \hat{i}_{k} interpolado al
convertidor 53. El convertidor 53 convierte el conjunto de
coeficientes \tilde{i}_{k} de predicción en un conjunto de
coeficientes \alpha'_{K} de predicción, adecuado para el filtro
34. Según se explicó anteriormente, la interpolación local en el
codificador 4 de voz se efectúa para obtener, para cada
sub-cuadro, exactamente los mismos coeficientes de
predicción en el codificador 4 y en el decodificador 6.
En el medio 30 de control de acuerdo con la Fig.
4, una primera entrada que transporta la señal
\hat{\alpha}_{k+1} está conectada a una entrada de un elemento
60 de retardo y a una entrada de un convertidor 64. Una salida del
elemento 60 de retardo, que transporta la señal
\hat{\alpha}_{k}, está conectada a una entrada de un elemento 62
de retardo y a una entrada de un convertidor 70. Una salida del
convertidor 64, que transporta una señal i_{k+1} de salida, está
conectada a una primera entrada de un interpolador 68. Una salida
del convertidor 66, que transporta una señal
i_{k-1} de salida, está conectada a una segunda
entrada del interpolador 68. La salida el interpolador 68, que
transporta una señal \hat{i}_{k} de salida, está conectada a una
primera entrada una calculadora 72 de distancia y a una primera
entrada de un selector 80. Una salida del convertidor 70, que
transporta una señal i_{k} de salida, está conectada a una segunda
entrada de la calculadora 72 de distancia y a una segunda entrada
del selector 80.
Una señal R de entrada del medio 30 de control
está conectada a una entrada del medio 74 de cálculo. Una primera
salida del medio 74 de cálculo está conectada a una unidad 76 de
control. La señal en la primera salida del medio 74 de cálculo
representa la fracción r de cuadros que transportan parámetros LPC.
Consecuentemente, dicha señal es una señal que representa la
configuración de velocidad de transferencia de bits. Una segunda y
una tercera salida del medio de cálculo transportan señales que
representan la velocidad de transferencia de bits de anclaje que se
establece dependiendo de la señal R. Una salida de la unidad 76 de
control, que transporta la señal umbral t, está conectada a una
primera entrada de un comparador 78. Una salida de la calculadora
72 de distancia está conectada a una segunda entrada del comparador
78. Una salida del comparador 78 está conectada a una entrada de
control del selector 80, a una entrada de la unidad 76 de control y
a una salida del medio 30 de control.
En el medio de control de acuerdo con la Fig. 3,
los elementos 60 y 62 de retardo proporcionan conjuntos retardados
de coeficientes \hat{\alpha}_{k} y
\hat{\alpha}_{k-1} de reflexión a partir del
conjunto de coeficientes \hat{\alpha}_{k+1} de reflexión. Los
convertidores 64, 70 y 66 calculan los coeficientes i_{K+1},
i_{K} e i_{K-1} que son más adecuados para la
interpolación que los coeficientes \hat{\alpha}_{k+1},
\hat{\alpha}_{k} y \hat{\alpha}_{k-1}. El
interpolador 68 calcula un valor \hat{i}_{k} interpolado a
partir de los valores i_{K+1} e i_{K-1}.
La calculadora 72 de distancia determina una
medida d de distancia entre el conjunto de parámetros de predicción
in y el conjunto de parámetros \hat{i}_{k} de predicción
interpolado a partir de i_{K+1} e i_{K+1}. Una medida d de
distancia adecuada se obtiene mediante:
\hskip4cmd = \left[\frac{1}{2\pi} \int\limits^{2\pi}_{0} \left(10 log H (\omega) - 10 log \hat{H} (\omega)\right)^2 d\omega \right]^{\tfrac{1}{2}}
\hskip5.5cm(4)
En (4), H(w) es el espectro descrito por
los coeficientes i_{K} y \hat{H}(\omega) es el espectro
descrito por los coeficientes \hat{i}_{k}. La medida d es
comúnmente utilizada, pero los experimentos han mostrado que la
norma L1 más fácilmente calculable proporciona resultados
comparables. Para esta norma L1 se puede escribir:
(5)d =
\frac{1}{p} \sum\limits^{p}_{n = 1} \left\bracevert i_{k}[n] -
\hat{i}_{k}[n]\right\bracevert
En (5), P es el número de coeficientes de
predicción determinado por el medio 22 de análisis. La medida d de
distancia es comparada por el comparador 78 con el umbral t. Si la
distancia d es mayor que el umbral t, la señal c de salida del
comparador 78 indica que los coeficientes LPC del cuadro actual se
deben transmitir. Si la medida d de distancia es menor que el umbral
t, la señal c de salida del comparador 78 indica que los
coeficientes LPC del cuadro actual no se transmiten. Al contar a lo
largo de un período de tiempo predeterminado (por ejemplo, a lo
largo de k cuadros, teniendo k un valor típico de 100) el número de
veces a que la señal c indicaba la transmisión de los coeficientes
LPC, se obtiene una medida a para la fracción real de cuadros que
comprenden parámetros LPC. Dados los parámetros correspondientes a
la velocidad de transferencia de bits de anclaje elegida, esta
medida a también es una medida para la velocidad de transferencia de
bits real.
