專利名稱：實(shí)施不同編碼法則的發(fā)送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)送系統(tǒng)，該發(fā)送系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)有一個(gè)編碼器，用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼，該編碼器包括時(shí)域編碼器，從輸入信號(hào)的頻譜部分導(dǎo)出數(shù)字編碼信號(hào)，發(fā)射機(jī)還有發(fā)射裝置，通過(guò)發(fā)射信道將經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)發(fā)送給接收機(jī)，接收機(jī)的解碼器包括時(shí)域解碼器，用來(lái)從經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)獲取經(jīng)解碼的信號(hào)。
本發(fā)明還涉及這種發(fā)送系統(tǒng)中使用的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、編碼器和解碼器，以及一種發(fā)送編碼和解碼的方法。
從已公布的美國(guó)專利申請(qǐng)GB2188820中可以了解到本說(shuō)明書開(kāi)端所述的那種發(fā)送系統(tǒng)。
這類發(fā)送系統(tǒng)通常用以例如通過(guò)容量有限的信道發(fā)送語(yǔ)言信號(hào)或音樂(lè)信號(hào)。
這種信道的頭一個(gè)例子是流動(dòng)電臺(tái)與固定基地臺(tái)之間的無(wú)線電信道。這種信道的用戶數(shù)量大，所以其可使用的傳輸容量受到一定限制。第二例子是磁、光或其它記錄媒體上使用的記錄信道，例如ROM(只讀存儲(chǔ)器)。這里容量也往往受到限制。
在所述英國(guó)專利申請(qǐng)的發(fā)送系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中，輸入信號(hào)的頻譜部分由時(shí)域編碼器變換成數(shù)字編碼信號(hào)。
時(shí)域編碼器的例子有采用下列調(diào)制方式的編碼器脈碼調(diào)制，自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制，增量調(diào)制，自適應(yīng)增量調(diào)制，矢量化(CELP)和采用線性預(yù)測(cè)的各種編碼方法。使用傳輸裝置的同時(shí)，經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)通過(guò)信道發(fā)送給接收機(jī)。時(shí)域解碼器從經(jīng)編碼的信號(hào)獲取經(jīng)解碼的信號(hào)。
現(xiàn)有技術(shù)傳輸系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題是，無(wú)論用作何種用途，重新構(gòu)成的信號(hào)其質(zhì)量因所要求的傳輸率而不合格。
本發(fā)明的目的是提供本說(shuō)明書開(kāi)端所述的那種發(fā)送系統(tǒng)，系統(tǒng)中重新構(gòu)成信號(hào)的質(zhì)量在傳輸率不變量得到提高，或者在重新構(gòu)成信號(hào)的質(zhì)量不變的情況下可以降低所要求的傳輸率。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)編碼器還包括一個(gè)變換域編碼器供從輸入信號(hào)的另一頻譜部分獲取另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，發(fā)射機(jī)還配置得使其可以通過(guò)發(fā)送信道將該另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)傳送給接收機(jī)，該接收信機(jī)有一個(gè)變換域解碼器和合成裝置，前者用以從該另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)獲取另一經(jīng)解碼的信號(hào)，后者用以從經(jīng)解碼的信號(hào)和該另一經(jīng)解碼的信號(hào)獲重新構(gòu)成的信號(hào)。
本發(fā)明是以這樣的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)的，即時(shí)域編碼器在輸出信號(hào)的某一頻譜部分下處于最佳狀態(tài)，變換域編碼器在另一頻譜部分下處于最佳狀態(tài)，變換域編碼器的例子有應(yīng)用分頻段編碼的編碼器，和應(yīng)用將時(shí)域變換成另一種域的各種編碼方式的編碼器。這類變換為例如離散傅里葉變換、離散余弦變換或離散沃爾什一哈達(dá)碼變換。這時(shí)可以也可以不利用人聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和音質(zhì)性能。在輸入信號(hào)各不同頻譜分下分別應(yīng)用時(shí)域編碼器械或變換域編碼器可以顯著提高重新構(gòu)成的信號(hào)的質(zhì)量。
