Umsetzer zur Schnittstellenanpassung zwischen LPC- und Kanalvocodern für die Übertragung digitalisierter Sprachsignale über digitale Schmalband-Kommunikationssysteme

Abstract

 Umsetzer zur Schnittstellenanpassung zwischen LPC-und Kanalvocodern für die Übertragung digitalisierter Sprachsignale über digitale Schmalband-Kommunikationssysteme, wobei der Umsetzer aus zwei parallel zueinander angeordneten Teilschnittstellen besteht und wobei eine der Teilschnittstellen zu übertragende, LPC-codierte Sprachsignalabschnitte in Codierung für den Kanalvocoder umsetzt, während die andere der Teilschnittstellen die Codierung für den Kanalvocoder in die Codierung für das LPC-Verfahren umsetzt. Auf der Eingangsseite, nämlich der Analyseseite der einen Schnittstelle, werden die LPC-codierten Parameter eines zu übertragenden Sprachsignalabschnittes vektorquantisiert, wobei die LPC-codierten Parameter mit einem ausgewählten Satz von N Filterparametern verglichen und die Nummer desjenigen Parametersatzes festgestellt wird, die den LPC-codierten Parametern weitestgehend entspricht. Die festgestellte Nummer wird herangezogen, um auf der Ausgangsseite, nämlich der Syntheseseite, die Codierung für den Kanalvocoder aus einem Kanalvocoder-Code book auszuwählen. Auf der Eingangsseite der anderen Teilschnittstellen wird die Codierung für den Kanalvocoder vektorquantisiert, wobei die codierten Parameter des Kanalvocoders mit einem ausgewählten Satz von N Filterparametern verglichen werden und die Nummer desjenigen Parametersatzes festgestellt wird, die den Parametern des Kanalvocoders weitestgehend entspricht. Die festgestellte Nummer wird herangezogen, um auf der Ausgangsseite die Codierung für die LPC-Parameter aus einem LPC-Code book auszuwählen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umsetzer zur Schnittstellenanpassung zwischen LPC- und Kanalvocodern für die Übertragung digitalisierter Sprachsignale über digitale Schmalband-Kommunikationssysteme, bei dem das Prinzip der Vektorquantisierung benutzt wird.

[0002] Derzeit werden digitale Schmalband-Kommunikationsnetze mit niedrigen Datenübertragungsraten (1-2 kbit/s) geplant. Die hierbei angewandten Codierungsverfahren bauen entweder auf dem Prinzip des Kanalvocoders oder der linearen Prädiktion (LPC) auf. Eine Kommunikation zwischen den Codern ist nur möglich, falls an ihrer Schnittstelle eine geeignete Datemumcodierung erfolgt (vergl. Fig.1).

[0003] Der hierzu benötigte Umsetzer soll möglichst aufwandsgünstig gestaltet sein und die Sprachqualität möglichst nicht verschlechtern.

[0004] Eine Möglichkeit, einen Umsetzer aufzubauen, besteht in der Rücktransformation der Sprachdaten in das Sprachsignal und dessen Neucodierung (vergl. Fig.2.).

[0005] Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, da zwei Analyseeinheiten und zwei Syntheseeinheiten benötigt werden. Durch Analysefehler verschlechtert sich außerdem die Sprachqualität. Die Verschlechterung der Sprachqualität läßt sich durch direkte Umcodierung der Daten der verschiedenen Coder umgehen. Diese Möglichkeit ergibt sich aus dem sehr ähnlichen Syntheseprinzip, das bei dem Kanalvocoder und dem linearen prädiktiven Coder angewandt wird (vergl. Fig.3).

[0006] Das Sprachsignal wird hierbei durch ein Anregungssignal, welches durch ein variables Filter gefiltert wird, erzeugt. Das Anregungssignal besteht bei stimmhaften Lauten aus einer Pulsfolge und bei stimmlosen Lauten aus weißem Rauschen. Mit den Anregungsparametern wird die Pulsfrequenz und der Anregungsmodus - stimmhaft oder stimmlos - festgelegt. Das variable Übertragungsverhalten des Filters entspricht dem variablen Resonanzverhalten des menschlichen Vokaltraktes. Dieses ändert sich langsam und wird durch Filterparameter alle 10 bis 20 ms neu eingestellt. Aufgabe der Sprachsignal-Analyse eines Codiersystems ist es, aus einem Sprachsignal die Anregungsparameter und die Filterparameter zu gewinnen. Der lineare prädiktive Coder und der Kanalvocoder unterscheiden sich im wesentlichen in der Struktur des Filters. LPC geht von einem Allpolfilter und der Kanalvocoder von einer Filterbank aus. Damit unterscheiden sich die Analyseverfahren zur Bestimmung der entsprechenden Filterparameter und es ergeben sich andere Filterparameter, die in den verschiedenen Netzen übertragen werden. Dagegen sind die Anregungsparameter im Prinzip die gleichen.

[0007] Es wird also ein Umcodierverfahren gesucht, welches die Filterparameter einer Filterbank in die Filterbankparameter eines Allpolfilters und umgekehrt umwandelt (vergl. Fig.4).

