DE3736193C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sprachsignal-Kodierverfahren, wo­ nach PCM-kodierte Sprachdaten in zeitlich gesteuerter Folge in Blöcke unterteilt werden, wobei jeder Block eine vorbe­ stimmte Anzahl Daten hat.

Aus der WO 86/04 198 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen digi­ taler Signale beispielsweise PCM-Signale bekannt, die zeit­ lich in aufeinanderfolgende Blöcke aufgeteilt sind. Diese Si­ gnale werden zu einer Filtereinheit übertragen, wobei die Filtereinheit aus einem sogenannten Kodierfilter oder Diffe­ rential-Verarbeitungsfilter besteht, um einen Schätzungsfeh­ ler für ein Signal für jeden der Blöcke zu erhalten. Das Ko­ dierfilter besteht aus einer Vielzahl von Einzelfiltern bzw. Filtereinheiten. Die mit Hilfe der Filter erzeugten maximalen Absolutwerte, die mit einem Koeffizienten multipliziert sein können, werden untereinander verglichen und durch Auswahl eines Filters, welches zu einer Minimierung des Wertes führt, können die Eingangs-Digitalsignale über die Filter übertragen werden, welche den größten Wirkungsgrad für jeden der Blöcke haben, d. h. es wird dabei ein sehr kleiner Schät­ zungsfehler realisiert.

Aus der DE 34 11 962 A1 ist eine Datenübertragungseinrich­ tung bekannt, welche aus einer Übertragungsdaten- und Skalierinformations-Bildungseinrichtung und einer Daten­ kompressionseinrichtung besteht und auch zur Übertragung von PCM-kodierten Audiosignalen, also Sprachsignalen, ge­ eignet ist. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird ein Skalier-Datenwert identifiziert, welcher ein höchstwerti­ ges Bit darstellt, das einen Maximalwert eines absoluten Signalwerts in jedem der Blöcke entspricht. Es werden fer­ ner Kodedaten aus einer vorherbestimmten Anzahl von Daten­ bits gebildet, welche das höchstwertige Bit einschließen, um dadurch die Sprachdaten zu verdichten. Ferner werden die Kodedaten so korrigiert, daß ein Fehler zwischen einem dekodierten Wert der Kodedaten und einem originalen Sprachmuster, welches diesen Kodedaten entspricht, auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Es muß im Falle einer Übertragung eines Sprachsignals mit Hilfe einer schnellen, digitalen Übertragungsleitung oder im Falle einer digitalen Verarbeitung eines Sprachsignals, um so ein Sprachsignal für eine Verwendung in einer Spracherwiderungseinrichtung zu speichern oder zu synthe­ tisieren, irgendwie ein Sprachsignal in ein digitales Si­ gnal umgesetzt werden. Ein Sprachsignal ist im wesentli­ chen ein analoges Signal mit einem Frequenzband zwischen 0,3 bis 3,4 kHz. Um ein solches Sprachsignal in ein digi­ tales Signal umzusetzen, kann beispielsweise ein Analog- Digital-Umsetzer mit einem Auflösungsvermögen von 8 Bit bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz (Puls-Code-Modulation oder einfach ein PCM-Kodierverfahren) verwendet werden. Um dieses digitale Signal wieder in das ursprüngliche Sprach­ signal zurückzubringen, kann ein Digital-Analog-Umsetzer mit einer Auflösung von 8 Bit bei der Abtastfrequenz von 8 kHz verwendet werden, um damit das digitale Signal in ein analoges Signal umzusetzen, wenn es für eine Wellen­ formung ein Tiefpaßfilter durchläuft. In diesem Fall gilt, je größer das Auflösungsvermögen jeder der A/D- und D/A- Umsetzer, und folglich die Bitbreite der PCM-Kodierung ist, um so größer ist die Qualität einer wiedergegebenen Sprache.

Ein derartiges PCM-kodiertes Sprachsignal hat eine Bitrate pro Sekunde (Datengeschwindigkeit) von 64 kbps; um folg­ lich ein Sprachsignal mit einer derart hohen Bitrate zu übertragen, ist ein extrem hoch-qualitativer Übertragungs­ weg erforderlich. Außerdem ist zum Speichern eines derar­ tigen Sprachsignals ein Speicher mit einer sehr großen Ka­ pazität erforderlich. Folglich sind auch verschiedene Vor­ schläge unterbreitet worden, um die Bitrate eines Sprach­ signals zu reduzieren. Einer dieser Vorschläge ist das differentielle PCM-Kodierverfahren, in welchem Differenzen von PCM-Kodes zeitlich gesteuerter Reihenfolge gebildet werden. Das differentielle PCM-Kodierverfahren benutzt die Redundanz, welche auf der Korrelation von Sprach-Wellen­ formen basiert. Schwankungen im Wert zwischen benachbarten Abtastwerten fallen in den meisten Fällen in einen be­ grenzten dynamischen Bereich, so daß die Anzahl an Bits pro Abtastvorgang reduziert werden können. In dem adapti­ ven differentiellen Puls-Code-Modulations-Kodierverfahren gemäß den CCITT-Empfehlungen, welches eine Verbesserung gegenüber dem differentiellen PDM-Kodierverfahren ist, ist die Bitrate von 32 kbps realisiert worden.

Andere vorgeschlagene Verfahren schließen das adaptive Prädiktions-Kodierverfahren mit adaptiver Bit-Zuordnung (APS-AB), bei welchem die nicht-stehende Charakteristik eines Sprachsignals und die lineare Prädiktions-Möglich­ keit ausgenutzt werden, und das Linienspektrumpaar-(LSP)- Verfahren ein, welches auf einem Sprachanalyse/-Synthese- Verfahren basiert, jedoch sind diese adaptiven PCM-, APC- AB- und LSP-Kodierverfahren in ihren Kodier- und Dekodier­ prozessen sehr kompliziert, und eine Einrichtung zum Durchführen dieser Kodier- und Dekodierprozesse wird sehr teuer.

Andererseits gibt es das quasi-momentane Kompandierverfah­ ren als eines der hochqualitativen PCM-Sprachübertragungs­ verfahren in Verbindung mit Telekommunikationssatelliten. Entsprechend dem quasi-momentanen Kompandierverfahren wer­ den auch hier PCM-kodierte Sprachdaten in zeitlich ge­ steuerter Folge in Blöcke aufgeteilt, die jeweils eine vorherbestimmte Anzahl Daten haben, und Skalier- bzw. Nor­ mierungsdaten, welche das höchstwertige Bit darstellen, welches dem maximalen Wert im Absolutwert eines Signals in jedem der Blöcke entspricht, werden identifiziert, worauf beim nächsten Schritt Codedaten aus einer vorherbestimmten Anzahl von Daten gebildet werden, welche das höchstwertige Bit enthalten. Das quasi-momentane Kompandierverfahren ist in dem Kodierprozeß verhältnismäßig einfach, und die Bit­ anzahl eines Abtastwertes kann bequem reduziert werden. Jedoch ist das quasi-momentane Kompandierverfahren im Wir­ kungsgrad nicht zufriedenstellend.

Unter diesen Umständen ist als ein mögliches Verfahren zum Verbessern des Wirkungsgrades des quasi-momentanen Kompan­ dier-(Verdichtungs- und Dehnungs-)Verfahrens eine Kombina­ tion aus dem differentiellen PCM-Kodierverfahren und dem quasi-momentanen Kompandierverfahren denkbar. Auch wenn im allgemeinen das quasi-momentane Kompandierverfahren bei dem differentiellen PCM-Kodierverfahren leicht anwendbar wäre, würden jedoch während einer Verdichtung verlorenge­ gangene Bits einen Übertragungsfehler bewirken, so daß sich ein derartiger Fehler an dem Integrator des Empfän­ gers häufen würde, was zu einem unmöglichen empfangssei­ tigen Zustand führen würde. In dieser Hinsicht wird nach­ stehend im einzelnen der Fall in Betracht gezogen, bei welchem ein in Fig. 10a dargestelltes Sprachsignal ent­ sprechend einem Kodierverfahren kodiert wird, welches da­ durch bestimmt ist, daß eine quasi-momentane Kompandierung bei dem differentiellen PCM-Kodierverfahren angewendet wird. Für das differentielle PCM-Kodieren wird zuerst die­ ses Sprachsignal beispielsweise mit der Abtastfrequenz von 8 kHz abgetastet, und differentielle Werte zwischen den Abtastwerten werden festgelegt. Hierbei wird ein differen­ tieller Wert zwischen den benachbarten Abtastwerten durch 8 Bitdaten mit einem Vorzeichen, d. h. 8 Bitdaten in der Darstellung eines Zweierkomplements, dargestellt. Unter den quasi-momentanen Kompandierbedingungen wird ein Block durch acht Abtastwerte gebildet, und die Übertragungsdaten pro Abtastwert enthalten drei Bits. Außerdem enthalten die Skalier- bzw. Normierungsdaten drei Bits.