應(yīng)該指出的是，德國(guó)專利說(shuō)明書，DE2605306C2公開(kāi)了一種發(fā)送系統(tǒng)，系統(tǒng)中的輸入信號(hào)分成表示基帶信號(hào)的頻譜部分和表示多個(gè)分頻段信號(hào)的另一頻譜部分。但該發(fā)送系統(tǒng)中的有關(guān)信號(hào)是以模擬方式傳輸?shù)模蚨鵁o(wú)需編碼器和解碼器。顯然該德國(guó)專利發(fā)送系統(tǒng)中對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼的問(wèn)題是沒(méi)有任何作用的。
本發(fā)明一個(gè)最佳實(shí)施例的特征在于，位于頻譜部分的頻率低于位于另一頻譜部分的頻率。
實(shí)驗(yàn)證明，在0赫至幾赫的低頻下使用時(shí)域編碼器，在更高的頻率范圍內(nèi)使用變換域編碼，都能顯著提高重新構(gòu)成的信號(hào)的質(zhì)量。
現(xiàn)在參看附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，附圖中類似的元件用類似的編號(hào)和字母表示。


圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)發(fā)送系統(tǒng)。
圖2示出了圖1所示發(fā)送系統(tǒng)中使用的分頻段編碼器。
圖3示出了圖1所示發(fā)送系統(tǒng)中使用的分頻段解碼器。
圖4示出了圖2所示的分段編碼器中使用的選擇裝置。
圖5示出了圖4所示的選擇裝置中使用的處理器118的程序流程圖。
圖6是圖2和圖3所示的編碼器和解碼器中使用的基準(zhǔn)包絡(luò)線的示意圖，各包絡(luò)線用四個(gè)值表示。
圖7是圖2和圖3所示的編碼器和解碼器中使用的基準(zhǔn)包絡(luò)線的示意圖，各包絡(luò)線用八個(gè)值表示。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)送系統(tǒng)。
在圖1所示的發(fā)送系統(tǒng)中，輸入信號(hào)加到發(fā)射機(jī)2上。發(fā)射機(jī)2的輸入端編碼器51中濾波裝置50的輸入端。濾波裝置50的第一輸出端接延遲元件62的輸入端。濾波裝置50第一輸出端處的輸出信號(hào)表示輸入信號(hào)的頻譜部分。延遲元件62的輸出端接時(shí)域編碼器的輸入端，在此情況下，時(shí)域編碼器是個(gè)采用線性預(yù)測(cè)(LPC線性預(yù)測(cè)編碼)的矢量量化器66。矢量量化器66的輸出端輸出經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，并與收發(fā)裝置的第一輸入端相連，該發(fā)射裝置在此情況下為多路復(fù)用器68。
濾波裝置50的多個(gè)輸出端各個(gè)接變換域編碼器的輸入端，在此情況下變換域編碼器為分頻段編碼器64。分頻段編碼器64的輸入信號(hào)總的表示輸入信號(hào)的該另一頻譜部分。分頻段編碼器64的輸出端，傳送著其輸出信號(hào)的該另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，接多路復(fù)用器68的第二輸入端。
多路復(fù)用器68的輸出端經(jīng)信道4連接到接收機(jī)6的輸入端。在接收機(jī)6中，信號(hào)加到分路器70的輸入端。分路器70的第一輸出端，傳送著其輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，并與時(shí)域解碼器相接，在此情況下，時(shí)域解碼器為采用線性預(yù)測(cè)的逆矢量量化器84。逆矢量量化器84的輸出端，傳送著其輸出信號(hào)的重新構(gòu)成的信號(hào)，接時(shí)延元件86的輸入端。時(shí)延元件86的輸出端接合成裝置88的第一輸入端。多路分路器70的第二輸出端接變換域解碼器的輸入端，在此情況下變換域解碼器為分頻段解碼器72。分頻段解碼器72的多個(gè)輸出端，傳送著其總的表示輸入信號(hào)該另一頻譜部分的輸出信號(hào)的重新構(gòu)成的信號(hào)，各個(gè)接合成裝置88的輸入端。重新構(gòu)成的輸入信號(hào)出現(xiàn)在合成裝置88的輸出端。
濾波裝置50將圖1所示傳輸系統(tǒng)的輸入信號(hào)分成一個(gè)頻譜部分和另一個(gè)頻譜部分。頻譜部分由矢量量化器66變換成經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)。矢量量化器66適當(dāng)?shù)膽?yīng)用情況在例如CCITT(國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì))G728號(hào)建議書“話音在16千位/秒下用低遲延碼激勵(lì)的線性預(yù)測(cè)進(jìn)行的編碼”中有介紹。該編碼器是按“合成分析”法則工作的。
在該矢量量化器中，待編碼的輸入信號(hào)變換成由待編碼信號(hào)的多個(gè)信號(hào)抽樣組成的連續(xù)信號(hào)段。用一個(gè)合成濾波器產(chǎn)生存儲(chǔ)在代碼簿中的大量代碼簿字的合成信號(hào)段。輸入信號(hào)的實(shí)際信號(hào)段與合成信號(hào)段之間的之差由感性加權(quán)濾波器(Perceptual Weighting filter)濾波。信號(hào)抽樣的平方和從感性加權(quán)濾波器輸出信號(hào)的抽樣段計(jì)算出來(lái)。
