DE1941336C3 - Verfahren zur Schätzwertbildung in einem Codierer für Differenz-Pulscodemodulation - Google Patents

Description

»1=1

•-bz-

^K Σ «_m

m=I

wobei b ein Faktor ist, der Signalwerte während aufeinanderfolgender, gewählter Signalintervalle darstellt, K eine Zahl, weiche die Dauer der aufeinanderfolgenden Tonhöhenperioden des angelegten Signals darstellt, a_m Amplitudenfaktoren sind, weiche die spc'-:trale Kurzzeithüllkurve des Sprachsignals darstellt, und N eine gewählte Zahl dieser Faktoren a_m darstellt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzwertbildung in einem Codierer für Differenz-Pulscodemodu- -in lation, bei dem die Augenblickswerte eines zu übertragenden Sprachsignals nach bestimmten Charakteristiken von vorhergehenden Augenblickswerten geschätzt werden und bei dem lediglich die Differenz zwischen den geschätzten Augenblicksignalwerten und 4-, den vorhandenen Sprachsignalwerten übertragen wird, und bei dem die Parameter zur Berechnung der voraussichtlichen Augenblickswerte wiederholt aufgrund von ausgewählten Funktionen geändert werden, um die Differenz zwischen den geschätzten Augen- -5» blickswerten und den tatsächlichen Augenblickswerten des angelegten Sprachsignals zu minimieren.

Ein bekanntes Verfahren zur Verringerung der Redundanz ist die Voraussage-Codierung. Dabei wird die Redundanz dadurch verringert, daß von dem Signal derjenige Teil subtrahiert wird, welcher aus seiner Vergangenheit vorausgesagt werden kann. Für zahlreiche Signale ist die Entropie erster Ordnung des Differenzsignals viel kleiner als die Entropie erster Ordnung des Originalsignals. Somit ist das Differenzsi- bo gnal besser als das Originalsignal zur Codierung für die Übertragung geeignet. Die Voraussage-Codierung bietet somit einen praktischen Weg für die wirksame Codierung von Signalen, ohne daß Speichereinrichtungen großer Kapazität erforderlich sind. h-,

Eines der bekannten Verfahren zur wirksamen Codierung von Nachrichtensignalen sieht die Beseitigung der Signalrcdundan/. durch Verwendung von Voraussageeinrichtungen sowohl im Sender als auch im Empfänger einer Anlage vor. Der laufende Wert des Signals wird an beiden Stellen durch lineare Voraussage geschätzt, die auf den vorher übertragenen Signalen beruht Die Differenz zwischen diesem geschätzten und dem richtigen Wert des Signals wird quantisiert, codifirt und zum Empfänger übertragen. Im Empfänger wird das decodierte Differenzsignal zum vorausgesagten Signal addiert, um das Eingangssprachsignal zu reproduzieren. Solange eine gute Voraussage des jeweiligen Signalwertes durchgeführt werden kann, kann eine wirksame Codierung stattfinden. Sprachsignale sind jedoch nicht stetig, so daß eine Voraussageeinrichtung mit festen Koeffizienten den Wert eines Sprachsignals nicht wirksam voraussagt. Zum Beispiel ist das Sprachsignal während stimmhafter Abschnitte annähernd periodisch. Somit kann eine gute Voraussage des derzeitigen Wertes aufgrund des Wertes erfolgen, der genau eine Periode früher vorliegt. Jedoch ändert sich die Periode mit der Zeit, so daß sich die Voraussageparameter mit der sich ändernden Periode des Eingangssprachsignals ebenfalls ändern müssen.

Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt (»Predictive Coding of Speech Signals«, Proceedings 1967 Conference on Speech Communication and Processing, November 1967, Seiten 360,361), bei dem die Parameter, die bei der Schätzung der Augenblickswerte des Signals verwendet werden, wiederholt geändert werden, um die Differenz zwischen den geschätzten Augenblickswerten und den tatsächlichen Augenblickswerten des zugeführten Sprachsignals zu minimieren. Für Sprachsignale werden die vergangenen Signalintervalle zur Voraussage gewählt, die mit einzelnen Tonhöhenperioden vergleichbar sind. Die Länge der Periode und die Amplitude des Signals innerhalb der Periode werden dabei periodisch neu definiert. Vorzugsweise werden die Parametersignale, welche die Voraussageeinrichtung steuern, alle 5 Millisekunden geändert. Die Parameterwerte bilden sich langsam ändernde Signale, die gut übertragen werden können. Um zu ve- hindern, daß sich Fehler anhäufen, werden bei dem bekannten Verfahren auch schon Sprachsignalproben im Sender rekonstruiert, wobei die Voraussage an den rekonstruierten Sprachsignalen und nicht an den Eingangssprachsignalen durchgeführt wird. Die Differenz zwischen dem derzeitigen Wert des Signals und dem vorausgesagten Wert des Signals wird gegebenenfalls codiert und zusammen mit den sich langsam ändernden Parametersignalen zu einem Empfänger übertragen. Mit dem bekannten Verfahren wird bereits eine gute Qualität der nach der Übertragung reproduzierten Sprache erreicht. Ferner können das binäre Differenzsignal und die Vo-aussageparameter zusammen mit weniger als 10 Kilobit je Sekunde übertragen werden. Das ist wesentlich langsamer als für eine gewöhnliche Pulscodemodulationsübertragung mit vergleichbarer Sprachqualität erforderlich ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das vorstehend erläuterte bekannte Vp.rfahren dahingehend zu optimieren, daß bei möglichst guter Wiederherstellung der übertragenen Sprachsignale die erforderliche Kanalkapazität für die Übertragung möglichst klein wird, ohne dabei andere Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.