Es wird nun angenommen, daß differentielle Werte für diese acht Abtastwerte #1 bis #8 erhalten worden sind, wie in Fig. 11a dargestellt ist. In diesem Block ist ein Maximum im Absolutwert unter den differentiellen Werten ein Ab­ tastwert #1, so daß die Skalier- bzw. Normierungspositio­ nen POS in diesem Fall als das höchstwertige Bit in dem Bitmuster des Abtastwerts #1 festgelegt wird, welches Bit 4 ist. Folglich wird der Wert der Normierungsposition POS (100)₂. Folglich enthalten die Übertragungsbits jedes Abtastwerts (Übertragungsdaten oder Kodedaten) drei Daten­ bits vom Bit 5, welches als ein Bit festgelegt ist, wel­ ches höher als die Normierungs-Position POS ist und ein Vorzeichen (Vorzeichenbit) anzeigt, bis zum Bit 3, d. h. die Bits 5, 4 und 3. Folglich haben in diesem Block Über­ tragungsdaten (Codedaten), welche dadurch gebildet sind, daß die Normierungsposition POS am Anfang und dann die Übertragungsbits von Abtastwerten #1 bis #8 nacheinander angeordnet sind, eine Struktur, wie sie in Fig. 11b darge­ stellt ist.

Wenn solche kodierte Daten dekodiert werden, werden zuerst die kodierten Daten eines Blocks drei Bits man drei Bits zerlegt, und die Normierungsposition POS wird durch die ersten drei Bits identifiziert. Wenn dann die folgenden kodierten drei Bitdaten in 8 Bitdaten gedehnt werden, ist das höchstwertige Bit der kodierten Daten an einer Bitpo­ sition, welche ein Bit ist, das höher als die Normierungs­ position POS ist, zusammen mit den Wert des Vorzeichen­ bits, das in jedem der Bits höher als das höchstwertige Bit gesetzt ist, und mit "0" angeordnet, welche in jedem der Bits gesetzt wird, die niedriger als das niedrigstwer­ tige Bit ist. Im Ergebnis werden dann die kodierten Daten erhalten, wie sie in Fig. 11c dargestellt sind. Ein Ver­ gleich dieser dekodierten Daten mit den Daten vor einer Dekodierung zeigt die Tatsache, daß die Information dieser Bits, welche wenigerwertig als die Übertragungsbits sind, in den dekodierten Daten verlorengegangen ist (siehe Fig. 10a). Das heißt, es hat ein Verlust an Informationsbits stattgefunden.

Wenn ein Sprachsignal auf der Basis von derartigen kodier­ ten Daten mit einem Verlust an Informationsbits wiederge­ geben wird, findet infolge einer Häufung von Fehlern, wel­ che der Menge an verlorengegangenen Bits entsprechen, eine negative (d. c.) Verschiebung statt, wie durch eine strich­ punktierte Linie in Fig. 10c dargestellt ist, wodurch eine Wellenform erzeugt wird, welche in ihrer Lage im Vergleich zu der ursprünglichen Wellenform, welche durch die ge­ strichelte Linie in Fig. 10c dargestellt ist, nach unten rechts verschoben ist. Im Ergebnis kann somit eine Infor­ mation nicht wieder richtig hergestellt werden. Als ein Verfahren, um mit dieser Situation fertigzuwerden, ist "Differential Companding PCM (DC-PCM) Due To Accumulation of Loost Bits" von Takahashi et al. in Transactions of Electronics Communication Society, '84/10, Vol. J 67-B, Nr. 10 vorgeschlagen worden. Jedoch ist dieses vorgeschla­ gene Verfahren wirksam, um differentielle Daten in der Größenordnung von 15 Bit in verdichtete Daten in der Größen­ ordnung von 8 Bits zu verdichten, es kann jedoch nicht bei einem Kodierverfahren mit einer niedrigen Bitrate an­ gewendet werden, um differentielle Daten in der Größenord­ nung von 8 Bits in verdichtete Daten in der Größenordnung von 3 Bits zu verdichten. Das heißt, im Falle einer derart niedrigen Bitrate ergibt sich, wenn die Amplitude einer Sprachwellenform sich zwischen zwei Blöcken beträchtlich ändert, ein Fall, bei welchem sich die Skalier- bzw. Nor­ mierungsposition zwischen Blöcken beträchtlich ändert. Aus diesem Grund gibt es einen Fall, bei welchem das gehäufte Fehlersignal im Wert größer wird als die effektiv zu über­ tragenden Daten. In einem solchen Fall werden die zu über­ tragenden Daten durch das Fehlersignal überschattet, so daß keine richtige Datenübertragung durchgeführt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das Sprachsignal-Kodierverfahren derart zu verbessern, daß unter Anwendung eines quasi-momentanen Dehnungsverfahrens die Fehlerquote bei der Sprachsignal-Kodierung minimiert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentan­ spruch 1.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigt

Fig. 1, wie Fig. 1a und 1b zusammenzusetzen sind, wobei in Fig. 1a und 1b in Blockform ein Sprachsignal- Kodiersystem gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 2 eine Wiedergabe eines Beispiels eines Signal­ formats von kodierten Daten;

Fig. 3a eine Darstellung zur Erläuterung einer Optimie­ rungsverarbeitung;

Fig. 3b eine Darstellung zur Erläuterung einer differen­ tiellen Optimierungs-Bitroutine;

Fig. 4a und 4b ein Flußdiagramm eines Beispiels der differen­ tiellen Optimierungs-Bitroutine;

Fig. 5a bis 5c Darstellungen zur Erläuterung der Vorteile der Optimierungsverarbeitung;

Fig. 6a bis 6d Darstellungen zum Verständnis, wie die Opti­ mierung durchgeführt wird;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Sprach­ signal-Dekodiereinrichtung gemäß einer Ausfüh­ rungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 8a bis 8c Darstellungen zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 9, wie Fig. 9a und 9b zusammenzusetzen sind, wobei Fig. 9a und 9b in Blockform ein Sprachsignal- Kodiersystem gemäß einer weiteren Ausführungs­ form mit Merkmalen nach der Erfindung darstellen;

Fig. 10a bis 10c und Fig. 11a bis 11c Darstellungen zur Erläuterung eines übli­ chen, herkömmlichen Verfahrens einer Sprach­ signal-Verdichtungskodierung;

Fig. 12a bis 12g schematisch Darstellungen zum Verständnis des Grundgedankens der Arbeitsweise bei der quasi-momentanen Verdichtungsverarbeitung ent­ sprechend noch einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 13, wie Fig. 13a und 13b zusammenzufügen sind, wo­ bei Fig. 13a und 13b in Blockform ein Sprach­ signal-Verdichtungskodiersystem gemäß noch einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung darstel­ len; und

Fig. 14a bis 14h schematische Darstellungen zum Verständnis der Arbeitsweise des in Fig. 13a und 13b darge­ stellten Systems.

In Fig. 1a und 1b, welche so, wie in Fig. 1 dargestellt, zu­ sammenzufügen sind, ist ein Sprachsignal-Kodiersystem gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform wird eine quasi-momentane Kom­ pandierung auf das differentielle PCM-Kodierverfahren ange­ wendet, wobei differentielle Verdichtungsdaten in Form von Blöcken, welche durch Anwenden der quasi-momentanen Kompan­ dierung erhalten worden sind, infolge dekodiert werden und mit dem ursprünglichen Signal verglichen werden, um an jedem Abtastpunkt eine Korrektur durchzuführen, um so differen­ tielle Daten mit einem reduzierten Fehler in der Anzahl Ver­ dichtungsbits zu schaffen. Außerdem wird in der dargestell­ ten Ausführungsform ein Sprachsignal mit der Abtastfrequenz von 8 kHz abgetastet und ein differentieller Wert zwischen den Abtastvorgängen wird durch 8 Bitdaten mit Hilfe der Zwei­ komplement-Darstellung angezeigt. Ein Block für den quasi- momentanen Kompandierschritt ist durch acht Abtastwerte gebildet, und die Übertragungsdaten, enthalten drei Bits für einen Abtastwert, wobei die Skalier- bzw. Normierungs­ daten durch drei Bits festgelegt sind.