合成信號(hào)的產(chǎn)生，輸入信號(hào)與合成信號(hào)之間之差的計(jì)算，用感性加權(quán)濾波器進(jìn)行的濾波，和平方和的計(jì)算，這些都是對(duì)每一個(gè)現(xiàn)行的1024個(gè)代碼簿字都要進(jìn)行的處理。從這些代碼簿字選取能產(chǎn)生最小平方和的代碼簿字。
分析濾波器傳送函數(shù)是通過(guò)線性預(yù)測(cè)估計(jì)實(shí)際信號(hào)段之前合成信號(hào)四個(gè)信號(hào)段中各連續(xù)取樣之間的關(guān)系確定的。這時(shí)經(jīng)編碼的信號(hào)含所選取代碼簿字的代碼簿索引。應(yīng)該指出的是各預(yù)測(cè)參數(shù)無(wú)需變換。
輸入信號(hào)的所述另一頻譜部分用濾波裝置50輸出端上的分頻段信號(hào)表示。這些分頻段信號(hào)由分頻段編碼器64變換成所述另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)。應(yīng)該指出的是，濾波裝置50輸出端分頻段信號(hào)表示適當(dāng)分頻段中的通帶信號(hào)。這種基帶表示法的好處是每一分頻段需要的抽樣不是由適當(dāng)分頻段的最高頻率確定而是由適當(dāng)分頻段的帶寬確定。從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案ISO/IEC DIS 11172”信息技術(shù)高達(dá)1.5兆位/秒左右數(shù)字存儲(chǔ)媒體與動(dòng)畫有關(guān)的聲頻的編碼”第3節(jié)，第174～337頁(yè)中知道，對(duì)抽樣率為48千赫的信號(hào)，以采用分頻段編碼器64為宜。輸入端的分頻段信號(hào)通過(guò)量化變換成數(shù)字信號(hào)。分頻段信號(hào)是在一系列電平下量化的，分頻段不同，電平可能不同。各分頻段使用的量化電平的實(shí)際數(shù)目取決于有關(guān)分頻段信號(hào)的功率和附近分頻段的分頻段信號(hào)的功率。然后利用人聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)能聽(tīng)到強(qiáng)信號(hào)附近的弱信號(hào)的這種性能。這樣就可以量化這量化電平遠(yuǎn)比強(qiáng)信號(hào)少得多的弱信號(hào)。根據(jù)各種分頻段信號(hào)的功率可以計(jì)算出各分頻段剛好可以聽(tīng)得到的噪聲電平。各分頻段信號(hào)需要的量化電平數(shù)據(jù)根據(jù)該噪聲電平確定。這時(shí)另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)包括各種經(jīng)量化的分頻段信號(hào)和關(guān)于各分頻段量化電平數(shù)的信息。應(yīng)該指出的是，所述編碼器是為對(duì)0-24千赫的信號(hào)進(jìn)行編碼而設(shè)的。既然頻譜部分已由時(shí)域編碼器編碼，位于此頻譜區(qū)的分頻段就無(wú)需進(jìn)行編碼。這只要不給這些分頻段分派任何二進(jìn)制位即可。
多路復(fù)用器68將經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)與另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)合成一個(gè)信號(hào)。延時(shí)元件62用以均衡沿兩條路徑到達(dá)多路復(fù)用器68的輸入信號(hào)的各頻譜部分。發(fā)射機(jī)將此合成信號(hào)通過(guò)信道發(fā)送給接收機(jī)。合成信號(hào)在接收機(jī)中再分成經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)和另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)。經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)由逆矢量量化器84變換成重新構(gòu)成的信號(hào)。上述CCITT的G728建議書中介紹了如何適當(dāng)應(yīng)用分頻段解碼器。在此逆矢量量化器84中，矢量量化器66所選取的代碼簿字根據(jù)所傳送的代碼簿索引產(chǎn)生。代碼薄字由合成濾波器變換成經(jīng)解碼的信號(hào)。為此目的，合成濾波器的參數(shù)通過(guò)線性預(yù)測(cè)從經(jīng)解碼的實(shí)際信號(hào)段之前的四個(gè)信號(hào)段求出。這按編碼器66類似的方式進(jìn)行。
另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)由分頻段解碼器72變換成出現(xiàn)在分頻解碼器72本身的輸出端上的多個(gè)經(jīng)解碼的分頻段信號(hào)。應(yīng)該指出的是，這些分頻段信號(hào)是表示有關(guān)分頻段中的帶通信號(hào)的基信號(hào)。這種基帶表示法的好處是單位分頻段所需的抽樣不是取決于分頻帶的最高頻率而是取決于有關(guān)分頻段的帶寬。合成裝置88將分頻段信號(hào)轉(zhuǎn)換成所要求的分頻段頻率，然后將這些信號(hào)與經(jīng)解碼的信號(hào)合成重新構(gòu)成的輸入信號(hào)。