Nachfolgend wird die F.rfindiiiig anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F ί g. I das Blockschaltbild einer Sendestelle nach der Erfindung,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer Empfangsstelle nach der Erfindung,

Fig.3 das Blockschaltbild einer sich anpassenden Voraussageeinrichtung, die sich zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eignet,

F i g. 4 das Blockschaltbild, eines geeigneten Voraussage-Parameterrechners,

Fig.5 das Elockschaltbild einer Anordnung zur Berechnung der Werte des Parameters «, der zur Einstellung einer sich anpassenden Voraussageeinrichtung benutzt wird.

Ein voraussagendes Codierungssystem für Sprachsignale enthält: einen Sender (Fig. 1) zur Umwandlung eines Eingangs-Sprachsignals in ein digitales Signal mit niedriger Geschwindigkeit zur Übertragung zu einem Empfänger, einen Voraussage-Parameterrechner (Fig.4), um die Parameter einer sich anpassenden Voraussageeinrichtung (F i g. 3) zu berechnen, und einen Empfänger (Fig.2), um ein Sprachsignal aus dem empfangenen Digitalsigna! zusammenzusetzen.

Ein Blockschema eines Senders ist in F i g. 1 gezeigt.

Ein dem Eingang zugeführtes Eingangs-Sprachsignal wird zunächst in einem herkömmlichen Tiefpaßfilter 10 gefiltert und in der Abtasteinheit U abgetastet Nach dem bekannten Abtast-Lehrsatz beträgt die Abtastgeschwindigkeit das Doppelte der Grenzfrequenz des Filters. Eine geeignete Abtastgeschwindigkeit für Sprachsignale ist 6 kHz, so daß das Tiefpaßfilter 10 eine jo Grenzfrequenz von 3 kHz hat. Die Sprachproben des Abtasters 11 werden um ein Intervall von 60 Proben (10 Millisekunden) durch die Verzögerungsleitung 12 verzögert und dem einen Anschluß des Differenznetzwerks 13 zugeführt, das z. B. ein Subtrahier-Netzwerk ist. (Da der Abtaster 11 das Eingangs-Sprachsignal in eine Folge von kurzen Proben umwandelt, d. h. in eine digitale Form, ist es zweckmäßig, die Arbeitsweise der Schaltung signalprobenweise zu betrachten.)

Ein vorausgesagter Wert Zs der Sprachprobe, der w durch Voraussagen (im Netzwerk 30) des derzeitigen Wertes des Signals, z. B. aufgrund des Wertes der vergangenen Proben γν-\. Γν-ϊ-.- erhalten vjrd, wird einer zweiten Klemme des Netzwerks 13 zugeführt. Die Differenz on zwischen Sn und Zn, die, wenn vorhanden, .»■-, vom Netzwerk ausgeht, wird dann einem Verstärker i4 mit einstellbarer Verstärkung zugerührt und in der Amplitude um einen Faktor Q geändert. Das sich ergebende Signal wird dann auf einen von zwei Pegeln quantisiert, z. B. in dem Quantisierer 15 mit zwei Pegeln, so Um die Konstruktion eines vorausgesagten Wertes des Signals durchzuführen, wird das vom Quantisierer 15 gelieferte Signal in der Amplitude um einen Faktor MQ im Verstärker 16 geändert und dem einen Anschluß des Addiernetzwerks 17 zugeführt. Der vorausgesagte Wert Zn wird dem anderen Anschluß des Addierers 17 zugeführt. Die Summe dieser Signale, die mit Γν bezeichnet wird, bildet das rekonstruierte Signal. Es sei bemerkt, daß zum /V-ten Abtastaugenblick die Voraussageeinrichtung 30 nur höhere Proben (N-], /V-2...) des rekonstruierten Signals benutzt. Die laufende Probe γν des rekonstruierten Signals wird gebildet, nachdem das Differcnzsignal On quantisiert und zum vorausgesagten Wert Zn addiert ist.