In Fig. 1a und 1b wird ein eingegebenes Sprachsignal SS in seiner Bandbreite durch ein Tiefpaßfilter 1 begrenzt und dann an einen A/D-Umsetzer 2 angelegt, von welchem aus ein digitales 8 Bitsignal DS abgegeben wird. Der A/D-Umsetzer 2 hat die Abtastfrequenz von 8 kHz und eine lineare Quanti­ sierungscharakteristik. Das digitale Signal DS wird in einen Puffer 3 gespeichert, welcher eine Speicherkapazität hat, um zum Festlegen eines Blockes 8 Abtastwerte zu speichern. Das in dem Puffer 3 gespeicherte, digitale Signal DSd wird dann an einen positiven Eingangsanschluß einer Addier-/Substrahier­ einheit abgelegt, um so Differenzdaten zu bilden. 9 Bit Differenzdaten DDs, welche von der Addier-/Subtrahiereinheit 4 abgegeben worden sind, werden durch eine den Maximalwert begrenzende Schaltung 5 in 8 Bit Differenzdaten DD umgesetzt. Der Grund für die Begrenzung des Maximalwerts der Differenz­ daten ist folgender, wenn die Differenzdaten DDs einer quasi- momentanen Verdichtung unterzogen würden, würde ein großer Skalier- bzw. Normierungswert für einen Block mit sporadisch erzeugten, großen Differenzdaten gesetzt werden, was dazu beitragen würde, die Datenbeziehung nach der quasi-momentanen Verdichtung für andere kleinere Differenzdaten zu verschlech­ tern. Im Ergebnis würde dann eine wiedergegebene Sprache beim Hören einen unbeholfenen Eindruck hinterlassen. Um mit dieser Schwierigkeit fertigzuwerden, wird der Maximalwert von Differenzdaten auf diese Weise begrenzt, um dadurch eine wiedergegebene Sprache zu erzeugen, welche so natürlich wie möglich ist.

Die Differenzdaten DD werden einem Puffer 6 mit einer Spei­ cherkapazität zum Speichern von 8 Abtastwerten, einer Ska­ lierwert-Einstelleinheit 7, zum Einstellen eines Skalier­ wertes für die quasi-momentane Verdichtung, und auch an einen Eingangsanschluß eines Addierers 8 angelegt. Ein Aus­ gang des Addierers 8 wird einem Register 9 zugeführt, des­ sen Ausgang an einen negativen Eingang des Anschlusses der Addier-/Subtrahiereinheit 4, dem anderen Eingang des Addie­ rers 8 und auch einem Puffer 10 mit einer Speicherkapazität zum Speichern von 8 Abtastwerten zugeführt. Auf diese Weise wird ein kommulativer Wert der Differenzdaten DD, welche durch die Schaltung 5 auf acht Bits beschränkt worden sind, durch den Addierer 8 festgelegt, und diese Daten werden als die Da­ ten eines Abtastwerts verwendet, welcher unmittelbar vor dem laufenden Abtastwert für die Ausbildung von Differenzdaten DDs liegt. Die in dem Puffer 6 gespeicherten Daten werden einer quasi-momentanen Verdichtungseinheit 11 zugeführt, in welcher für jeden Abtastwert ein quasi-momentaner Verdich­ tungs-Kodierschritt durchgeführt wird.

Die Skalierwert-Einstelleinheit 7 indentifiziert unter den acht Abtastwerten von Differenzdaten DD, welche kontinuier­ lich von der Schaltung 5 abgegeben worden sind, einen Ab­ tastwert, welcher in seinem Maximalwert der größte ist, legt das höchstwertige Bit seines Bitmusters fest und gibt dann dessen Bitposition in Form von 3 Bit Skalierdaten DK ab. Die Skalierdaten DK werden dann der Verdichtungseinheit 11 einer Optimierungs-Verarbeitungseinheit 12, um die Ver­ dichtungs-Differenzdaten DC von der Einheit 11 in opti­ mierte Daten umzusetzen, an einen Eingangsanschluß eines Multiplexers 13, um einen Datenblock in ein Signal mit einem vorherbestimmten Format zu formen, und auch an eine quasi- momentane Expandiereinheit 14 angelegt, um die optimierten Verdichtungs-Differenzdaten auszudehnen. Andererseits sind die in dem Puffer 10 gespeicherten Daten kodierte Daten, welche durch Sammeln von Differenzdaten DD aus dem Register 9 gebildet worden sind, und sie werden an die Optimierungs- Verarbeitungseinheit 12 als das ursprüngliche Sprachsignal angelegt, welches ein zu kodierender Gegenstand ist.

In der Verdichtungseinheit 11 wird für jeden Abtastwert von 8 Bit Differenzdaten DD aus dem Puffer 6 3 Bitdaten, deren höchstwertiges Bit dem Bit des Abtastmusters entspricht, welches ein Bit ist, das höher als die Skalierposition ist, welche durch die von der Einheit 7 zugeführten Skalierdaten DK dargestellt sind, extrahiert, und die auf diese Weise extrahierten Daten werden dann an die Optimierungs-Verarbei­ tungseinheit 12 als Verdichtungs-Differenzdaten DC abgegeben. An der Optimierungs-Verdichtungseinheit 12 wird ein Block von Verdichtungs-Differenzdaten DC, welche von der Einheit 11 zugeführt worden sind, infolge dekodiert, und die auf diese Weise dekodierten Daten werden dann mit dem ursprüng­ lichen, von dem Puffer 10 aus zugeführten Signal verglichen, wodurch die Verdichtungs-Differenzdaten DC für jede Abtast­ stelle korrigiert sind, so daß dadurch Differenzdaten mit einem geringeren Fehler in der Anzahl Verdichtungsbits ge­ bildet sind. Die auf diese Weise korrigierten Daten werden dann als optimierte Differenzdaten DC₀ an den anderen Ein­ gangsanschluß des Multiplexers 13 und auch an die Dehnungs­ einheit 14 angelegt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird ein Signal, welches durch die Skalierdaten DK, die von der Skalierwert-Einstellein­ heit 7 abgegeben worden sind und an dessen Anfang oder Ende angeordnet sind und die optimierten Differenzdaten DC₀ der jeweiligen Abtastwerte haben, die infolge danach angeordnet sind, als kodierte Daten DL für einen Block ausgebildet und wird an die nächstfolgende Einrichtung, z. B. eine Daten­ übertragungseinrichtung, eine Datenspeichereinrichtung u. ä. abgegeben. An der quasi-momentanen Dehnungseinheit 14 wer­ den die optimierten 3 Bit Differenzdaten DC₀ von der Einheit 12 so angeordnet, daß ihr höchstwertiges Bit an der Bitstelle festgelegt ist, welche ein Bit ist, das höher als die Bitstelle ist, welche durch die von der Einheit 7 zugeführ­ ten Skalierdaten DK angezeigt ist; außerdem wird der Wert der Vorzeichendaten der optimierten Differenzdaten DC₀ je­ dem der höheren Bits zugeordnet, und "0" wird den niedrigeren Bits zugeordnet, um dadurch dekodierte 8 Bitdaten DE auszu­ bilden, welche ihrerseits an einen Integrator 15 angelegt werden.

An dem Integrator werden die von der Einheit 14 gelieferten, dekodierten Daten DE gesammelt, und rekonstruierte Daten SD, welche dadurch erhaltbar sind, daß die kodierten Daten DL tatsächlich einer Dekodierung unterzogen werden, werden ge­ bildet, wobei die rekonstruierten Daten SD in dem Register 9 ausgegeben werden. Das Register 9 erhält die Daten SD nach Beendigung einer Verarbeitung für einen Block und unmittel­ bar vor dem Beginn einer Verarbeitung für den nächstfolgen­ den Block. Bei dieser Struktur kann die Anhäufung von Feh­ lern infolge eines Verlusts an Bits, welcher dem quasi-momen­ tanen Kompandierverfahren inhärent ist, vor der Bildung der ersten Abtastdaten des nächsten Blockes beseitigt werden. Folglich können die kodierten Daten DL genauer und wirklich­ keitsgetreuer erzeugt werden.