在圖2中所示的分頻段編碼器64中，各分頻段信號(hào)都加到各自的分段編碼器91……100。分頻段編碼器91……100的結(jié)構(gòu)都相同。分頻段編碼器91的輸入端接分段裝置90。分段裝置90的輸出端接測(cè)定裝置92的輸入端和換算裝置94的輸入端。測(cè)定裝置92的第一輸出端接換算裝置94的控制輸入端，測(cè)定裝置傳送著其輸出信號(hào)的功率測(cè)定值的第二輸出端接多路復(fù)用器102的第一輸入端。換算裝置94的輸出端接絕對(duì)值計(jì)算器95的輸入端和符號(hào)確定裝置98的輸入端。絕對(duì)值計(jì)算器的輸出端接選擇裝置96的輸入端。選擇裝置96的輸出端，傳送著所選取的其基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼，接多路復(fù)用器102的輸入端。符號(hào)確定裝置的輸出端接多路復(fù)用器102的第三輸入端。多路復(fù)用器102的輸出端形成分頻段編碼器64的輸出端。
在傳送最高頻率為8千赫的聲頻信號(hào)的發(fā)送系統(tǒng)的編碼器51的一個(gè)實(shí)施例中，頻譜部分的頻率范圍為0-2千赫，另一頻譜部分的頻率范圍為2千赫至8千赫。該另一頻譜部分用分頻段編碼器64輸入端處的八個(gè)分頻段信號(hào)表示。分頻段信號(hào)在分頻段編碼器91……100中分段成持續(xù)時(shí)間完全相同的多個(gè)信號(hào)段，信號(hào)段中分頻段信號(hào)的抽樣數(shù)與分頻段信號(hào)的帶寬成正比。表1列出了各分頻段的頻率范圍和每一信號(hào)段相應(yīng)的抽樣數(shù)。信號(hào)段的持續(xù)時(shí)間為4毫秒。
表1
在發(fā)送最高頻率為16千赫的聲頻信號(hào)的傳輸系統(tǒng)的編碼器51的一個(gè)實(shí)施例中，頻譜部分的頻率范圍為0-4千赫，另一頻譜部分的頻率范圍為4千赫至16千赫。另一頻率部分有分頻段編碼器64輸出端處的8個(gè)分頻段信號(hào)表示。這些分頻段信號(hào)在分頻段編碼器91……100中也分段成持續(xù)時(shí)間的許多信號(hào)段，信號(hào)段中分頻段抽樣的數(shù)目與該分頻段信號(hào)的帶寬成正比。表2列出了各分頻段的頻率范圍和每一信號(hào)段相應(yīng)的抽樣數(shù)。信號(hào)段的持續(xù)時(shí)間為2毫秒。
測(cè)定裝置92測(cè)定各分頻段信號(hào)抽樣有關(guān)信號(hào)段的功率測(cè)定值。此功率測(cè)定值轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)功率測(cè)定值，實(shí)際信號(hào)段的對(duì)數(shù)功率測(cè)定值與實(shí)際信號(hào)段之前的信號(hào)段的對(duì)數(shù)功率測(cè)定值之間的差值則用哈夫曼編碼法編碼。經(jīng)哈夫曼編碼的信號(hào)加到多路復(fù)用器68上，該信號(hào)傳送給收信機(jī)6。不同分頻段的功率測(cè)定值編碼的另一種方法是對(duì)具體分頻段的功率測(cè)定值和有關(guān)分頻段的功率與其余分頻段的功率之間的差值進(jìn)行編碼。各不同分頻段的功率測(cè)定值彼此相關(guān)可以大大節(jié)省傳輸容量。換算裝置94根據(jù)來(lái)自測(cè)定裝置的控制信號(hào)標(biāo)定分頻段信號(hào)抽樣值，從而使換算裝置94輸出端上各信號(hào)段的功率值不變。絕對(duì)值發(fā)生器95產(chǎn)生換算裝置94輸出信號(hào)的包絡(luò)線，并將此包絡(luò)線以分段的形式加到選擇裝置96上。選擇裝置將換算裝置94輸出信號(hào)的包絡(luò)線與一系列基準(zhǔn)包絡(luò)線相比較，并選取最與換算裝置94輸出信號(hào)的包絡(luò)線相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)包絡(luò)線。選擇裝置在其輸出端上產(chǎn)生所選取的基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼。識(shí)別碼加到多路復(fù)用器102上以便發(fā)送給接收機(jī)6。在每信號(hào)段采用4個(gè)分頻段信號(hào)抽樣的分頻段信號(hào)抽樣的分頻段中采用5個(gè)基準(zhǔn)包絡(luò)線，在每信號(hào)段采用8個(gè)分頻段信號(hào)抽樣的分頻段信號(hào)中采用11個(gè)基準(zhǔn)包絡(luò)線。
有8個(gè)分頻段信號(hào)抽樣的分頻段中采用的基準(zhǔn)包絡(luò)線數(shù)在1-11的范圍。由于對(duì)功率測(cè)定值進(jìn)行哈夫曼編碼，該功率測(cè)定值所需要的二進(jìn)制位數(shù)可能隨信號(hào)段的不同而異。如果因此而使傳輸基準(zhǔn)包絡(luò)線較長(zhǎng)的識(shí)別碼，從而可以用較大量的基準(zhǔn)包絡(luò)線來(lái)對(duì)換算裝置94輸出信號(hào)的包絡(luò)線進(jìn)行編碼。