Die sich anpassende Voraussageeinrichtung 30, die _h5 die in Fig.3 dargestellte Form aufweisen kann, wird periodisch den sich ändernden Signalbedingungen angepaßt, z. B. nach de,ι Parametersignalen, die im Rechner 40 erzeugt werden. Einzelheiten eines geeigneten Rechners werden später anhand der Fig,4 geschildert. Der Voraussage-Parameterrechner 40 wirkt auf Signalproben, die unmittelbar vom Abtaster 11 geliefert werden, und damit auf Signale vor ihrer Wechselwirkung in der Differenzoperation, da das Signal S_n m der Einheit 12 um eine Zeit verzögert wird, die ausreicht, um dem Rechner 40 die Beendigung seiner Operationen zu erlauben. Bei der in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Form des Rechners wurde festgestellt, daß alle Rechneroperationen in der Zeit beendet werden können, die für etwa 60 Proben erforderlich ist Signale, die unmittelbar vom Abtaster 11 geliefert werden, werden somit mit S_N+6o bezeichnet Die Parametersignale, die mit b, K und «. bezeichnet sind, werden zur Voraussageeinrichtung 30 und unmittelbar zum Multiplexer 18 geliefert In gleicher Weise erzeugt der Rechner 40 ein Signal, das mit Q bezeichnet wird, und das die Verstärkung der Verstärker 14 und J6 (und ihres Gegenstücks im Empfänger) darstellt Dieses Signal wird ebenfallF ;iira Multiplexer 18 geliefert

Das binäre Signal am Ausgang des Quantisierers 15, die Parametersignale zum Einstellen der Voraussageeinrichtung und das Signal Q, das die Verstärkung der Verstärker 14 und 16 darstellt, bilden somit Komponenten des übertragenen Signals. Sie können zur Übertragung an eine entfernte Stelle in irgendeiner gewünschten Weise kombiniert werden, z. B. durch die Tätigkeit des Multiplexernetzwerks 18.

Ein Blockschaltbild eines Empfängers ist in F i g. 2 dargestellt Der Demultiplexer 21 dient dazu, die verschiedenen Komponenten des am Eingang empfangenen, zusammengesetzten Signals zu trennen, nämlich das quantisierte Differenzsignal, die Signale, welche die Voraussage-Parameter angeben und ein Signal, das die Verstärkung der im Sender benutzten Verstärker darstellt. Die Voraussage-Parameter werden zur sich anpassenden Voraussageeinrichtung 30' geliefert, c-ie in jeder Hinsicht der sich anpassenden Voraussageeinrichtung 30 im Sender gleichen kann. Das Signal, das die Verstärkung Q darstellt, wird zum Verstärker 22 geliefert, während die decodierten Differenzsignale ebenfalls zum Verstärker 22 gehen. Nach Einstellen der Verstärkung um den Faktor MQ wird das Dilferenzsignal zu einem vorausgesagten Wert Z^des derzeitigen Werts des Signals addiert, das im Empfänger, z. B. im Addiernetzwerk 23 erzeugt wird. Die rekonstruierten Proben γ'ν gehen zur sich anpassenden Voraussageeinrichtung 30', ferner über das Tiefpaßfilter 24 zu einer Ausgangsklemme. Das Tiefpaßfilter 24, das eine Grenzfrequenz von der Hälfte der Abtastfrequenz hat, glättet die gelieferten Proben, um ein Ausgangssprachsignal r'fijzu erzeugen.

Wenn keine digitalen Kanalübertragungsfehler vorhanden sind, sind offenbar die vorausgesagten Werte Zugleich den am Sender vorausgesagten Werten Zn, da die Voraussageeinrichtung 30' in gleicher Weise wie ihr Gegenstück 30 im Sender eingestellt ist. Demnach ist die rekonstruierte ProL _· γ'ν im wesentlichen gleich γν im Sender. Offensichtlich ist' der Fehler zwischen der rekonstruierten Sprachprobe r_N und der Einpangssprachprobe Sv gleich der Differenz ö"n—Cn zwischen dem Ausgang des Verstärkers 16 und dem Eingang des Verstärkers 14. Da im Mittel die Energie der Proben On viel kleiner im Vergleich zur Energie der Proben Sn ist, beträgt die Quantisierungs·Rauschenergie im rekonstruierten Sprachsignal einen kleinen Bruchteil der

Energie im Eingangssprachsignal. Das Ausgangssignal r(l)hl somit eine außerordentlich enge Annäherung an das Signal, das als Eingang zum Sender geliefert wurde.