Auf diese Weise werden gemäß der dargestellten Ausführungs­ form in der Optimierungseinheit 12 die Verdichtungs-Dif­ ferenzdaten DC so korrigiert, daß sie der zeitlichen Schwan­ kung des ursprünglichen Sprachsignals näher folgt, und außer­ dem wird der kommulative Fehler in einem Block durch die dekodierten Daten SD, die an dem Integrator 15 erzeugt wor­ den sind, in den nächstfolgenden Block reflektiert, so daß eine Sprachkodierverarbeitung mit einer niedrigen Bitrate bei der Anwendung der quasi-momentanen Kompandierverarbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Nunmehr wird die Optimierungsverarbeitung von Verdichtungs- Differenzdaten beschrieben, welche durch die Optimierungs- Verarbeitungseinheit 12 durchgeführt wird. Hierbei soll eine in Fig. 3a dargestellte Sprachwellenform kodiert werden. Wenn die Differenzen an Abtaststellen #1, #2 und #3, wobei die Abtaststelle #0 als eine Bezugsstelle verwendet ist, jeweils durch acht Bits festgelegt sind, ist der Abtastwert #1 im Absolutwert ein Maximum unter diesen Differenzen. Folglich werden die drei Bit Verdichtungs-Differenzdaten in diesem Fall mit Hilfe des Abtastwertes #1 als einem Bezugswert festgelegt, und der Skalierwert ist an der Stelle des höchst­ wertigen Bits dieses Bitmusters festgelegt. Wenn nunmehr Verdichtungs-Differenzdaten durch drei Bits dargestellt sind, haben Daten, welche dargestellt werden können, eine Quanti­ sierungsbreite, welche ein Bit ist, das in seiner Position niedriger als der Skalierwert ist, und folglich wird jeder der Abtastwerte #1, #2 und #3 durch Daten ersetzt, welche in dieser Quantisierungsbreite dargestellt werden können. Bei­ spielsweise ist für die Verdichtungs-Differenzdaten des Ab­ tastwerts #1 unter den Daten, welche diese Daten darstellen können, ein Wert P12 (=(010)₂); jedoch ist in diesem Fall das niedrigstwertige Bit (LSB) ein Bit, das in der Speicher­ stelle niedriger als diese Skalierposition ist. In ähnlicher Weise wird danach das, was niedriger als der tatsächliche Wert P11 ist, ersetzt. Unter den Daten, welche sich mit die­ ser Quantisierungsbreite darstellen, sind die Daten, welche den Wert P13 (=(011)₂) entsprechen, welcher um eine Einheit größer als P12 ist, näher bei dem tatsächlichen Wert P11 der Abtaststelle #1. Wenn folglich dieser Wert P13 als die Verdichtungs-Differenzdaten des Abtastwerts #1 genommen wird, kann der Fehler in dem dekodierten Sprachsignal minimiert werden. Das heißt, der Fehler eines dekodierten Wertes kann in diesem Fall im Maximum auf die halbe Quantisierungsbreite dieser Verdichtungs-Differenzdaten begrenzt werden. In ähnlicher Weise ist im Hinblick auf die Abtastwerte #2 und #3 nur notwendig, Verdichtungs-Differenzdaten so zu wählen, daß jeder ihrer dekodierten Werte so nahe wie möglich an dem Wert des Signals liegt, bevor es kodiert wird (d. h. Wert P21 für den Abtastwert #2 und Wert P31 für den Abtastwert #3). Das heißt, da in diesem Fall bezüglich eines Abtast­ werts #2 ein dekodierter Wert, welcher auf einem Wert P23 basiert, welcher größer als der Wert P21 ist, und zwar im Vergleich zu einem dekodierten Wert, der auf einem Wert P22 basiert, welcher kleiner als der Wert P21 ist, näher bei dem Wert P21 liegt, eine Differenz (=(110)₂) zwischen dem Wert P11, welcher ein dekodierter Wert des Abtastwerts #1 ist, und einem Wert P22 als Verdichtungs-Differenzdaten gesetzt wird. Außerdem wird bezüglich des Abtastwerts #3, da der Wert P31 mit einem dekodierten Wert übereinstimmt, welcher durch die Verdichtungs-Differenzdaten dargestellt werden kann, eine Differenz (=(001)₂) zwischen einem Wert P23, welcher ein dekodierter Wert des Abtastwerts #2 ist, und dem Wert P13 als Verdichtungs-Differenzdaten gesetzt.

Auf diese Weise können Verdichtungs-Differenzdaten mit einer größeren Wiedergabetreue mit einer größeren Abhängigkeit von dem ursprünglichen Sprachsignal gebildet werden. Ein Beispiel des Optimierungs-Differenz-Bitprogramms zum Verarbeiten die­ ses Prozesses ist einem Flußdiagramm in Fig. 4a und 4b dar­ gestellt.

Zuerst werden Verdichtungs-Differenzdaten d (DC) von der quasi-momentanen Verdichtungseinheit 11 eingegeben (Schritt 101), und es wird geprüft, ob der Wert dieser Verdichtungs- Differenzdaten d größer als ein positiver Maximalwert MAX (=(011)₂) ist, welcher durch die Anzahl Verdichtungsbits (in diesem Fall 3 Bits) dargestellt wird, oder ob der Wert kleiner als ein negativer Maximalwert MIN (=(100)₂) ist (Schritte 102 und 103).

Wenn das Ergebnis des Festsetzungsschrittes 102 ja ist, dann wird der Wert MAX in die Verdichtungs-Differenzdaten d ein­ gesetzt (Schritt 104). Wenn das Ergebnis des Bestimmungs­ schrittes 103 ja ist, dann wird der Wert MIN in die Verdich­ tungs-Differenzdaten d eingesetzt (Schritt 105). Es wird dann ein Wert dm, welcher kleiner als die Verdichtungs-Dif­ ferenzdaten d ist, durch das niedrigstwertige Bit LSB (=(001)₂) gebildet, und ein Wert dp, welcher größer als die Verdich­ tungs-Differenzdaten d ist, wird durch das niedrigstwertige Bit gebildet (Schritte 106 und 107). Wenn der Wert dm kleiner als der Wert MIN ist, wird der Wert MIN in den Wert dm einge­ setzt (Schritte 108 und 109), während, wenn der Wert dp größer als der Wert MAX ist, wird der Wert MAX in den Wert dp eingesetzt (Schritte 110 und 111).

Auf diese Weise werden bei der Bestimmung von Werten dp und dm 8 Bitwerte dd, ddp und ddm, welche sich dadurch ergeben, daß die Werte d, dp und dm einer quasi-momentanen Dehnung auf Grund der Skalierdaten DK unterzogen werden, berechnet (Schritt 112). Ein dekodierter Wert da0, welcher ein deko­ dierter Wert der Daten einen Abtastwert zuvor ist, wird zu jedem dieser Werte dd, ddp und ddm addiert, um dadurch lokale dekodierte Werte da, dap und dam festzulegen, welche den jeweiligen Werten d, dp und dm entsprechen (Schritt 113). Bei Schritten 112 und 113 wird die lokale Dekodierverarbei­ tung durchgeführt und aus diesem Grund wird der dekodierte Wert da0 des unmittelbar vorhergehenden Abtastwertes ge­ speichert. Dann wird der Wert dai des ursprünglichen Signals, welches dem Abtastwert entspricht, aus dem Puffer 10 ge­ lesen, und Absolutwerte Da, Dp und Dm von Differenzen zwi­ schen diesem Wert dai des ursprünglichen Signals und jedem der lokalen dekodierten Werte da, dap bzw. dam wird berech­ net (Schritt 114), wobei geprüft wird, ob der Wert dai des ursprünglichen Signals größer als der lokale dekodierte Wert da ist oder nicht (Schritt 115). Wenn das Ergebnis beim Schritt 115 ja ist, dann wird auf den Schritt 116 übergegan­ gen, um zu prüfen, ob der Absolutwert Da größer als der Ab­ solutwert Dp ist oder nicht. Wenn das Ergebnis beim Schritt 116 ja ist, dann wird nach einem Einsetzen des Werts dp in den Wert d (Schritt 117) auf den Schritt 106 zurückge­ gangen. Wenn das Bestimmungsergebnis beim Schritt 116 nein ist, dann wird der Wert d als die optimierten Differenzdaten DC₀ abgegeben (Schritt 118).

Wenn dagegen das Bestimmungsergebnis beim Schritt 115 nein ist, dann wird geprüft, ob der Absolutwert Da größer als der Absolutwert Dp ist (Schritt 119). Wenn das Bestimmungs­ ergebnis beim Schritt 119 ja ist, dann wird nach einem Er­ setzen des Wertes d durch den Wert dm (Schritt 120) auf den Schritt 106 zurückgegangen. Wenn das Bestimmungsergebnis beim Schritt 119 nein ist, dann wird der Prozeß beim Schritt 118 durchgeführt. Oder mit anderen Worten, wie auf der lin­ ken Seite in Fig. 3b dargestellt ist, liegt der Wert dai des ursprünglichen Signals näher bei dem dekodierten Wert dap als bei dem dekodierten Wert da; die Verdichtungs-Differenz­ daten d werden in den Werten dp modifiziert, welcher größer als das niedrigstwertige Bit (LSB) ist, und der auf diese Weise modifizierte Wert wird als der optimierte Differenz­ wert DC₀ abgegeben. Im Gegensatz hierzu werden, wenn der Wert dai des ursprünglichen Signals näher bei dem dekodier­ ten Wert dam als bei dem dekodierten Wert da liegt, dann die Verdichtungs-Differenzdaten d mit dem Wert dm modifiziert, welcher kleiner als das niedrigstwertige Bit (LSB) ist, und der auf diese Weise modifizierte Wert dann als die opti­ mierten Differenzdaten DC₀ abgegeben. Wenn ein optimierter Wert nicht durch eine Verarbeitung erhalten worden ist, wird dieser Verarbeitungsschritt wiederholt. Auf diese Weise wer­ den die Differenzdaten korrigiert, um so einen Fehler zwi­ schen einem dekodierten Wert und dem ursprünglichen Signal korrigiert, in dem wiederholt eine Additions- oder Subtrak­ tionsoperation des niedrigstwertigen Bits (LSB) des Ver­ dichtungsbits zu (bzw. von) den Verdichtungs-Differenzdaten, die bei dem quasi-momentanen Dehnungsprozeß erhalten worden sind, für jeden Abtastwert durchgeführt. Als Daten, welche in dem Puffer 10 als das ursprüngliche Signal zu speichern sind, können die Ausgangsdaten, welche von dem Puffer vor dem Eingeben in die den Maximalwert begrenzende Schaltung 5 abgegeben worden sind, verwendet werden.