El medio 30 de control está preparado para
comparar una medida de la velocidad de transferencia de bits real
con una medida de la configuración de la velocidad de transferencia
de bits, y para ajustar la velocidad de transferencia de bits real
si es necesario. El medio 74 de cálculo determina a partir de la
señal R, la velocidad de transferencia de bits de anclaje y la
fracción r. La unidad 76 de control determina la diferencia entre la
fracción r y la fracción real a de los cuadros que transportan
parámetros LPC. Para ajustar la velocidad de transferencia de bits
de acuerdo con la diferencia entre la configuración de la velocidad
de transferencia de bits y la velocidad de transferencia de bits
real, se eleva o disminuye el umbral t. Si se eleva el umbral t, la
medida d de diferencia excederá dicho umbral para un número menor de
cuadros, y la velocidad de transferencia de bits real disminuirá. Si
disminuye el umbral t, la medida d de diferencia excederá de dicho
umbral para un mayor número de cuadros, y se aumentará la velocidad
de transferencia de bits real. La actualización del umbral t en
función de la medida r para la configuración de la velocidad de
transferencia de bits y la medida b para la velocidad de
transferencia de bits real es efectuada por la unidad 76 de control
de acuerdo con:
En (6), t' es el valor original del umbral, y
c_{1} y c_{2} son constantes.
En el medio 18 de decodificación de acuerdo con
la Fig. 8, una entrada que transporta una señal LPC está conectada a
una entrada de un interpolador 89 de sub-cuadro. La
salida del interpolador 87 de sub-cuadro está
conectada a una entrada de un filtro 88 de síntesis.
Una entrada del medio 18 de decodificación de
voz, que transporta una señal EX de entrada, está conectada a una
entrada de un demultiplexor 89. Una primera salida del demultiplexor
89, que transporta una señal FI que representa el índice de libro de
codificación fijo, está conectada a una entrada de un libro de
codificación 90 fijo. Una salida del libro de codificación 90 fijo
está conectada a una primera entrada de un multiplicador 92. Una
segunda salida del multiplexor, que transporta una señal FCBG
(Ganancia de Libro de Codificación Fijo) está conectada a una
segunda entrada del multiplicador 92.
Una tercera salida del demultiplexor 89, que
transporta una señal AI que representa el índice de libro de
codificación adaptativo, está conectada a una entrada de un libro de
codificación 91 adaptativo. Una salida del libro de codificación 91
adaptativo está conectada a una primera entrada de un multiplicador
93. Una segunda salida del demultiplexor 89, que transporta una
señal ACBG (Ganancia de Libro de codificación Adaptativo) está
conectada a una segunda entrada del multiplicador 93. Una salida del
multiplicador 92 está conectada a una primera entrada de un sumador
94, y una salida del multiplicador 93 está conectada a una segunda
entrada del sumador 94. La salida del sumador 94 está conectada a
una entrada del libro de codificación adaptativo, y a una entrada
del filtro 88 de síntesis.
En el medio 18 de decodificación de voz de
acuerdo con la Fig. 8, el interpolador 89 de
sub-cuadro proporciona coeficientes de predicción
interpolados para cada uno de los sub-cuadros, y
pasa estos coeficientes de predicción al filtro 88 de síntesis.
La señal de excitación para el filtro de
síntesis es igual a una suma ponderada de las señales de salida del
libro de codificación 90 fijo y el libro de codificación 91
adaptativo. La ponderación es efectuada por los multiplicadores 92 y
93. Los índices de libro de codificación FI y AI son extraídos de la
señal EX por el demultiplexor 89. Los factores de ponderación FCBG
(Ganancia de Libro de codificación Fijo) y ACBG (Ganancia de Libro
de codificación Adaptativo) también son extraídos de la señal EX por
el demultiplexor 89. La señal de salida del sumador 94 es desplazada
al libro de codificación adaptativo para proporcionar la
adaptación.