符號(hào)確定裝置98確定換算裝置94輸出信號(hào)的符號(hào)。此符號(hào)加到多路復(fù)用器102的第三輸入端上以便發(fā)送給接收機(jī)6。換算裝置94輸出信號(hào)的符號(hào)可以不必全都發(fā)送給接收機(jī)，而由接收機(jī)端的噪聲發(fā)生器產(chǎn)生該符號(hào)。這種簡(jiǎn)化時(shí)更高的分頻段看來(lái)尤其可行。
在圖3中所示的分頻段解碼器72中，多路分解器70的輸出信號(hào)加到多路分路器104上。各分頻段解碼器106……114都加有多路分路器104的三個(gè)輸出信號(hào)。這些輸出的第一個(gè)接到基準(zhǔn)包絡(luò)線發(fā)生器108。這些輸出的第二個(gè)接到乘法器電路110的第一輸入端，這些輸出的第三個(gè)接到乘法器電路112的第一輸入端。但也可以設(shè)想多路分路器104的第三個(gè)輸出不存在，而乘法器電路112的第一輸入端接噪聲發(fā)生器109的輸出端。基準(zhǔn)包絡(luò)線發(fā)生器108的輸出端接乘法器電路110的第二輸入端。乘法器電路110的輸出端接乘法器電路112的第二輸入端。乘法器電路112的輸出形成經(jīng)解碼的分頻段信號(hào)的其中一個(gè)信號(hào)。分頻解碼器106……114的結(jié)構(gòu)類似。
基準(zhǔn)包絡(luò)線發(fā)生器108根據(jù)所收到的識(shí)別碼產(chǎn)生所選取的基準(zhǔn)包絡(luò)線。乘法器電路110將所選取的基準(zhǔn)包絡(luò)線與功率測(cè)定值乘起來(lái)，從而得出有關(guān)分頻段信號(hào)重新構(gòu)成了的包絡(luò)線。分頻段信號(hào)重新構(gòu)成了的包絡(luò)線在乘法器電路112中與分頻段信號(hào)抽樣所收到的符號(hào)相乘，從而在乘法器電路112的輸出端得出經(jīng)解碼的分頻段信號(hào)。至于分頻段分頻段信號(hào)的抽樣符號(hào)不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移時(shí)，乘法器電路112將乘法器電路110的輸出信號(hào)與噪聲源109的輸出信號(hào)進(jìn)行相乘。
在圖4所示的選擇裝置中，為其輸入信號(hào)傳送經(jīng)換算合成一個(gè)信號(hào)段的分頻段信號(hào)的四個(gè)絕對(duì)值的四個(gè)輸入端接處理器118的4個(gè)輸入端。圖2中，選擇裝置96的這4個(gè)輸入端用單個(gè)輸入端示意示出。處理器118的第一輸出端，傳送著其輸出信號(hào)的地址信號(hào)，接ROM116的輸入端。ROM116的四個(gè)輸出端，傳送著表示其輸出信號(hào)的基準(zhǔn)包絡(luò)線，接處理器118的另外4個(gè)輸入端。處理器118的第二輸出端，傳送著其輸出信號(hào)基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼，形成選擇裝置96的輸出端。
假設(shè)在圖4所示的選擇裝置96中，換算裝置94輸出信號(hào)的包絡(luò)線用該包絡(luò)線用該包絡(luò)線在連續(xù)時(shí)間內(nèi)的四個(gè)值表示。還假設(shè)基準(zhǔn)包絡(luò)線都用這些基準(zhǔn)包絡(luò)線的四個(gè)值表示。在選擇裝置96中，處理器產(chǎn)生ROM116的連續(xù)地址。該ROM16以四個(gè)值的形式提供存儲(chǔ)在這種地址的基準(zhǔn)包絡(luò)線。處理器118讀取表示基準(zhǔn)包絡(luò)線和換算裝置94輸出信號(hào)包絡(luò)線的值。處理器118產(chǎn)生兩包絡(luò)線之間的差分測(cè)定值，該測(cè)定值例如等于包絡(luò)線所表示的各相應(yīng)值之間的平方差的和。處理器依次產(chǎn)生所有準(zhǔn)備用以比較的基準(zhǔn)包絡(luò)線的地址，并在第二輸出端產(chǎn)基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼連同最小化差測(cè)定值?？梢钥吹?，分頻段中的包絡(luò)線用8個(gè)信號(hào)抽樣表示時(shí)，選擇裝置應(yīng)有8個(gè)輸入端。因此ROM116有8個(gè)輸出端，從而處理器118的各輸入端口也應(yīng)有8個(gè)輸入端。
為執(zhí)行上述功能，處理器118應(yīng)具有適當(dāng)?shù)某绦颍摮绦虻牧鞒虉D如圖5中所示。各編了號(hào)的指令其含意如下表所示。編號(hào) 指令含意120START 開(kāi)始執(zhí)行程序122MIN＝Z令變量MIN的值等于常數(shù)Z。124READ SEGMENT讀取表示信號(hào)段的包絡(luò)線的值。126SHAPENO＝1選取第一基準(zhǔn)包絡(luò)線。128READ SRAPE 讀取表示基準(zhǔn)包絡(luò)線的各值。130CACULATE SQDIFF 計(jì)算基準(zhǔn)包絡(luò)線與信號(hào)段包絡(luò)線之間的平方差。132SQDIFF＜MIN？ 測(cè)試SQDIFF(平方差)是否小于MIN。134MIN＝SQDI FF 令變量MIN的值等于變量SQDIFF。136INDEXSHAPENO 存儲(chǔ)迄今最佳基準(zhǔn)包絡(luò)線的標(biāo)志。138SHAPENO＝N？測(cè)試所有基準(zhǔn)包絡(luò)線是都與信號(hào)段包絡(luò)線比較過(guò)。140SHAPENO＝ 選取下一個(gè)基準(zhǔn)包絡(luò)線。