Unter dieser Voraussetzung wird nunmehr der Fall untersucht, bei welchem ein in Fig. 5a dargestelltes Sprachsignal (das identisch mit dem in Fig. 10a dargestellten Sprachsignal ist) durch die quasi-momentane Verdichtungsverarbeitung mit Hilfe des Optimierungs-Differenzbit-Programms kodiert wird. Zuerst wer­ den Differenzwert t₀ dieses Sprachsignals für acht Abtastwerte #1 bis #8 erhalten, wie in Fig. 6a dargestellt ist, so daß diese Skalierposition POS bei Bit 4 festgelegt ist, welches der höchstwertigen Stelle des Bitmuster des Abtastwertes #1 entspricht, und folglich ist der Wert dieser Skalier- Position POS (100)₂. Folglich sind die Verdichtungs-Diffe­ renzdaten DC, welche durch die Verdichtungseinheit 11 für jeden der Abtastwerte #1 bis #8 festgelegt sind, so, wie in Fig. 6b dargestellt. Die Verdichtungs-Differenzdaten DC werden durch das vorstehend beschriebene Optimierungs-Dif­ ferenzbit-Programm in Optimierungs-Differenzdaten DC₀ korrigiert, wie in Fig. 6c für jeden der Abtastwerte #1 bis #8 dargestellt ist. Im Ergebnis wird in einem später noch beschriebenen Sprachsignal-Dekodiersystem der Wert jeder der Abtastwerte #1 bis #8 dieser Optimie­ rungs-Differenzdaten DC₀ in 8 Bit Differenzdaten expandiert, wie in Fig. 6d dargestellt ist, und dann wird basierend auf diesen Differenzdaten ein Sprachsignal dekodiert, wie es durch die ausgezogene Linie in Fig. 5c dargestellt ist. In Fig. 5c ist ein wiedergegebenes Sprachsignal, das dadurch erhalten worden ist, daß die vorstehend beschriebenen Ver­ dichtungs-Differenzdaten DC, so wie sie sind als kodierte Daten verwendet werden, auch durch eine strichpunktierte Linie dargestellt sind. Wie aus diesen Vergleichen zu erse­ hen ist, bestimmt ein Sprachsignal, das auf der Basis der Optimierungs-Differenzdaten DC₀ wiedergegeben worden ist, hervorragend mit dem Sprachsignal vor einer Kodierung über­ ein, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 5c dargestellt ist, so daß eine bessere Wiedergabetreue zu dem ursprüng­ lichen Sprachsignal vor der Kodierung erhalten wird. Anders als das vorstehend beschriebene Optimierungs-Differenzbit- Programm kann die Optimierungsverarbeitung von Verdichtungs­ differenzdaten, wie oben beschrieben worden ist, realisiert werden. Beispielsweise können nach einer Bestimmung des Ska­ lierwertes die Verdichtungs-Differenzdaten dadurch optimiert werden, daß nacheinander einer der dekodierten Werte ausge­ wählt wird, welcher durch eine Quantisierungsbreite erhalten werden kann, welcher dem Skalierwert entspricht, welcher dem Abtastwert am nächsten ist, und dann Verdichtungs-Differenz­ daten festgelegt werden, welche diesem dekodierten Wert entsprechen.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sprachdekodie­ rersystems gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dar­ gestellt. Dieses Sprachdekodiersystem ist entsprechend aus­ gelegt, um die kodierten Daten DL, welche mittels des vor­ stehend beschriebenen Sprach-Kodiersystems kodiert worden sind, zu dekodieren und um ein auf diese Weise wiedergege­ benes Sprachsignal abzugeben. In Fig. 7 werden kodierte Da­ ten DL, welche beispielsweise von einer (nicht dargestell­ ten) vorhergehenden Einrichtung, wie einer Datenempfangs­ einrichtung, einer Datenspeichereinrichtung u. ä. abgegeben worden sind, einem Demultiplexer 21 zugeführt, und für jeden Block werden die ersten drei Bits als der Skalierwert SC identifiziert und sie werden an einen Skalierwert-Eingabe­ anschluß der quasi-momentanen Dehnungseinheit 22 zugeführt. Andere Kodierdaten (Verdichtungs-Differenzdaten) werden an einen Codedaten-Eingabeanschluß der Einheit 22 geliefert. An der Einheit 22 werden die auf diese Weise zugeführten Kodedaten drei Bits mal drei Bits segmentiert, und die 3 Bitdaten werden an der Bitstelle, welche den eingegebenen Skalierdaten SC entspricht, als 8 Bitdaten angeordnet, wo­ bei der Inhalt des Vorzeichenbits den oberen Bits zugeord­ net wird, welche höher als die Codedaten sind, und wobei "0" den niedrigeren Bits zugeordnet wird, um sie dadurch in 8 Bitdaten zu expandieren (siehe Fig. 6d); diese 8 Bitda­ ten werden in den Integrator 23 eingebracht.

In dem Integrator 23 werden nacheinander eingegebene 8 Bit­ daten kummulativ berechnet um dadurch einen Signalwert eines Sprachsignals an jedem Abtastwert festzulegen, welcher dann einem D/A-Umsetzer 24 zugeführt wird. In dem D/A-Umsetzer 24 wird ein empfangener Signalwert mit einer Umsetzfrequenz von 8 kHz in ein entsprechendes analoges Signal (Pegelsignal) umgesetzt, welches dann einem Tiefpaßfilter 25 zugeführt wird. Nachdem durch das Tiefpaßfilter 25 eine entsprechende Wellenform gebildet worden ist, wird das analoge Signal der nächstfolgende Einrichtung, z. B. einer Sprache ausgebenden Einrichtung als ein rekonstruiertes Sprachsignal zugeführt. Auf diese Weise ist der Aufbau eines Sprachdekodiersystems zum dekodieren von kodierten Daten entsprechend der Erfin­ dung erheblich vereinfacht. Folglich kann beispielsweise ein derartiges Sprachdekodiersystem durch einen 8 Bit Universal- Mikroprozessor realisiert werden, und die Kosten können so­ mit sehr niedrig gehalten werden.

In der quasi-momentanen Kompandierverarbeitung wird eine Skalierposition auf der Basis eines Bitmusters gesetzt, das einen maximalen Signalwert in Absolutwert in einem Block hat. Wenn es folglich einen Abtastwert gibt, der einen spo­ radisch großen Wert in dem Block hat, wird ein Skalierwert, welcher einem solchen großen Wert entspricht, gesetzt, so daß die Abhängigkeit oder Folgebeziehung von kodierten Da­ ten zu anderen kleinen Werten schlecht wird, was dann bei der Hörcharakteristik nachteilig sein kann. Im Hinblick auf diese Umstände kann mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein derartiger Nachteil beseitigt werden, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Um dies zu errei­ chen, ist es nur notwendig, kodierte Daten festzulegen, wel­ che hinsichtlich des Fehlers in einem Block sehr klein sind und zu diesem Zweck ist es nur notwendig, die Skalierposi­ tion (den Wert) richtig zu setzen.

Gemäß einer Ausführungsform wird daher ein Fehler zwischen dem Wert des Sprachsignals vor dem Kodie­ ren und einem kodierten Wert in jedem Abtastwert berechnet, (1) wenn die quasi-momentane Verdichtung auf der Basis der anfangs gesetzten Skalierposition durchgeführt wird, (2) wenn die quasi-momentane Verdichtung basierend auf der Ska­ lier-Position durchgeführt worden ist, bei welcher an einer Stelle ein Bit gesetzt wird, das niedriger als die anfangs gesetzte Skalier-Position ist. Basierend auf den auf diese Weise berechneten Fehlern wird dann ein Bewertungswert für jede der Skalierpositionen festgesetzt, und dann wird basie­ rend auf diesen Bewertungswerten die vorzüglichste Position unter diesen Skalier-Positionen ausgewählt. Als Bewertungs­ wert kann ein Absolutwert einer Endsumme von Differenzen zwi­ schen dem ursprünglichen Sprachsignal und einem dekodierten Wert in jedem Abtastwert oder eine zweite Potenz einer End­ summe (Fehlerpotenz) derartiger Differenzen verwendet werden.