Zwei der Hauptursachen der Redundanz in der Sprache sind (1) die Quasi-Periodizität während der gesprochenen Abschnitte und (2) der Mangel an Flachheit der spektralen Kurzzeit-Hüllkurven. Die Redundanz infolge der quasi-periodischcn Natur der Sprache wird durch eine lineare Voraussageeinrichtung verringert, die z. B. aus einer Verzögerung und einer Verstärkung besteht. Die ^-Transformation der Voraussageeinrichiung ist gegeben durch

(:) = hz

wobei 7.- ^K eine Verzögerung von /(-Proben und beinen Amplitudenfaktor darstellt. Für stimmhafte Sprache entspricht die Verzögerung K nominell einer Tonhöhen-Periode. Der Faktor b kompensiert mögliche ungleiche Amplituden des Sprachsignals während benachbarter Schrittperioden. Während des Anfangs des Sprechens ist b häufig größer als Eins; das Umgekehrte ist am finde eines gesprochenen Abschnitts der Fall. Bei stimmlosen Sprachtönen liegt b gewöhnlich dicht bei Null.

Die durch die spektrale Hüllkurvc der Sprache verursachte Redundanz wird mit Hilfe einer linearen Voraussageeinrichtung achter Ordnung verringert. Die /Transformation einer solchen Voraussageeinrichtung ist gegeben durch

s
V

Eine lineare Voraussageeinrichtung achter Ordnung verringert die Redundanzen infolge von drei Formanten der Rachen- und Mundhohlraum-Übertragungsfunktion und der spektralen Hüllkurve der l.autquelle wesentlich.

Eine sich anpassende Voraussageeinrichtung. die für Sprachsignale geeignet ist und die diesen Betrachtungen entspricht, ist in F i g. 3 dargestellt. Sie besteht im wesennicneN aus /.wet getrennten inieaicii »utdussdgcsystemen, die Übertragungscharakteristiken entsprechend den Gleichungen (1) und (2) zeigen, sowie aus Mitteln zu deren Kombination.

Rekonstruierte Signalproben t_n (geliefert vom Addiernetzwerk 17 des Senders und dementsprechend vom Addiernetzwerk 23 des Empfängers) gehen zur Speichereinheit 31. Diese F.inheit ist so ausgerüstet, daß sie ein veränderliches digitales Signal y„ für Werte von π = -120. - 119. .._ -1.0. +1. ... +29 speichert. Somit hat sie eine Speicherkapazität von 130 Digits. Von diesen werden die letzten 30 Digits alle 5 Millisekunden ersetzt. Alle 5 Millisekunden wird die Speichereinheit 31. z. B. durch einen Impuls vom Zeitgeber 37 betätigt, derart, daß das Signal in der Speicherstelle y_K das an der Stelle y_i gespeicherte Signal ersetzt das Signal y^ das Signal y-2 ersetzt usw. Damit wird alle 5 Millisekunden eine neue Gruppe von Proben in die Stellen V-_: ..„ V-\m weitergeleitet, um eine gespeicherte Folge von »vergangenen« Proben zu bilden. Die Stellen y» - - - _Vo werden frei gemacht und stehen den ankommenden rekonstruierten Signalen rv für die nächsten 30 Probenintervalle zur Verfugung.

Während 'edes 5 Mülisekunden-intervalls werden die Werte von y*die in den Stelleny-\ ..^y~ 120gespeichert sind, nacheinander zur arithmetischen Einheit 32 gegeben, die so ausgerüstet ist, daß sie den Wert c entsprechend der Gleichung (la) für jeden Wert von y, berechnet. Die Gleichung (la), nämlich

ο = by_n

definiert eine Eingangs-Ausgangscharakteristik, die dei Form der Gleichung (I) entspricht und gibt eir Ausgangssignal c\ für jeden gelieferten Wert von y_n~K Die notwendigen Faktoren b und K werden der arithmetischen Einheit 32 vom Voraussage-Parameterrechner 40 (Fig. I) zugeliefert. Die entstehender Signale gehen sowohl /ur arithmetischen Einheit 33 al· auch zur arithmetischen Einheit 34.

"■ Die arithmetische Einheit 33 ist so programmiert, dal: sie Werte von U_n entsprechend der Beziehung

U_n = r_v - c, (3)

liefert. Der Aufcenbliekswert von rwgeht vom Eingang

.'ti der sich anpassenden Voraussagecinrichtung 30 /ur arithmetischen Einheit 33. die aus einem einfachen Subtrahiernetzwerk besteht.

