Вокодеры

Вокодер предст. собой устройство, осуществляющее параметрическое компандирование (сжатие) речевых сигналов. Компрессия речевых сигналов на передающем конце канала связи производитсяв анализаторе, выд-щем из речевого сигнала медленно меняющиеся параметры. Эти параметры передаются по каналу связи. На приёмном конце с помощью местных источников сигналов, управляемых принятыми параметрами синтезируется речевой сигнал. Вокодеры разл-ся по принципам анализа и синтеза речевых сигналов: полосные (канальные), формантные, фонемные, гармонические (ортогональные) и др.

В последние годы распространение получили ЛПК-вокодеры, в которых используются принципы линейно-программирующего (предикативного) кодирования находят применение и полувокодеры , в которых наряду с синтезированием речевых сигналов на одном уч-ке частотного диапазона используются речевые сигналы, переданные с помощью непосредственного кодирования на другом уч-ке частотного диап-на. Вокодеры различаются также по методам преобразования сигналов: аналоговые, цифровые, аналогово-цифровые. Упрощенная структурная схема классического вокодера имеет вид:

РИС.1

Кодер в схеме обычно называют анализатором, а декодер – синтезатором. Поэтому в отсутствие квантования об устр-ве, схема кот. приведена на рис. 1 говорят как об устройстве анализа – синтеза. В анализаторе оцениваются параметры (в устройстве оценивания УО), определяется тип сегмента данных, тон или шум (вокализованный или невокализованный), оценивается период следования и амплитуда импульсов основного тона в устр-ве выделения осн. тона (ВОТ). Оценки пар-ров амплитуды импульсов и периода, а в его отсутствие оценка дисперсии шумового возбуждения после квантования вместе с решением тон-шум кодируются, уплотняются и передаются на приемную сторону.

В синтезаторе сигнал восст-ся с пом. квазилинейного цифрового фильтра ЦФ или набора ЦФ, параметры или характеристики которого устанавливаются равными принятым оценкам. На вход ЦФ поступает возбуждение либо от генератора тона ГТ (это обычно периодическая последовательность импульсов заданной формы), либо от генератора шума ГШ, в зав-и от сост-я перекл-ля П. Период , амплитуда или дисперсия возбуждения устанавливаются равными принятым оценкам. Способы выполнения анализа в вокодерах разделяют на спектральные и временные.

Спектральные способы анализа лежат в основе полосных, формантных и ортогональных вокодеров. В таких вокодерах на передающей стороне выч-ся оценка огибающей амплитудного спектра сигнала на интервалах в 10-30 мс. В полосных вокодерах эта оценка получается в форме ступенчатой интерполяции огибающей, значения кот. форм-ся на выходе гребенки (набора) ЦФ и сглаживающих устр-в. В формантных вокодерах огибающая спектра описывается оценками формантных пар-ров, а в ортогональных вокодерах - ортогональным рядом.

Еще одной разновидностью цифровых вокодеров является так называемый гомоморфный вокодер. Для вокодеров этого типа характерно использование алгоритмов преобразований, основанных на представлении речевых сигналов в виде свертки функции возбуждения голосового источника с импульсной характеристикой голосового тракта.

Временные способы анализа используются вокодерах с линейным предсказанием и некоторых других. В УО формируются, например, оценки частки частных корреляций или однозначно связанных с ними параметров. Важным достоинством методов анализа с предсказанием является их непосредственная связь с исходными моделями, в которых сконцентрированы априорные сведения о сигнале. Это открывает вполне определенную перспективу соверш-я вокодерных систем путем повыш-я точности исходных моделей и разработки оптимальных алгоритмов анализа.

К настоящему времени имеются достаточные основания для такого соверш-я, т.к. с одной стороны, вокодеры не обеспечивают качество передачи сравнимое с качеством при дельта-модуляции и, с другой, глубокое изучение процессов, протекающих в артикулярном аппарате и речеобразовании показало ограниченность применяемого в вокодерах описания сигналов.

Преимуществом спектральных методов является возможность использования в них изученных и изложенных в основном на спектральном языке простейших свойств слухового восприятия слуховых сигналов. В настоящее время более эффективными являются ЛПК – вокодеры.