Claims (10)
1. Un codificador (4) de voz, que comprende:
- medios (22) de análisis para determinar
coeficientes de análisis a partir de una señal de voz de
entrada;
- medios (20) de generación para generar cuadros
de datos que representan la señal de voz de entrada;
caracterizado porque el codificador (4)
de voz comprende medios (30) de control para calcular a partir de
una configuración de la velocidad de transferencia de bits una
fracción de los cuadros de datos para transportar más información
acerca de dichos coeficientes de análisis que un número restante de
cuadros de datos y para controlar la transmisión de la fracción de
los cuadros de datos y el número restante de cuadros de datos.
2. Un codificador (4) de voz de acuerdo con la
reivindicación 1, donde el medio (30) de control comprende medios
(76) de comparación para comparar una medida de una velocidad de
transferencia de bits real con una medida de la configuración de la
velocidad de transferencia de bits, estando preparado el medio (30)
de control para aumentar la fracción real de cuadros que transportan
más información acerca de dichos coeficientes de análisis que los
cuadros restantes si la medida de la velocidad de transferencia de
bits real es menor que la medida de la configuración de la velocidad
de transferencia de bits, y para disminuir la fracción real de
cuadros que transportan más información acerca de dichos
coeficientes de análisis que los cuadros restantes, si la medida de
la velocidad de transferencia de bits real es mayor que la medida de
la configuración de la velocidad de transferencia de
bits.
bits.
3. Un codificador (4) de voz de acuerdo con la
reivindicación 2, donde el medio (30) de control está preparado para
indicar los parámetros de análisis que tienen una medida de
distancia de valores interpolados de parámetros de análisis
transmitidos en cuadros vecinos que exceden un valor umbral, para
disminuir el umbral si la medida de la velocidad de transferencia de
bits real es menor que la medida de la configuración de la
velocidad de transferencia de bits, y para aumentar el umbral si la
medida real de la velocidad de transferencia de bits es mayor que la
medida de la configuración de la velocidad de transferencia de
bits.
4. Un codificador (4) de voz de acuerdo con la
reivindicación 1, donde la fracción de los cuadros que transportan
más información acerca de dichos coeficientes de análisis que el
número restante de cuadros es mayor o igual que 0,5 y es menor que
1.
5. Un codificador (4) de voz de acuerdo con la
reivindicación 1, donde el codificador (4) de voz está preparado
para seleccionar, en respuesta a una configuración de la velocidad
de transferencia de bits aproximada, una longitud de cuadro de entre
una pluralidad de longitudes de cuadro y un número de
sub-cuadros de excitación por cuadro de entre una
pluralidad de números de sub-cuadros de excitación
por cuadro.
6. Un codificador de voz de acuerdo con la
reivindicación 5, donde la longitud de cuadro seleccionada es 10 ms
y donde el número de sub-cuadros de excitación por
cuadro seleccionado es 4.
7. Un codificador de voz de acuerdo con la
reivindicación 5, donde la longitud de cuadro seleccionada es 15 ms
y donde el número de sub-cuadros de excitación por
cuadro seleccionado es 6, 8 ó 10.
8. Un método de codificación de voz, que
comprende:
- determinar coeficientes de análisis a partir
de una señal de voz de entrada;
- generar cuadros de datos que representan la
señal de voz de entrada;
caracterizado porque el método de
codificación de voz comprende además:
- calcular a partir de una configuración de la
velocidad de transferencia de bits una fracción de los cuadros de
datos para transportar más información acerca de dichos coeficientes
de análisis que un número restante de cuadros de datos; y
- controlar la transmisión de la fracción de
cuadros de datos y el número restante de cuadros de datos.
9. Un transmisor (2) para transmitir cuadros de
datos que representan una señal de voz, comprendiendo dicho
transmisor (2):
un codificador (4) de voz de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para calcular los cuadros
de datos a partir de una señal de voz de entrada.
\newpage
10. Un sistema de transmisión que comprende:
- un transmisor (2) de acuerdo con la
reivindicación 9; y
- un receptor (12) para recibir los cuadros de
datos a través de un medio (10) de transmisión, comprendiendo el
receptor (12) un decodificador (18) de voz para calcular una señal
de voz reconstruida a partir de los cuadros de datos.
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