In gleicher Weise liefert die Speichereinheit 35 eine digitale Spcichcrmöglichkeit für ein veränderliches 11,

:; für Werte von η = -8.... -1,0 +29. Die Einheil

35 kann ein Schieberegister oder dergleichen sein. Sie wird alle 5 Millisekunden, z. B. durch einen Impuls vom Zcitgebe^r .37 rückgestellt, um die in den Stellen 22 bis + 29 gespeicherten Signale in die ersten 8 Stellen zu

in schieben, und die Stellen 0 bis +29 für ankommende Signale freizumachen. Die freien Speicherstellen werden nacheinander mit Werten des Signals ungefüllt, die von der arithmetischen Einheit 33 erzeugt werden Während jedes 5 Millisekunden-Intervalls werden die in

r> der Einheit 35 gespeicherten Werte von U_n zur arithmetischen Einheit 36 geliefert, die so eingerichtet ist. daß sie Werte von C₂ entsprechend der Gleichung (2a) berechnet, die wie folgt lautet:

m= I

Ca)

Die Gleichung (2a) entspricht der verallgemeinerten Beziehung der Gleichung (2). Im wesentlichen ist die arithmetische Einheit 36 ein kumulatives Multiplikator-Netzwerk, das das Produkt von λ und ο für Werte von m = 1 bis m = 8 für jeden vom Speicher zugelieferten Wert von u„ summiert. Die notwendigen Amplituden· -,ο faktoren \ werden der Einheit 36 vom Voraussageparameterrechner 40 (Fig. 1) zugeliefert. Die berechneten Werte von C2 gehen zur arithmetischen Einheit 34, wc sie arithmetisch zu den Werten von ei, die durch die arithmetische Einheit 32 nach Gleichung (4) geliefert werden, wie folgt addiert werden:

= C₁ + C₂ ■

Die arithmetische Einheit 34 besteht aus einem

bo Addiernetzwerk.

Die entstehenden Werte von Zn bilden den vorausgesagten Wert der ankommenden Sprachsignalprobe S* und gehen als Ausgangssignal zum Subtrahiernetzwerk 13 des Senders (Fig. 1) und entsprechend zum

b5 Addiernetzwerk 23 des Empfängers (F i g. 2). Die oben beschriebenen arithmetischen Operationen werden für jeden Wen von η von 0 bis 29 nacheinander durchgeführt. Bei der obigen Diskussion gibt die ganze

Zahl /V die Zählung der laufenden l'mbe des Eingangssignals, d.h. vom Probenabtaster 12 (Fig. I), und zwar minus 60 Proben, um die Verzögerung von 10 Millisekunden zu berücksichtigen. Die ganze Zahl /V gibt eine entsprechende Zählung innerhalb jeder einheit ab. Die veränderlichen u„ und r,v werden nacheinander in den Spnichereinheiten 31 bzw. 35 gespeichert, und /war in den Stellen 0 bis 29. Alle 5 Millisekunden werden beide Speichereinheiten, wie oben beschrieben, rückgestellt und nachfolgende Proben von r/v in den Stellen 0 bis 29 in der .Speichereinheil 31, und nachfolgende Proben u„ in den Stellen 0 bis 29 in der Speichereinheit 35 wieder gespeichert.

Die Parameter für die sich anpassenden Voraussageeinrichtungen im Sender und im Empfänger werden in speziellen Recheneinrichtungen berechnet, welche die in Fig. 4 dargestellte Form haben können Derartige Einrichtungen erzeugen die Voraussage-Parameter, die notwendig sind, um die Voraussageeinrichtung trotz des unstetigen zeitlich veränderlichen Charakters der Eingangs-Sprachsignale optimal einzustellen. Die Voraussage-Parameter werden alle 5 Millisekunden neu berechnet, um sicherzustellen, daß die Erzeugung wirksam ist, auch wenn sich die Sprachcigenschaftcn verhältnismäßig schnell ändern.

Die Eingangs-Sprachproben Ss+to vom Probenabta ster H (Fig. 1) gehen zur Speichereinheit 41, die mit ausreichend Speicherkapazität ausgerüstet ist. um sich einer Reihe u■„ mit einer Form anzupassen, die der oben beschriebenen gleicht. Ankommende Proben werden

somit in der Reihe u-\₂o "-ι. H₀ hiq

gespeichert. Die Probe an der Stelle kv, = Sa/+«λ

diejenige an der Stelle W₁ = Sm+μ usw. bis

H'2i = S.utsv. wobei M die Probennummer der ersten Probe der laufenden »Gruppe« von Proben, d. h. Proben in einer 5 Millisekunden-Gruppe anzeigt. Die Speichereinheit 41 wird alle 5 Millisekunden rückgestellt, z. B. durch einen Impuls vom Zeitgeber 37 der Fig. 3 (Verbindungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt), derart, daß iv, = ιν,+M für alle Werte von j= -120, .., -1 ist. Dementsprechend werden die

UC V Λ "II" 1 J f

macht und verwendet, um neue, vom Abtaster 11 ankommende Proben zu speichern. Die Reihe von 30 neu erzeugten Proben bildet eine neue Gruppe von Signalen.