SHAPENO＋1142WRITE INDEX將所選基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別放在處理器的第二輸出端上。
圖5流程圖的程序?qū)Ψ诸l段信號(hào)取樣的每一個(gè)信號(hào)段都要執(zhí)行一次。方框122中，令表示最小誤差測(cè)定值的變量MIN等于數(shù)字Z，Z大得使最小差測(cè)定值達(dá)不到此數(shù)字Z。接著在方框124中。由處理器118讀出表示信號(hào)段包絡(luò)線的各值。在方框126中，令屬于第一基準(zhǔn)包絡(luò)線的地址出現(xiàn)在處理器的第一輸出端上。在方框128中，由處理器讀取表示包絡(luò)線與基準(zhǔn)包絡(luò)線之間的差分測(cè)定值。差分測(cè)定值SQDIFF可用下式計(jì)算SQDIFF=Σi=1L(Xi-Yi)(1)]]>(1)式中，i是操作參數(shù)，L是表示包絡(luò)線的值的數(shù)目，xi是表示信號(hào)段包絡(luò)線的值的第i個(gè)值，yi則為表示基準(zhǔn)包絡(luò)線的值的第i個(gè)值。
在方框132中，5QDIFF的值與MIN的值相比較。若SQDIFF的值小于MIN的值，則實(shí)際基準(zhǔn)包絡(luò)線與信號(hào)段包絡(luò)線的對(duì)應(yīng)關(guān)系比與曾與信號(hào)段的包絡(luò)線比較過(guò)的基準(zhǔn)包絡(luò)線的對(duì)應(yīng)關(guān)系更深。在此情況下，令MIN在方框134中的值等于SQDIFF的值。此外，在方框136中，令表示基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼到此為止對(duì)應(yīng)關(guān)系最深的INDEX值等于目前基準(zhǔn)包絡(luò)線識(shí)別碼。若SQDIFF的值不小于MIN的值，則跳過(guò)方框134和136。
在方框138，檢查所有的基準(zhǔn)包絡(luò)線是否都已經(jīng)與分頻段信號(hào)抽樣信號(hào)段的包絡(luò)線比較過(guò)。若全已比較過(guò)，則在方框142中書寫表示與分頻段信號(hào)抽樣信號(hào)段的包絡(luò)線對(duì)應(yīng)關(guān)系最深的基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼的變量INDEX。若未全比較，則所有要參與比較的基準(zhǔn)包絡(luò)線還得與分頻段信號(hào)抽樣信號(hào)段的包絡(luò)線相比較，在方框140選擇下一個(gè)基準(zhǔn)包絡(luò)線，然后轉(zhuǎn)入方框128。
應(yīng)該指出的是，編碼器和解碼器可以完全以硬件的形式實(shí)現(xiàn)，但也可以將編碼器和/或解碼器完全或部分結(jié)合在信號(hào)處理器中。這時(shí)信號(hào)處理器由適當(dāng)?shù)能浖刂啤?br> 圖6示出了用作分頻段的五個(gè)基準(zhǔn)包絡(luò)線，該分頻段四個(gè)值表示。基準(zhǔn)包絡(luò)線用Yk，i值表示，其中K是基準(zhǔn)包絡(luò)線的序列號(hào)，i是確定基準(zhǔn)包絡(luò)線的值的序列號(hào)。實(shí)驗(yàn)證明，并不是所有基準(zhǔn)包絡(luò)線出現(xiàn)的頻度都一樣。這種現(xiàn)象可以例如通過(guò)哈夫曼編碼減小傳輸基準(zhǔn)包絡(luò)線的識(shí)別碼所需要的傳輸容量。
圖7中示出了用18個(gè)值表示的分頻段所使用的11個(gè)基準(zhǔn)包絡(luò)線。這里實(shí)驗(yàn)也證明，并不是所有基準(zhǔn)包絡(luò)線出現(xiàn)的頻度都相等。
應(yīng)該指出，除固定的基準(zhǔn)包絡(luò)線外，還可以采用從待編碼的分頻段信號(hào)得出的自適應(yīng)基準(zhǔn)包絡(luò)線，或用此包絡(luò)線代替固定的基準(zhǔn)包絡(luò)線。
在圖8所示的傳輸系統(tǒng)中，輸入信號(hào)加到發(fā)射機(jī)2上。發(fā)射機(jī)2的輸入端接編碼器51中濾波裝置50的輸入端。濾波裝置50的第一輸出端接延時(shí)元件62的輸入端和減法器電路65的輸入端。濾波裝置50第一端上的輸入信號(hào)表示輸入信號(hào)的頻譜部分。延遲元件的輸出端接時(shí)域編碼器的輸入端，在此情況下時(shí)域編碼器為應(yīng)用線性預(yù)測(cè)(LPC線性預(yù)測(cè)編碼)的矢量量化器66。矢量量化器66的輸出端，傳送著其輸出信號(hào)的第一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，它接發(fā)射裝置(在此情況下為多路復(fù)用器68)的第一輸入端和時(shí)域解碼器67。時(shí)域解碼器67的輸出端接減法器電路65的第二輸入端。
濾波裝置50的多個(gè)輸出端和減法器電路65的輸出端分別接變換域編碼器的輸入端，在此情況下，變換域編碼器由分頻段編碼器64構(gòu)成。分頻段編碼器64的各輸入信號(hào)在一起表示輸入信號(hào)的頻譜部分和另一頻譜部分的組合。分頻段編碼器64的輸出端，傳送著其輸出信號(hào)的另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，它與多路復(fù)用器68的第二輸入端相連。
