Фонемные вокодеры (ФнВ)
ФнВ предназначены для получения компрессии речевых сигналов, близкой к предельной. На передающем конце производится анализ речевых сигналов и определяется какая из фонем в данный момент произносится. По каналу связи передаются сигналы, характеризующие номер фонемы. При обычной речи произносится около 10-ти фонем в сек. Поскольку число фонем в русском языке не превышает 64, то достаточно пропускать по каналу связи 60 имп/сек (6-тизначный код 10 раз/сек), что соответствует ширине полосы около 40 Гц. Структурная схема ФнВ на рис.6.
РИС.6
В ФнВ узнаваемость голосов отсутствует, качество звучания речи невысокое главным образом из-за того, что анализаторы не обеспечивают необходимой точности выделения фонем из слитной речи. Создание приемлемого по качеству речи синтезатора особых трудностей не представляет. Анализаторы в ФнВ выполняются с учётом статистических свойств и характерных особенностей речевых сигналов. В процессе анализа выделяются различные параметры, характеризующие речевой сигнал: распределение энергии по частоте, местоположение и интенсивности формант, распределение переходов через ноль на коротких отрезках времени и т.д. Выделенные и переданные по каналу связи параметры сопоставляются с хранящимися в памяти анализатора значениями параметров, соответствующих параметрам эталонных фонем, слогов или слов. Каждой фонеме соответствует определённая кодовая комбинация, которая передаётся в канал после того, как будет определено к какой из эталонных фонем ближе всего эталонный речевой сигнал.
Методы используемые в анализаторах ФнВ могут быть применены не только для уплотнения каналов связи, но и для создания автоматических пишущих машинок, печатающих с голоса, и для управления различными мех-ми и процессами. Особый интерес к ФнВ проявляется в последнее время, т.к. создание высококачественного ФнВ может не только дать большой выигрыш по ширине полосы канала связи, но и решить проблему ввода-вывода речевой информации в ЭВМ, т.е. обеспечить непосредственный контакт человека с ЭВМ или роботом.
Ортогональные вокодеры (ов)
Как отмечалось выше, в полосовых вок-рах огибающая спектра речевых сигналов аппроксимируется ступенчатой кривой, а в формантных – резонансными кривыми. Очевидно, что огибающую спектра можно аппроксимировать и другими способами, например, представить в виде суммы парабол, функции (sin X)/X, гармонических или других ортогональных ф-ций. При таких способах аппроксимации на передающем конце канала производится выделение огибающей спектра речевого сигнала и разложение её в ряд. Затем у каждого члена ряда определяются коэф-ты и их значение, являющиеся параметрами речевого сигнала, передаются по каналу связи. На приёмном конце синтезируется огибающая спектра речевого сигнала. Вокодеры такого типа обычно называют ортогональными или гармоническими вокодерами. Генератор речевого спектра, объединяющее и разъединяющее устройства, устройство выделения сигналов основного тона или тон-шум в ОВ могут быть выполнены также, как и в полосном. Структурная схема ОВ имеет вид:
(РИС.7)
В
качестве устройства выделения огибающей
может быть использована гребенка
полосовых фильтров с их большим
количеством. С помощью матричной схемы
производится выделение коэффициентов
- членов ряда. Схема матрицы варьируется
от того, по каким ортогональным функциям
производится разложение в
ряд.(тригонометрические функции, функции
Досселя, полиномы Лежандра, и т.д.).
Управляющее устройство служит для
получения на основе значений коэффициентов
членов ряда сигналов, необходимых для
управления многополюсником. С помощью
управляющего устройства и многополюсника
с переменной характеристикой синтезируется
частотная характеристика, соответствующая
огибающей спектра речевого сигнала.
Управляющее устройство и многополюсник
могут представлять собой единое
устройство. Схема гармонического
вокодера впервые была предложена
Пироговым в 1958 г. Позднее появились
разновидности этой схемы, например
косинусной, логарифмический, Чебышевский
вокодеры. Все они несколько отличаются
схемным выполнением, однако общая
структурная схема остается такой же,
как на рис.7. Для передачи каждого из
коэффициентов разложения в ряд необходима
такая же полоса, как и для передачи
уровней в полосовом вокодере. Число
коэффициентов, значения которых надо
передавать, равно 8-10 и следовательно
полоса частот в канале связи будет такой
же как и у полосовых вокодеров. Звучание
речи на выходе гармонических вокодеров
существенно отличается от натурального,
речь сопровождается искажениями и
призвуками, также как и у фонемных
вокодеров, так и для полосовых вокодеров.
Канальный вокодер
Канальные вокодеры разработаны в 1928 году. Основная часть процесса кодирования в канальных вокодерах состоит в определении коротковременного спектра сигнала. (Рисунок 8)
Б
N1