Die Signale der Speichereinheit 41 gehen parallel zur arithmetischen Einheit 42. wo die rechnerischen Werte Xj entsprechend Gleichung (5) wie folgt berechnet werden:

^λη->

29

Σ*ί

π = 0

29

l/2

15)

Die arithmetische Einheit 42 enthält einzelne Recheneinheiten 42a, 426,..., 42n, die parallel arbeiten, um Xj entsprechend der Gleichung für Werte von

j= 15 , 120, zu berechnen. Es kann ein spezieller

Rechner, der entsprechend der zu verwendenden Gleichung programmiert ist, zur Berechnung dieser Signalwerte oder alternativ von verschiedenen arithmetischen Operationen, z. 3. Multiplikation, Summierung, Wurzelziehen und Division serienmäßig nach bekannten Verfahren ausgeführt werden.

Die berechnete Reihe von Werten von X, d. h. Xn

A"ii geht parallel /um .Spitzenbestimmungsnetzwerk

43. wo der größte Wen von X bestimmt wird. So findet das Spitzenbestimnnintrsnctzwerk 43 den Wert von j. so \ d:iR X, das Maximum aller Werte von X ist. Netzwerke zur Abnahme des »größten« Werts einer Vielzahl von Signalen sind bekannt, l'.in geeignetes Netzwerk enthält typischerweise eine fortschreitend vorgespannte Diodenmatrix.

in Der Index des größten gewählten Wertes von X ist mit Al' bezeichnet, er wird als ein Parameter geliefert, der notwendig ist, um die sich anpassenden Voraussageeinrichtungen an den Sende- und Empfangsstellen einzustellen.

ι) Der Parameter K geht ferner zum b Rechner 44 und zur arithmetischen Einheit 45. Der Rechner 44 erhält ferner die Signale w_r von der Speichereinheit 41. Er berechnet b aus diesen Daten nach der Gleichung (6) wie folgt:

Σ«

π = 0
29

Σ "'» J

1 = 0

Wie vorher kann ein spezieller Rechner oder eine κι herkömmliche Anordnung von arithmetischen Einheiten zur Berechnung von b verwendet werden. Der berechnete Wert von £> bildet ebenso einen Parameter, der notwendig ist, um die sich anpassenden Voraussageeinrichtungen einzustellen. Werte von b werden ferner '., zur arithmetischen Einheit 45 geliefert.

Die arithmetische Einheit 45 ist so eingerichtet, daß sie eine Reihe von Signalwerten u„ nach Gleichung (7) für Werte von η = 0 29 liefert.

I! = 0

">Q

Die Werte der Signale in der Reihe w„ gehen vom Speichernetzwerk 41 zur arithmetischen Einheit 45.

Die verschiedenen oben angegebenen Berechnungen werden in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Die Unteroperationen, z. B. die Berechnung der Werte von X in der arithmetischen Einheit 42, von b im Rechner 44 und von u„ in der arithmetischen Ein! eit 45 werden in parallelen Kreisen in diesen Einheiten durchgeführt.

Alle 5 Millisekunden wird die Reihe der Signalwerte u„ ir. die Speichereinheit 46 übertragen, um die früheren Reihen von Signalen im Speicher zu ersetzen. Die Speichereinheit 46 speichert somit eine Reihe von

Signalwerten if_s. i/_₇ , tf-i, üb,.., O₂₉. Alle 5

Millisekunden werden die Werte u-g,..^ u-\ durch die Werte un,..^ U₂₉ ersetzt. Die ankommenden Proben werden in die freigemachten Speicherstellen uo,..., us eingebracht Somit werden die Signale t/o,..., u» nacheinander gespeichert, wie sie in der Speichereinheit 46 empfangen werden.

Unter dem Einfluß von Zeitgebersignalen wird eine Reihe von Signalwerten u„ periodisch von der Speichereinheit 46 abgelesen und zur arithmetischen Einheit 47Λ übertragen. Diese Einheit besteht aus 36 arithmetischen Einheiten, die mit /Ί,ι; f\.r.--\ /i.g; /2.2; /2,3;...; /ze; /3.3;-·-; &8 bezeichnet sind und die parallel arbeiten.

Jede Einheit dient dazu, einen Wert von /'entsprechend Gleichung (8) wie Folgt zu berechnen:

29

ill,,

(S)

Index /' ändert sich von I bis 8
Index / ändert sich von / bis 8

Die Berechnungen von f,., werden gleichzeitig ausgeführt und die mit F bezeichneten Ausgangswerte periodisch zum Rechner 48 gegeben.