Das heißt, beispielsweise wird im Falle eines in Fig. 8a dargestellten Sprachsignals der Skalierwert auf der Basis des Abtastwerts #1 festgelegt, dessen Differenzwert der größte unter den drei Abtastwerten #1 bis #3 dieses Sprach­ signals ist. Wenn dagegen der Skalierwert um eine Einheit kleiner gemacht wird, wird die Quantisierungsbreite eines Abtastwegs um eine Stufe kleiner, so daß ein in Fig. 8b dar­ gestellter Zustand erhalten wird. Wenn dagegen der Skalier­ wert eine Stufe größer gemacht wird, wird die Quantisierungs­ breite eines Abtastwertes eine Stufe größer gemacht, wodurch dann ein in Fig. 8c dargestellter Zustand geschaffen wird. Wenn die vorstehend beschriebene Optimierungsverarbeitung mit Hilfe des Optimierungs-Differenzbit-Programms bei jeder dieser Bedingungen durchgeführt wird, wird das Vorzeichenbit in jedem Abtastwert so, wie in der nachstehenden Tabelle aufgeführt ist.

Tabelle

Hierbei ist
SC₀ ein Skalierwert für den Fall der Fig. 8a;
SC_-1 ein Skalierwert für den Fall von Fig. 8b, welcher um 1 kleiner als der Wert SC₀ ist;
SC₁ ein Skalierwert für den Fall der Fig. 8c, welcher um 1 größer als der Wert SC₀ ist.

Wenn auf diese Weise der Skalierwert geändert wird, wird selbstverständlich die Endsumme oder Fehlerpotenz von Dif­ ferenzen zwischen dem ursprünglichen Sprachsignal und de­ kodierten Werten ein Minimum für irgendeinen der Skalier­ werte, welcher Änderungen des ursprünglichen Signals in einem Block entspricht; der Skalierwert mit einem derarti­ gen Minimum ist in Abhängigkeit von bzw. in Beziehung zu dem Sprachsignal in dem entsprechenden Block der vorzüg­ lichste Wert. Beispielsweise ist gemäß den von den Erfin­ dern durchgeführten Versuchen statistisch gesehen die Häu­ figkeit des Auftretens von minimierten Fehlerpotenzen für den Skalierwert SC₀ annähernd 60% der Gesamtanzahl von Blöcken und etwa 30% für den Skalierwert SC_-1 und annähernd 10% für den Skalierwert SC₁. Auf diese Weise wird die Güte eines wiedergegebenen Sprachsignal (in der Hörcharakteristik) verbessert, indem der Skalierwert, der für jeden Block zu verwenden ist, entsprechend gewählt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Sprachkodiersystems mit Merkmalen nach der Erfindung ist in Fig. 9a und 9b dargestellt. Das in Fig. 9a und 9b dargestellte System ist in vieler Hinsicht dem in Fig. 1a und 1b wiedergegebenen System ähnlich, so daß entspre­ chende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Dieses System handhabt die quasi-momentane Verdichtung für einen Block als eine Einheit. Wie in Fig. 9a und 9b dar­ gestellt, legt eine Skalierwert-Einstelleinheit 7a den Ska­ lierwert durch einen Block fest, welcher aus fortlaufenden acht Abtastwerten der Differenzdaten DD gebildet ist, welche von der Maximalwert-Begrenzungsschaltung 5 abgegeben worden sind und legt einen Wert, welcher um 1 größer als der Ska­ lierwert ist, und einen anderen Wert fest, welcher kleiner als der Skalierwert ist, um dadurch dann als Skalier-Daten DK₀, DK₁ und DK_-1 abzugeben. Diese Skalierdaten DK₀, DK₁, DK_-1 entsprechen den vorstehend beschriebenen Skalierwerten SC₀, SC₁ bzw. SC_-1. Die Skalierdaten DK₀ werden an eine quasi-momentane Verdichtungseinheit 11₀, eine Optimierungs- Verarbeitungseinheit 12₀, eine quasi-momentane Dehnungsein­ heit 14₀ und an einen Eingangsanschluß eines Selektors 31 angelegt. Die Skalierdaten DK₁ werden an eine quasi-momentane Verdichtungseinheit 11₁, an eine Optimierungs-Verarbei­ tungseinheit 12₁, eine quasi-momentane Dehnungseinheit 14₁ und an einen weiteren Anschluß des Selektors 31 angelegt. Die Skalierdaten DK_-1 werden an die quasi-momentane Ver­ dichtungseinheit 11 _-1, eine Optimierungs-Verarbeitungsein­ heit 12 _-1, eine quasi-momentane Dehnungseinheit 14 _-1 und auch an den weiteren Eingangsanschluß des Selektors 31 an­ gelegt.

Basierend auf den Skalierdaten DK₀ legt die Einheit 11₀ aus Ausgangsdaten des Puffers 6 Verdichtungs-Differenzdaten DC₁ fest. In der Optimierungseinheit 12₀ wird das vorstehend be­ schriebene Optimierungs-Differenzbit-Programm an die Verdichtungs-Differenzdaten DC₀ angelegt, um dadurch Opti­ mierungs-Differenzdaten DC₀₀ festzulegen, welche dann an die Dehnungseinheit 14₀ und auch an den einen Eingangsanschluß eines Selektors 32 angelegt werden. An die Dehnungseinheit 14₀ werden die Optimierungs-Differenzdaten DC₀₀ auf der Ba­ sis der Skalierdaten DK₀ in 8 Bitdaten DE₀ expandiert; diese Daten DE₀ werden kummulativ an dem Integrator 15₀ berechnet, um dekodiert zu werden, so daß der sich ergebende dekodierte Wert SD₀ einem Eingangsanschluß eines Vergleichers 33 und auch an einen Eingangsanschluß eines Selektors 34 angelegt wird.

In der Verdichtungseinheit 11₁ werden Verdichtungs-Differenz­ daten DC₁ aus Ausgangsdaten von dem Puffer 6 auf der Basis der Skalier-Daten DK₁ festgelegt. An der Optimierungseinheit 12₁ wird das vorstehend beschriebene Optimierungs-Differenz­ bit-Programm bei den Verdichtungs-Differenzdaten DC₁ ange­ wendet, um dadurch optimierte Differenzdaten DC₀₁ festzu­ legen, welche dann an die Dehnungseinheit 14₁ und auch an einen weiteren Eingangsanschluß des Selektors 32 angelegt werden. An der Dehnungseinheit 14₁ werden die eingegebenen Optimierungs-Differenzdaten DC₀₁ auf der Basis der Skalier­ daten DK₁ in 8 Bitdaten DE₁ expandiert, welche wiederum kommulativ an dem Integrator 15₁ berechnet und dann deko­ diert werden. Der sich ergebende dekodierte Wert SD₁ wird an einen Eingangsanschluß des Vergleichers 33 und auch an einen Eingangsanschluß eines Selektors 34 angelegt. In ähn­ licher Weise werden an der Verdichtungseinheit 11 _-1 Ver­ dichtungs-Differenzdaten DC_-1 aus Ausgangsdaten von dem Puf­ fer 6 auf der Basis der Skalierdaten DK_-1 festgelegt. An der Optimierungseinheit 12 _-1 wird das vorstehend beschriebene Optimierungs-Differenzbit-Programm bei den Verdichtungs-Dif­ ferenzdaten DC_-1 angewendet, um dadurch optimierte Differenz­ daten DC_0-1 festzulegen, welche dann an die Dehnungseinheit 14 _-1 und auch an einen Eingangsanschluß des Selektors 32 an­ gelegt werden. An die Dehnungseinheit 14 _-1 werden die opti­ mierten Differenzdaten DC_0-1 auf der Basis der Skalierdaten DK_-1 in 8 Bitdaten DE_-1 expandiert, welche dann kummulativ an dem Integrator 15 _-1 berechnet und somit dekodiert werden. Der sich ergebende dekodierte Wert SD_-1 wird dann an einen Eingangsanschluß des Vergleichers 33 und auch an einen Ein­ gangsanschluß des Selektors 34 angelegt.