多路復(fù)用器68的輸出端經(jīng)信道4連接到接收機(jī)6的輸入端。信號(hào)在接收機(jī)6中加到多路分解器70的輸入端上。多路分解器70的第一輸出端，傳送著其輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，它與時(shí)域編碼器相連，在此情況下，時(shí)域編碼器為采用線性預(yù)測(cè)的逆矢量量化器84。逆矢量量化器84的輸出端，傳送著其輸出信號(hào)經(jīng)解碼的信號(hào)，接延時(shí)元件86的輸入端。延時(shí)元件86的輸出端接加法器電路87的第一輸入端。加法器電路87的輸出端接合成裝置88的第一輸入端。多路分解器70的第二輸入端接變換域解碼器的輸入端，在此情況下，變換域解碼器為分頻段解碼器72。分頻段解碼器72的多個(gè)輸出端，傳送著總的表示輸出信號(hào)的另一頻譜部分的輸出信號(hào)重新構(gòu)成的信號(hào)，各個(gè)接合成裝置88的輸入端。分頻段解碼器72表示輸入信號(hào)頻譜部分的輸出接到加法器電路87的第二輸入端。重新構(gòu)成的信號(hào)出現(xiàn)在合成裝置88的輸出端。
圖8所示發(fā)送系統(tǒng)的輸入信號(hào)由濾波裝置分成頻譜部分和另一頻譜部分。頻譜部分由矢量量化器66變換成經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)。上面已參照?qǐng)D1說(shuō)明過(guò)矢量量化器66適當(dāng)?shù)膶?shí)用情況。經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)由時(shí)域解碼器67變換成經(jīng)解碼的信號(hào)，該經(jīng)解碼的信號(hào)是由減法器電路65從輸入信號(hào)的頻譜部分減去的減數(shù)。這時(shí)減法器電路的輸出端就出現(xiàn)了表示時(shí)域編碼器的編碼誤差的編碼誤差信號(hào)。
輸入信號(hào)的另一頻譜部分由濾波裝置50輸出端上的分頻段信號(hào)表示。這些分頻段信號(hào)和減法器電路65輸出端上的編碼誤差信號(hào)由分頻段編碼器64變換成另一經(jīng)數(shù)字的信號(hào)。經(jīng)時(shí)域解碼器67和減法器65擴(kuò)充，時(shí)域編碼器66的任何編碼誤差就可由分頻段編碼器64再次進(jìn)行編碼，并將編碼誤差傳送給收信機(jī)。這些措施可以提高傳輸質(zhì)量。要達(dá)到這個(gè)目的并不太復(fù)雜，因?yàn)榫C合分析時(shí)域編碼器中已經(jīng)有了時(shí)域解碼器。減法器電路65的輸入信號(hào)和表示號(hào)一頻譜部分的信號(hào)有必要延遲一定的時(shí)間使得分頻段編碼器64的所有輸入信號(hào)都延遲同樣的時(shí)間。
就該指出，濾波裝置50輸出端上的分頻段信號(hào)是表示該特殊分頻段中的帶通信號(hào)的基帶信號(hào)。這種基帶表示法的好處是每分頻段所要求的抽樣數(shù)不取決于該特定分頻段的最高頻率而取決于該特定分頻段的帶寬。從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案ISO/IEC DIS 11172“信息技術(shù)一高達(dá)1.5兆位/秒左右數(shù)字存儲(chǔ)媒體與動(dòng)畫有關(guān)的聲頻的編碼”第3節(jié)，第174-337頁(yè)中知道，對(duì)抽樣率為48千赫的信號(hào)，以采用分頻段編碼器64為宜。輸入端的分頻段信號(hào)通過(guò)量化變換成數(shù)字信號(hào)。分頻段信號(hào)通過(guò)量化變換成數(shù)字信號(hào)。分頻段信號(hào)是在一系列電平下量化的，分頻段不同，電平可能不同。各分頻段使用的量化電平的實(shí)際數(shù)目取決于該特定分頻段信號(hào)的功率和附近分頻段的分頻段信號(hào)的功率。然后利用人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)能聽(tīng)到強(qiáng)信號(hào)附近的弱信號(hào)的這種性能，這樣就可以量化這種量化電平遠(yuǎn)比強(qiáng)信號(hào)少得多的弱信號(hào)。根據(jù)各種分頻段信號(hào)的功率可以計(jì)算出各分頻段剛好可以聽(tīng)得到的噪聲電平。各分頻段信號(hào)需要的量化電平數(shù)據(jù)該噪聲電平確定。這時(shí)另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)包括各種經(jīng)量化的分頻段信號(hào)和關(guān)于各分頻段量化電平數(shù)的信息。應(yīng)該指出的是，所述編碼器是為對(duì)0-24千赫的信號(hào)進(jìn)行編碼而設(shè)的。由于0-24千赫的頻譜部分已由時(shí)域編碼器編碼，位于此頻譜區(qū)的分頻段只含幅值較小的編碼誤差信號(hào)。這樣，分派給這些分頻段不會(huì)多于幾個(gè)二進(jìn)制位，因此幾乎無(wú)需增加任何傳輸容量來(lái)傳輸容量來(lái)傳輸該編碼誤差信號(hào)。