Die Reihe von Signalen u„ geht ferner zur arithmetischen F.inheit 47B, wo eine Reihe von Werten nach der Gleichung (9) wie folgt ausgerechnet wird:

29
Äj = Σ

"„»„

Die arithmetische Einheit 47 ß besteht vorzugsweise aus einer Reihe von 8 einzelnen Einheiten, die parallel arbeiten, um die verschiedenen Werte von g zu

berechnen. Die sich ergebende Reihe g\ gn, die mit C

bezeichnet wird, geht alle 5 Millisekunden zum Rechner 48.

Der Rechner 48 ist so programmiert, daß er die Matrixgleichung

h\ = G

(10)

.. löst, um Werte von λ zu liefern. Wenn auch jeder

,;i' spezielle Rechner für diese Berechnung programmiert

Sb werden kann, so wird doch eine geeignete Anordnung

ρ unten anhand Fig. 5 beschrieben. Es genügt hier zu

f. sagen, daß der Ausgang des Rechners 48 eine Reihe λ

;·'■ von Signalwerten a\, az a» ist. die Parameterwerte

H bildet, welche notwendig sind, um die sich anpassenden

Hf Voraussageemnchtungen an den äenae- und tmptangs-

(ΐ stellen einzustellen. Diese Signale gehen demnach

-ν unmittelbar zur sich anpassenden Voraussageeinrich-

i/ tung 30 im Sender (Fig. 1) und zum Multiplexer 18 im

λ Sender, um zum Empfänger und zur sich anpassenden

P Voraussageeinrichtung 30' geliefert zu werden.

Die Reihe λ geht ferner zum Q-Rechner 49. Der

:■: Rechner 49 bildet eine arithmetische Einheit, die so

j; eingerichtet ist, daß sie Werte von Q entsprechend der

si Beziehung

n = 0

CmK_n-,

(II)

berechnet. Arithmetische Einheiten zum Erhalt von Produkten, Summierungen, Differentialen, absoluten Werten usw. sind dem Fachmann bekannt. So berechnete Werte von Q werden sowohl im Sender als auch im Empfänger benutzt, um die Verstärkungen der verschiedenen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung in den Voraussagenetzwerken einzustellen. Im Sender werden die Werte des Signals Q benutzt, um die Verstärkungen der Verstärker 14 und 16 einzustellen, im

Empfänger, um die Verstärkung des Verstärkers 22 einzustellen.

Wenn auch die verschiedenen einzelnen Bearbeitungsgänge, die zur Berechnung der verschiedenen Zwischen-Parameierwerte erforderlich sind, in den Einrichtungen der Fig.4 nacheinander stattfinden, so finden doch offensichtlich in den verschiedenen Rechnereinheiten in jedem Gruppenintervall im wesentlichen augenblickliche Verarbeitungen statt. Die verschiedenen Parameter-Signalreihen werden von einer Einheit zur nächsten, z. B. mit Impulsen eines Zeitgebers (wie des Zeitgebers 37 in F i g. 3) weitergelcitet.
Die verschiedenen Voraussage-Parameter und der

i) Verstärkungsfaktor ζ) werden alle 5 Millisekunden neu berechnet; die berechneten Werte werden für die Dauer von 5 Millisekunden festgehalten der Periode, in der die Voraussage-Parameter optimiert wurden. Infolge der Verzögerung von 10 Millisekunden der ankommenden

:n Signale im Sender berechnet der Voraussage-Parameterrechner die Parameter vor der Zeit, in der sie im Sender benötigt werden. Die sich anpassenden Voraussageeinrichtungen werden kurz vor der Ankunft der ersten Sprachprobe jeder Gruppe im Sender riickge-

.'"> stellt.

Die Operationen, die zur Berechnung von χ nach Gleichung (10) ausreichen, sind z.B. auf den Seiten 145—146 der »Computational Methods of Linear Algebra« von D. K. Faddeevund V. N. Faddena

in (englische Übersetzung von R. C. Williams), veröffentlicht von W.U. Freeman & Co.. San Francisco, I96J beschrieben. Wenn auch in der Literatur beschriebene herkömmliche Operationen verwendet werden können, so v/ird doch eine Anordnung, die sich als besonders

β > geeignet erwiesen hat. in dem Blockschema der F i g. 5 dargestellt.

In Fig. 5 geht die Reihe von Signalen Fdie Werte von /"darstellt, die in der arithmetischen Einheit MA erzeugt werden, zu den arithmetischen Einheiten 51.

Das System von arithmetischen Einheiten wirkt auf die zugelieferten Werte von f, um eine Reihe von abgeänderten Funktionen zu erzeugen, die mit h,.,

bezeichnet werden, und zwar für Werte von / = 1 8

und tür Werte von j = ;,....». Die werte von η werden

■n einzeln in der Speichereinheit 52 gespeichert. Die arithmetische F.inheit 51a erzeugt z. B. einen Wert von Λι.ΐ nach der Gleichung (12) wie folgt:

'»1.1 = i/l.l

(12)

Offensichtlich besteht die arithmetische Einheit 51a aus einer Quadratwurzel-Einrichtung. Die Werte von Λι.2, ■ ■-, Λι.β werden in der arithmetischen Einheit 5Ii) nach der Gleichung (13) berechnet, nämlich

h -

J= 1 8.