Differenzdaten DD, welche von der Maximalwert-Begrenzungs­ schaltung 5 abgegeben worden sind, werden in der Form eines Blockes in dem Puffer 10a gespeichert, dessen Ausgang kummu­ lativ infolge durch den Integrator 15a berechnet wird, um dadurch ein nicht-verdichtetes Sprachsignal (d. h. das ur­ sprüngliche Sprachsignal) festzulegen; die dementsprechen­ den Daten SDa werden an die Optimierungseinheiten 12₀, 12₁ und 12 _-1 und an einen Vergleicher 33 angelegt. Auf diese Weise werden dem Vergleicher 33 für jeden Abtastwert Daten SDa, welche dem ursprünglichen Signal entsprechen, ein ko­ dierter Wert SD₀, welcher durch Kodieren der optimierten Differenzdaten DC₀₀ erhalten worden ist, welche dem Skalier­ wert SC₀ (den Skalierdaten DK₀) entsprechen, und auch deko­ dierte Daten SD_-1 zugeführt, welche durch Dekodieren der optimierten Differenzdaten DC_0-1 erhalten worden sind, wel­ che dem Skalierwert SC_-1 (Skalier-Daten DK_-1) entsprechen. An dem Vergleicher 33 werden basierend auf den Daten SDa und kodierten Werten SD₀, SD₁ und SD_-1 Fehler aus den Daten SDa und aus den entsprechenden dekodierten Werten SD₀, SD₁ und SD_-1 für jeden Abtastwert festgelegt, und die Fehlerpo­ tenz in einem Block wird für jeden der dekodierten Werte SD₀, SD₁ und SD_-1 berechnet, und diejenige mit einem Mini­ malwert unter diesen Werten wird festgelegt. Wenn die Feh­ lerpotenz für den dekodierten Wert SD₀ ein Minimum ist, wer­ den die Skalier-Daten DK₀ durch den Selektor 31 ausgewählt und dann an den Multiplexer 13 angelegt. Gleichzeitig wer­ den die optimierten Differenzdaten DC₀₀ durch den Selektor 32 ausgelegt und dann dem Multiplexer 13 zugeführt. Außerdem wird der Vorzeichenwert SD₀ durch den Selektor 34 ausgewählt und in Form von Daten gesetzt, welche in das Register 9 zu spei­ chern sind. Wenn dagegen die Fehlerpotenz für den dekodier­ ten Wert SD₁ ein Minimum ist, werden die Skalier-Daten DK₁ durch den Selektor 31 ausgewählt und an den Multiplexer 13 zugeführt; gleichzeitig werden die optimierten Differenzda­ ten DC₀₁ durch den Selektor 32 ausgewählt und dem Multi­ plexer 13 zugeführt. Außerdem wird der Vorzeichenwert SD₁ auch durch den Selektor 34 ausgewählt und dann in Form von Daten gesetzt, welche in das Register 9 zu speichern sind. In ähnlicher Weise werden, wenn die Fehlerpotenz für den dekodierten Wert SD_-1 ein Minimum ist, die Skalier-Daten DK_-1 durch den Selektor 31 ausgewählt und dann an den Multi­ plexer 13 angelegt; gleichzeitig werden die optimierten Dif­ ferenzdaten DC_0-1 durch den Selektor 32 ausgewählt und dann an den Multiplexer 13 angelegt. Außerdem wird der Vorzeichen­ wert SD_-1 durch den Selektor 34 ausgewählt und als ein Da­ tenwert gesetzt, welcher in das Register 9 zu speichern ist.

Folglich werden von dem Multiplexer 13 kodierte Daten DL abgegeben, welche ein Minimum in der Fehlerpotenz in dem entsprechenden Block sind.

Außerdem kann als ein Sprachdekodiersystem zum Dekodieren der kodierten Daten DL, welche entsprechend dieser Ausführungsform ausgebildet wor­ den sind, das in Fig. 7 dargestellte System verwendet werden.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Fall beschrieben worden, bei welchem die quasi-momentane Kompandierverarbeitung bei dem differentiellen PCM-Kodier­ verfahren angewendet ist; jedoch kann die Erfindung auch für den Fall angewendet werden, daß die quasi-momentane Kompan­ dierverarbeitung bei dem PCM-Kodierverfahren angewendet wird. Auch ist zu beachten, daß verschiedene Konstanten, wel­ che in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind, nur zur Erläuterung und Veranschaulichung an­ gegeben sind, und die Erfindung selbstverständlich nicht nur auf die spezielle angeführten Konstanten beschränkt ist. Wie oben beschrieben ist, kann gemäß der Erfindung, da Verdich­ tungsdaten so korrigiert werden, daß sie zum Zeitpunkt einer quasi-momentanen Verdichtungsverarbeitung sehr nahe an das ursprüngliche Sprachsignal herankommen, eine Sprache hoher Qualität mit einer niedrigen Bitrate und mit einem einfachen Verfahren wiedergegeben werden.

Wie vorstehend beschrieben, ist in Fig. 2 ein Beispiel dargestellt, in welchem ein Block acht Abtastwerte aufweist, und Fig. 3a zeigt eine zugeordnete Sprachwellenform. Da in diesem Fall Daten P11 eines Abtast­ wertes #1 im Vergleich zu Daten P10 näher bei Daten P13 lie­ gen, werden die Daten P13 ausgewählt. Diese Festsetzung ist basierend auf der Tatsache getroffen worden, ob bezüglich eines Mittelpunktes zwischen den Punkten P12 und P13 ein Punkt P11 auf der Seite des Punktes P12 oder auf der Seite des Punktes P13 angeordnet ist. Dies wird durch die Tat­ sache angezeigt, daß ein Vorzeichendatenwert erhalten wer­ den kann, ohne daß eine Bestimmungseinheit vorgesehen ist, wenn die quasi-augenblickliche Verdichtung dadurch durch­ geführt wird, daß ein halber Minimalwert, (was nachstehend als niedrigstwertiges Bit (LSB) bezeichnet wird), der Quantisierungsbreite zu P11 addiert wird. Ein Verfahren für diese Berechnung (eine A/D-Umsetzung wird mit 8 Bits durch­ geführt, und eine Verdichtung wird mit drei Bits durchge­ führt) ist in Fig. 12a bis 12g dargestellt. In Fig. 12a ist ein Datenblock dargestellt, nachdem Sprachdaten einer A/D- Umsetzung unterzogen sind, und in Fig. 12b sind Differenzen der Fig. 12a dargestellten Daten wiedergegeben. Die Daten vor einem Abtastwert #1 sollen hier "0" sein. In diesem Fall ist das Maximum eines Absolutwerts der jeweiligen Daten in diesem Block (der Abtastwert) #1, und der Skalierwert ist b₄. In Fig. 12b ist der Skalierwert durch "POS" angezeigt. Fig. 12c gibt Differenzen zwischen den Sprachdaten und lo­ kalen dekodierten Werten wieder, welche in Fig. 12g darge­ stellt sind und durch Kodieren und Dekodieren der vorherigen Daten erhalten worden sind. Die Daten vor (dem Abtastwert) #1 in Fig. 12g sollen nunmehr "0" sein. Fig. 12d zeigt die Daten, welche dadurch erhalten werden, daß 1/2 des LSB-Werts (da b₄ der Skalierwert ist, der Wert LSB b₃ wird, und folg­ lich 1/2 des LSB-Werts 00000100 ist) zu den in Fig. 12c dar­ gestellten Daten addiert wird, und Fig. 12e zeigt die Daten nach einer Durchführung der quasi-momentanen Verdichtung. Fig. 12f zeigt dekodierte Daten auf der Basis der Fig. 12e, und dekodierte Sprachdaten, welche durch Integrieren der Daten von Fig. 12f erhalten worden sind, sind in Fig. 12g dargestellt.

In Fig. 13a und 13b ist in Blockform ein Sprachsignal-Verdichtungssystem gemäß einer weiteren Ausführungs­ form mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Hierbei sind die Elemente, welche mit den in Fig. 1a und 1b dargestellten Elementen identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das dargestellte System dient insbesondere dazu, die quasi- momentane Verdichtungseinheit, eine Optimierungs-Verarbei­ tungseinheit und eine quasi-momentane Dehnungseinheit zu verbessern. Wie dargestellt, weist das System zusätzlich ein Register 41, eine den halben LSB-Wert bildende Einheit 42, eine Rundungseinheit 43, eine Begren­ zungsschaltung 44, einen Datenumsetzer 45, eine "0" setzende Einheit 46, einen Selektor 47, ein Register 48, Addierer 49a bis 49d und eine Steuereinheit 50 auf.

Nunmehr wird der Fall beschrieben, bei welchem ein Block durch acht Abtastwerte gebildet wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, und eine Sprachwellenform eine Form hat, wie sie in Fig. 3a dargestellt ist; da Daten P11 eines Abtastwerts #1 im Vergleich zu Daten P12 näher bei Daten P13 liegen, wer­ den die Daten P13 ausgewählt. Daten P21 eines Abtast­ werts #2 liegen im Vergleich zu Daten P22 näher bei Daten P23, und deswegen wird P23 gewählt. Das heißt, es werden Gitterpunkte für jeden Minimalwert (der auch als LSB-Wert bezeichnet wird) festgelegt, welcher von den letzten Daten des vorherigen Blocks übertragen werden kann; ein Gitter­ punkt, welcher näher bei der Sprachwellenform liegt, wird für jeden Abtastwert ausgewählt, und Differenzen zwischen ausgewählten Gitterpunkten werden übertragen. Als Alter­ native hierzu kann auch ein Schema ausgeführt werden, um einen näheren Gitterpunkt auszuwählen, um den halben LSB- Wert zu addieren und um die Bit auszuscheiden, welche klei­ ner als der LSB-Wert sind.