[0008] Die direkte Transformation ist mit hohem technischen Aufwand verbunden. Es werden leistungsfähige Real-time-Prozessoren zur Berechnung von Spektren und Korrelationsfunktionen benötigt.

[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umsetzer der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen verhältnismäößig niedrigen Aufwand benötigt.

[0010] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Umsetzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, der durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.

[0011] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren im einzelenen beschrieben.

[0013] 

Fig.1 zeigt eine prinzipielle Anordnung für eine Schnittstelle zwischen einem LPC- und einem Kanalvocoder.

Fig.2 zeigt das Blockschaltbild eines Transformers nach dem Stand der Technik.

Fig.3 zeigt eine schematische Darstellung des Syntheseprinzips bei der Codierung nach dem Stand der Technik.

Fig.4 zeigt schematisch das Prinzip einer direkten Transformation der Filterparameter.

Fig.5 zeigt schematisch das Prinzip der Vektorquantisierung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig.6 zeigt einen erfindungsgemäßen Umsetzer, der auf der Basis der Vektorquantisierung arbeitet.

Fig.7 zeigt schematisch eine Hardware-Struktur für einen erfindungsgemäßen Umsetzer.

[0014] Für die Sprachcodierung hat sich das Verfahren der Vektorquantisierung als sehr erfolgreich erwiesen. Hierdurch lassen sich niedrigere Datenraten bei gleichbleibender Sprachqualität erreichen. Das Prinzip der Vektorquantisierung wurde für die LPC-Codierung angewandt. Hierbei erfolgt eine besondere Codierung der Filterparameter (vergl. Fig.5).

[0015] Die analysierten Filterparameter werden mit einem ausgewählten Satz von N Filterparametern verglichen und die Nummer derjenigen Parameter festgestellt, die den analysierten am ähnlichsten sind. Zur Datenübertragung wird nur die Nummer der Parameter herangezogen. Auf der Syntheseseite sind durch die Nummern die zugehörigen Filterparameter festgelegt. Da das Prinzip der Vektorquantisierung für beide Codearten möglich ist, ergibt sich ein einfaches Umcodierverfahren (vergl. Fig.6).

[0016] LPC-Filterparameter werden einer Vektorquantisierung unterzogen und die Nummern der zugehörigen Parameter festgestellt. Diese Nummern entsprechen Parametern eines Kanalvocoders, die in einem Kanalvocoder-Code Book abgespeichert sind. Die Berechnung der Parameter des Code Books erfolgt einmal 'off line' an einer DVA. Die Umwandlung der Kanalvocoder-Daten zu den LPC-Daten erfolgt entsprechend über ein LPC-Code Book. Nach Fig.7 wird zur Hardware-Realisierung ein Prozessor zur Durchführung der Vektorquantisierung und ein Speicher für die Code Books benötigt.

Ansprüche

1. Umsetzer zur Schnittstellenanpassung zwischen LPC- und Kanalvocodern für die Übertragung digitalisierter Sprachsignale über digitale Schmalband-Kommunikationssysteme, wobei der Umsetzer aus zwei parallel zueinander angeordneten Teilschnittstellen besteht, wobei eine der Teilschnittstellen zu übertragende, LPC-codierte Sprachsignalabschnitte in die Codierung für den Kanalvocoder umsetzt, während die andere der Teilschnittstellen die Codierung für den Kanalvocoder in die Codierung für das LPC- Verfahren umsetzt, dadurch gekennzeichnet ,
daß auf der Eingangsseite, nämlich der Analyseseite der einen Schnittstelle, die LPC-codierten Parameter eines zu übertragenden Sprachsignalabschnittes vektorquantisiert werden, wobei die LPC-codierten Parameter mit einem ausgewählten Satz von N Filterparametern verglichen und die Nummer desjenigen Parametersatzes festgestellt wird, die den LPC-codierten Parametern weitestgehend entspricht,
daß die festgestellte Nummer herangezogen wird, um auf der Ausgangsseite, nämlich der Syntheseseite, die Codierung für den Kanalvocoder aus einem Kanalvocoder-Code Book auszuwählen, daß auf der Eingangsseite der anderen Teilschnittstellen die Codierung für den Kanalvocoder vektorquantisiert wird, wobei die codierten Parameter des Kanalvocoders mit einem ausgewählten Satz von N Filterparametern verglichen werden und die Nummer desjenigen Parametersatzes festgestellt wird, die den Parametern des Kanalvocoders weitestgehend entspricht, und daß die festgestellte Nummer herangezogen wird, um auf der Ausgangsseite die Codierung für die LPC-Parameter aus einem LPC-Code Book auszuwählen.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Parameter des Code books einmal und im sogenannten 'off line'-Betrieb durchgeführt wird.

3. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hardware-Realisierung ein Prozessor, vorzugsweise ein Signalprozessor, zur Durchführung der Vektorquantisierung sowie ein Speicher, vorzugsweise ein ROM oder EPROM, für die Code Books vorgesehen ist.

Zeichnung