(13)

Offensichtlich besteht die arithmetische Einheit 5lb aus einer Vielzahl von einzelnen Einheiten zur Erzeugung eines Quotienten-Signals. Der notwendige Wert von Λι, ι wird von der Speichereinheit 52 zur arithmetischen Einheit5\bgeliefert

ϊπ gleicher Weise werden nacheinander Werte von hij in den arithmetischen Einheiten 51 fortschreitend

von iitii.s nach rechts in der Zeichnung nach der Beziehung:

i- 1

I= I

K, =

2< i<8,

i-l

Ji.j- Σ '"'· ■'''■>
I^ I

''U

j> i und 2 < / < 8.

geliefert.

Offensichtlich führen die in der Zeichnung dargestellten, und mit 51 c, 51 e und 5 ig bezeichneten Einheiten die Berechnung nach Gleichung (14), d. h. für die Werte von

/)2.2, hy ι h-s durch. Die übrigen Rechnungen nach

Gleichung (15) werden in den Einheiten 5\d, 51/"usw. durchgeführt.

Es ist selbstverständlich möglich, daß Werte von h,,j zeitweise Null sind. Um daher jede Zweideutigkeit bei der Berechnung von Funktionen nach den Gleichungen (14) und (15) zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine willkürliche Regel zur Anpassung an diese Situation vorgeschrieben. Es kann selbstverständlich auch eine ähnliche Regel verwendet werden. Nach der gewählten Regel wird zu jedem Eingang für einen festgestellten Eingang Null ein Zusatz ε addiert. Als Ergebnis nimmt der Eingang stets einen endlichen Wert an, so daß die erforderliche Teilungsoperation stattfinden kann. Ein kleines Signal e, das z. B. von der Batterie 53 kommt, geht zum Addierer 54 in den Eingangsschaltungen der erforderlichen arithmetischen Einheiten 51. Die Größe von f. wird nach den relativen Signalgrößen, angepaßt i'n die Einheiten 51, so gewählt, daß sie in bezug auf die Signalberechnung unbedeutend ist. daß sie jedoch ausreicht, um die Zweideutigkeit bei der Division durch

Null zu vermeiden. Wenn gewünscht, kann der Schalte: 55 benutzt werden, um den ε-Kreis zu öffnen, wenn kein Signal Null festgestellt ist.

Die berechneten Werte von h werden den arithmetischen Einheiten 56 zusammen ir.it den Werten von G (von df;r arithmetischen Einheit MB) zugeführt, wobei die Funktionen p, wie folgt erzeugt werden:

_ ^G- ^Pi ~ hu

Pj =

i-l

⁰J- Σ ^h'

I= I

'hj. J

(16)

Die Reihe von Werten von p. nämlich p\ p» wird in

den Speichereinrichtungen 57 gespeichert und nach Bedarf zu den arithmetischen Einheiten 58 gegeben, wo eine Reihe von Signalwerten ix für die Werte von ;= 1 8 nach der Gleichung

Pj- Σ ^hJ-'

I=) H

(17)

erzeugt wird.

Die notwendigen Werte von h für diese Berechnung werden von der Speichereinheit 52 zugeliefert. Die entstehende Reihe von Werten λ geht zur Speichereinrichtung 59. Diese Reihe wird periodisch zur arithmetischen Einheit 49 für die Berechnung von Q und zu den sich anpassenden Voraussageeinrichtungen 30 Lind 30' (Fi g. 3) geliefert.

Hierzu 4 Blatt ZcichmmuLMi

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Schätzwertbildung in einem Codierer für Pifferenz-Pulscodemodulation, bei dem die Augenblickswerte eines zu übertragenden Sprachsignals nach bestimmten Charakteristiken von vorhergehenden Augenblickswerten geschätzt werden und bei dem lediglich die Differenz zwischen den geschätzten Augenblicksignalwerten und den vorhandenen Sprachsignalwerten Obertragen wird, und bei dem die Parameter zur Berechnung der voraussichtlichen Augenblickswerte wiederholt aufgrund von ausgewählten Funktionen geändert werden, um die Differenz zwischen den geschätzten Augenblickswerten und den tatsächlichen Augenblickswerten des angelegten Sprachsignals zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Schätzwerte durch eine Voraussageeinrichtung erfolgt, die durch eine z-Transforraarion gekennzeichnet ist, die gegeben ist durch