In Fig. 14a bis 14h ist der Ablauf der vorstehend beschriebe­ nen Berechnung dargestellt, wobei eine A/D-Umsetzung mittels acht Bits durchgeführt wird, und eine Verdichtung bei drei Bits durchgeführt wird. Die letzten Daten des vorhergehenden Blocks sollen 00000110 sein. Fig. 14a zeigt die Daten, welche durch eine A/D-Umsetzung von Sprachdaten erhalten worden sind. Fig. 14b zeigt die Daten, welche durch Differenzenbil­ dung zu dem vorherigen Abtastwert erhalten worden sind. Das Maximum eines Absolutwerts der Daten in diesem Block ist #8, und der Skalierwert ist b₄. In Fig. 14b ist der Skalierwert durch "pos" angezeigt. Fig. 14c zeigt die Daten, welche durch Differenzenbildung mit den letzten Daten 00000110 des vorhe­ rigen Blocks erhalten worden sind. Fig. 14d zeigt die Daten, welche durch Addieren des halben LSB-Werts zu den Daten der Fig. 14c erhalten worden sind. Fig. 14e zeigt die Daten, nachdem die Bits kleiner als LSB von den Daten der Fig. 14d weggelassen wurden. Fig. 14f zeigt die Daten, die erhalten wurden, indem Differenzgrößen mit der früheren Probe der Da­ ten der Fig. 14e genommen wurden. Es wird nun angenommen, daß #1 dieselben Daten wie diejenigen der Fig. 14e sind. Fig. 14g zeigt die Daten, welche erhalten worden sind, indem die quasi-momentane Verdichtung an einer Stelle POS auf drei Bits bewirkt wird, POS addiert wird und ein Block übertragen wird, Fig. 14h zeigt die Daten, welche am Empfänger basierend auf Fig. 14g dekodiert worden sind.

Bei der in Fig. 13a und 13b dargestellten Ausführungsform durchläuft eine Sprachwellenform SS ein Tiefpaßfilter 1, um dadurch eine Bandverdichtung der Abtastfrequenz eines A/D-Um­ setzers 2 auf die Hälfte oder weniger zu bewirken; eine Quan­ tisierung wird mittels des A/D-Umsetzers 2 bewirkt. Die auf diese Weise A/D umgesetzten Daten DS werden in einem Puffer gespeichert, von welchem aus ein Datenblock eine den Maximal­ wert begrenzende Schaltung 5 durchläuft, um Differenzen der Daten zu erzeugen, welche dann einer Skalierwert-Setzeinheit 7 zugeführt werden. In der Einheit 7 wird ein Absolutwert jeder der Differenzdaten genommen, und aus einem Maximum eines derartigen Absolutwerts wird ein wirksames höchstwertiges Bit oder ein Skalierwert festgelegt. Gleich­ zeitig werden die A/D umgesetzten Daten in einem Puffer 6 gespeichert, um Differenzen mit den zuletzt dekodierten Da­ ten des vorherigen Blocks zu berechnen und der halbe LSB- Wert wird zu den Differenzdaten addiert, während die Bit, welche kleiner als der LSB-Wert sind, in der Rundungsschal­ tung 43 ausgeschieden werden. Hierbei wird eine Differenz von Ausgangssignalen der Rundungsschaltung 43 genommen, um zu verhindern, daß die Begrenzungsschaltung 44 über­ läuft, wenn die quasi-momentane Verdichtung durchgeführt wird.

Da keine Differenz für die Daten am Anfang eines Blockes gebildet wird, wird der zu subtrahierende Wert durch den Selektor 47 auf "0" gesetzt. Der Differenzwert wird in dem Datenumsetzer 45 verarbeitet, um die Bitbreite zu redu­ zieren und um sie dann über den Multiplexer 13, wo sie gemischt wird, zusammen mit dem Skalierwert auszugeben. Dann wird eine lokale Dekodierung durchgeführt, um Daten durch die quasi-momentane Dehnungseinheit 14 und den Inte­ grator 15 auszugeben, und die letzten Daten des Blockes wer­ den in jedem der Register gesetzt. Die Steuereinheit 50 schaltet zwischen dem Festlegen des Skalierwerts und der Durchführung einer Kodierung. Im Falle des Bestimmens des Skalierwerts während der Ausgabebetrieb des Integrators 15 und des Multiplexers 13 und auch der Betrieb des Puffers 6 gestoppt ist, wird der Eingang des Registers 9 zu dem Addierer 8 geschaltet, und der Puffer 3 und die Skalier­ wert-Setzeinheit 7 werden aktiv gemacht. Andererseits wird im Falle der Durchführung der Kodierung während des Aus­ gabebetriebs des Integrators 15 und des Multiplexers 13 und auch während der Puffer 6 aktiv ist, die Operation des Puffers 3 und auch die der Skalierwert-Setzeinheit 7 ge­ stoppt, um dadurch die Ausgabe des Skalierwerts zurückzu­ halten. Wenn außerdem das erste Wort eines Blockes kodiert wird, wird der Selektor auf "0" geschaltet, und der Aus­ gang des Integrators wird an jedes der Register abgegeben.

Claims (4)

1. Sprachsignal-Kodierverfahren, wonach PCM-kodierte Sprachdaten in zeitlich gesteuerter Folge in Blöcke unterteilt werden, wobei jeder Block eine vorbestimmte Anzahl Daten hat, wonach Kodedaten aus einer vorherbestimmten Anzahl von Differenzdatenbits, welche Differenzdaten entsprechend Differenzwerten jeweils aufeinanderfolgender, benachbarter Daten wiedergeben, gebildet werden und einen Skalierwert enthalten, welcher die Position des höchstwertigsten, gesetzten Bits innerhalb des Maximalwertes der absoluten Differenzdaten in jedem Block repräsentieren, und dieses höchstwertigste, gesetzte Bit einschließen, um dadurch die Sprachdaten zu verdichten, und die Kodedaten so zu korrigieren, daß der Fehler zwischen dekodierten Werten der Kodedaten und den originalen Sprachdaten, welche diesen Kodedaten entsprechen, auf ein Minimum herabgesetzt wird, indem

• a) die in digitale Form gebrachten Abtastwerte des Sprachsignals (DS) in Blöcken gespeichert werden,
• b) aus den gespeicherten Abtastwerten und kumulativen Werten Differenzdaten (DDs) gebildet werden,
• c) der Maximalwert der Differenzdaten auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird,
• d) die begrenzten Differenzdaten (DD) erneut gespeichert werden,
• e) aus den begrenzten Differenzdaten (DD) der Skalierwert für die quasi-momentane Verdichtung bestimmt wird,
• f) bei der Skalierwertbestimmung gemäß Schritt (e) unter den Differenzdaten (DD) ein Datenwort identifiziert wird, welcher seinem Betrag nach der größte ist, und das höchstwertigste Bit seines Bitmusters festgelegt wird und dessen Bitposition die Skalierdaten (DK) bildet,
• g) die erneut gespeicherten begrenzten Differenzdaten einer quasi-momentanen Verdichtung unterzogen werden, wobei für jeden Abtastwert ein quasi-momentaner Verdichtungs-Kodierschritt durchgeführt wird und wobei die Skalierdaten (DK) bei der Verdichtung der Differenzdaten mitverwendet werden, und
• h) die verdichteten Differenzdaten (DC) (Kodedaten) unter erneuter Verwendung der Skalierdaten (DK) und unter Verwendung der kumulativen Werte optimiert werden, wobei bei der Optimierung jeder Block der verdichteten Differenzdaten (DC) gemäß einem quasi-momentanen Dehnungsverfahren dekodiert wird und die dabei erhaltenen dekodierten Daten (DE) zusammen mit den begrenzten Differenzdaten zur Bildung der kumulativen Werte herangezogen werden.

2. Kodierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem ermittelten Skalierwert ein Wert hinzuaddiert und von diesem ein Wert subtrahiert wird, um mehrere Skalierwerte zu erhalten.

3. Kodierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den mehreren Skalierwerten derjenige ausgewählt wird, welcher zu einem minimalen Fehler zwischen den dekodierten Daten und den integrierten, begrenzten Differenzdaten führt.

4. Kodierverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert 1 ist.