Общее описание

Появление маломощных сверхбыстродействующих интегральных микросхем (СБИС) привело к использованию алгоритмов кодирования в мобильных телефонных аппаратах и движению по пути к цифровому радиовещанию. Назначение большинства из этих алгоритмов – аналого-цифровое преобразование аналогового сигнала источника в форме цифровых данных и/или запоминания, или же синтеза и восстановления пораженного шумом и помехами ограниченного по полосе или искаженного сигнала. При этом сжатие (компрессия) цифровых данных может быть достигнута за счет устранения избыточности сигнала, преобразованного из аналоговой формы в цифровую.

Кодер речи является первым элементом собственно цифрового участка передающего тракта АЦП. Основная задача кодера – предельно возможное сжатие сигнала речи, представленного в цифровой форме, т.е. предельно возможное устранение избыточности речевого сигнала, но при сохранении приемлемого качества передачи речи. В приемном тракте перед ЦАП размещен декодер речи; задача декодера – восстановление обычного цифрового сигнала речи (с присущей ему естественной избыточностью) по принятому кодированному сигналу. Сочетание кодера и декодера называют кодеком.

В стандарте GSM обработка речевого сигнала осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора.

Система DTX управляется детектором активности речи VAD (Voice Activity Detection), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи, даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи.

В состав системы DTX входит устройство формирования комфортного шума, которое включается и прослушивается в паузах речи (когда передатчик отключен). Структурная схема процесса обработки речевого сигнала выглядит следующим образом:

Рисунок 20 - Структурная схема процесса обработки речевого сигнала в стандарте GSM

Основным устройством данной схемы является кодек речи.

Для того, чтобы иметь высокое качество передачи речи при более низких требованиях к скорости передачи информации, в GSM используется способ кодирования, объединяющий вокодеры и дифференциальную ИКМ, который получил название дифференциального кодирования. Звуковые колебания, излучаемые голосовыми связками, формируются далее в «фильтрах», образуемых горлом, ртом и носом. Зная в каждый момент спектр частот и параметры таких «фильтров», можно восстановить исходный сигнал. Учитывая инерционность голосовых органов человека, можно считать, что за небольшой промежуток времени (10…30 мс) они не изменяют своего состояния, т.е. остаются постоянными частоты и параметры «фильтров». Следовательно, если брать отрезки речевого сигнала по 20 мс, частоту основного тона и параметры фильтра речеобразующего тракта, то по ним легко можно восстановить исходный сигнал. В этом состоит суть метода линейного предсказания - по линии связи передаются не параметры речевого сигнала, а параметры некоторого фильтра, в определенном смысле эквивалентного голосовому тракту, и параметры сигнала возбуждения этого фильтра. В качестве такого фильтра используется фильтр линейного предсказания.

При кодировании с линейным предсказанием определяется и передается следующая информация:

- параметры модели речевого тракта;

- характер возбуждения (гласный или звонкий согласный в сопоставлении с глухими звонкими);

- период основного тона;

- коэффициент усиления.

В фиксированные промежутки времени голосовые органы человека не остаются в фиксированном положении, их возбуждения носят более комплексный характер, чем передаваемый характер возбуждения и период основного тона. Это приводит к значительному ухудшению качества.

Дифференциальная ИКМ учитывает корреляцию дискретных отсчетов АИМ сигнала. При этом кодируются не сами дискретные отсчеты, а разность амплитуд поступившего и предыдущего дискретных отсчетов. Поскольку диапазон изменения амплитуд разности дискретных отсчетов меньше диапазона изменения амплитуд самих дискретных отсчетов, для их кодирования требуется меньшее число разрядов.

Таким образом, дифференциальное кодирование подразумевает деление речевого сигнала на отрезки в 20 мс с предыдущим их кодированием.

Дата добавления: 2015-12-01