多路復(fù)用器68將經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)和另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)合成為一個(gè)信號(hào)。延時(shí)元件62是為均衡沿兩條通路到達(dá)多路復(fù)用器68的輸入信號(hào)頻譜部分的延時(shí)而設(shè)的。發(fā)射機(jī)將該合成信號(hào)通過(guò)信道發(fā)送給接收機(jī)。合成信號(hào)在接收機(jī)中再次分成經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)和另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)。經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)由逆矢量量化器變換成第一重新構(gòu)成的信號(hào)。上述CCITT的G728建議書中介紹了如何適當(dāng)應(yīng)用分頻段解碼器。
另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)由分頻段解碼器72變換成在分頻段解碼器72的輸出端出現(xiàn)的多個(gè)經(jīng)解碼的分頻段信號(hào)。表示編碼誤差信號(hào)的最低分頻段輸出信號(hào)(0-4千赫)由加法器電路87加到在延時(shí)元件86輸出端上經(jīng)解碼的信號(hào)得出經(jīng)解碼的信號(hào)。
應(yīng)該指出，這些在分頻段解碼器72的輸出端上的分頻段信號(hào)是表示該特定分頻段中帶通信號(hào)的基帶信號(hào)。這種基帶表示法的好處在于，每分頻段所需的抽樣數(shù)不取決于該特定分頻段上的最高頻率而取決于該特定分頻段的帶寬。合成裝置88將分頻段信號(hào)變換成所要求的分頻段頻率，然后將分頻段信號(hào)與經(jīng)解碼的信號(hào)合成為重新構(gòu)成的輸入信號(hào)。
權(quán)利要求
1.輸入信號(hào)的發(fā)送方法，包括對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼，在采用時(shí)域編碼方法時(shí)從輸入信號(hào)的頻譜部分獲取經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，發(fā)送經(jīng)數(shù)字編碼的方法，并從經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)獲取經(jīng)解碼的信號(hào)，其特征在于，在采用變換域編碼方法時(shí)，所述輸入信號(hào)的發(fā)送方法同樣也從輸入信號(hào)的另一頻譜部分獲取另一經(jīng)數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼的信號(hào)，該發(fā)送方法同樣也傳輸另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，從所述另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)獲取另一經(jīng)解碼的信號(hào)，并從經(jīng)解碼的信號(hào)和另一經(jīng)解碼的信號(hào)獲取重新構(gòu)成的信號(hào)。
2.輸入信號(hào)的編碼方法，這種方法采用時(shí)域編碼方法時(shí)從輸入信號(hào)的頻譜部分獲取經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)，其特征在于，所述方法同樣也在采用變換域編碼方法時(shí)從輸入信號(hào)的另一頻譜部分獲取另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)。
3.對(duì)經(jīng)編碼的信號(hào)進(jìn)行解碼的一種方法，其特征在于，在采用時(shí)域解碼方法時(shí)，從經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)獲取經(jīng)解碼的信號(hào)，其特征在于，所述解碼方法在采用變換域解碼方法時(shí)，同樣也從另一經(jīng)數(shù)字編碼的信號(hào)獲取另一經(jīng)解碼的信號(hào)，并從經(jīng)解碼的信號(hào)和另一經(jīng)解碼的信號(hào)獲取重新構(gòu)成的信號(hào)。
全文摘要
一種發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)和音樂(lè)信號(hào)的發(fā)送系統(tǒng),輸入信號(hào)在編碼器分成兩個(gè)頻譜部分。這些頻譜部分分別由其各自的分頻段編碼器進(jìn)行編碼。按本發(fā)明的想法進(jìn)行編碼可以顯著提高傳輸質(zhì)量,即頻譜部分用時(shí)域編碼器進(jìn)行編碼。
文檔編號(hào)G10L13/00GK1326269SQ0111973
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月11日
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