Пристрій для стиснення мовних сигналів

Пристрій для стиснення мовних сигналів, який складається з аналого-цифрового перетворювача (АЦП), що має один вхід та два ви ходи - готовності та інформаційний, компаратора, першого та другого регістрів та першого, другого та третього елементів АБО, який відрізняється тим, що додатково введені четвертий елемент АБО, перший, другий, третій, четвертий та п'ятий елементи І, третій регістр, лічильний тригер по модулю два, лічильний тригер по модулю три, ди ференціювальний RC-ланцюг, суматор, накопичувальний суматор, схема віднімання та взяття модуля та оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП), причому вихід АЦП з'єднаний з дозволяючими входами трьох регістрів, з др угим входом першого елемента І, ви хід якого з'єднано з ОЗП, з першим входом другого елемента І, вихід якого з'єднано з входом лічильного тригера по модулю два та з першим входом третього елемента І, вихід якого з'єднано з входом лічильника по модулю три; інформаційний вихід АЦП з'єднано з першим входом першого елемента І та з інформаційним входом першого регістра, вихід якого з'єднано з першим входом четвертого елемента І та з входом другого регістра, ви хід якого A 2 (11) 1 3 71189 4 PCM, DPC M and DM Quantizers // IEEE. -1974. входом схеми віднімання та взяття модуля. Вихід Vol.62. -№3. -p.97). він містить АЦП, ви хід якого схеми віднімання та взяття модуля з'єднано з наз'єднано з першим полосовим фільтр, вихід якого копичувальним суматором, вихід якого з'єднано з з'єднано з першим входом компаратора, вихід якопершим входом компаратора, вихід якого сполуго з'єднано з ключем, який має два положення, чено з другим входом третього елемента АБО, вихід якого з'єднано з інформаційним входом перпершим входом другого елемента АБО, першим шого регістра, а керуючий (інверсний) вхід якого входом першого елемента АБО та з другим вхоз'єднано з генератором тактових імпульсів, який дом четвертого елемента АБО, ви хід якого також з'єднано зі схемою часової затримки та кез'єднано з третім входом першого елемента І; руючим (інверсним) входом другого регістра. Вихід перший вхід четвертого елемента АБО з'єднано з першого регістра з'єднано з цифровим виходом, першим (інвертованим) виходом лічильного тригесхемою "ВИКЛЮЧНЕ НЕ-АБО" та інформаційним ра по модулю два, другий вихід якого з'єднано з входом другого регістра, інверсний вихід першого другим інвертованим входом другого елемента І; регістра та обидва виходи другого регістра перший (інвертований) вихід лічильного тригера з'єднано зі схемою "ВИКЛЮЧНЕ НЕ-АБО", ви хід по модулю три з'єднано з другими входами третьякої з'єднано із другим входом блоку реверсивного ого, четвертого та п'ятого елементів І, а другий лічильника на три розряди, перший вхід якого вихід з'єднано з третім входом другого елемента з'єднано із виходом схеми часової затримки. Вихід АБО; диференціювальний RC-ланцюг з'єднано з блоку реверсивного лічильника на три розряди другим входом першого елемента АБО, другим через декодери з'єднано з входами блоку ключів з входом другого елемента АБО та з першим ходом трьома станами, виходи якого з'єднані з другим третього елемента АБО, ви хід якого з'єднано з входом компаратора та з другим полосовим керуючим входом накопичувального суматора, та фільтром. керуючими входами трьох регістрів; ви хід першого До недоліків даного пристрою слід віднести елемента АБО з'єднано з керуючим входом нестійкість роботи пристрою при швидкій зміні лічильного тригера по модулю два; вихід другого значення вхідної напруги, яка відповідає мовному елемента АБО з'єднано з керуючим входом сигналу. лічильного тригера по модулю три. В основу винаходу поставлена задача ствоНа кресленні представлено структурну схему рення пристрою стиснення мовних сигналів, в пристрою для стиснення мовних сигналів, до якому завдяки введенню блока попереднього складу якої входять: АЦП 1, диференціювальний стиснення мовної інформації, робота якого баRC-ланцюг 2, блок прогнозу 3 у вигляді трьох зується на модифікованому методі лінійного прорегістрів 7, 10, 13, двох елементів І 16, 17, суматогнозу, вдається виконувати процедуру стиснення ра 18, схеми віднімання та взяття модуля 21, одмовного сигналу на апаратному рівні одразу після ного елемента АБО 23, накопичувального суматоздійснення аналогово-цифрового перетворення, ра 24 та компаратора 25; блок видачі інформації 4 тобто підвищується ефективність роботи приу складі елемента АБО 8, елемента І 11 та ОЗП строю. 14; блок лічильника по модулю два 5, який містить Поставлена задача досягається тим, що в елемент АБО 9, елемент І 12 та лічильний тригер пристрій для стиснення мовних сигналів, який по модулю два 15; блока лічильника по модулю складається з АЦП, що має один вхід та два вихотри 6, який містить елемент 119, елемент АБО 20 ди - готовності та інформаційний, компаратора, та лічильний тригер по модулю три 23, причому першого та другого регістрів та першого, другого вихід АЦП 1 з'єднаний з керуючими входами трьох та третього елементів АБО додатково введені четрегістрів 7, 10, 13,з другим входом елемента 111, вертий елемент АБО, перший, другий, третій, четвихід якого з'єднано з ОЗП 14, з першим входом вертий та п'ятий елементи І, третій регістр, лічильелемента І 12, вихід якого з'єднано з входом ний тригер по модулю два, лічильний тригер по лічильного тригера по модулю два 15 та з першим модулю три, диференціювальний RC-ланцюг, сувходом елемента І 19, вихід якого з'єднано з вхоматор, накопичувальний суматор, схема віднімандом лічильного тригера по модулю три 23. ня та взяття модуля та оперативний запам'ятовуІнформаційний вихід АЦП 1 з'єднано з першим ючий пристрій (далі ОЗП), причому ви хід АЦП входом елемента І 11 та з інформаційним входом з'єднаний з дозволяючими входами трьох регістрегістра 7, вихід якого з'єднано з першим входом рів, з другим входом першого елемента І, вихід елемента І 16 та з входом регістра 10, вихід якого якого з'єднано з ОЗП, з першим входом другого з'єднано з другим входом схеми віднімання та елемента І, вихід якого з'єднано з входом лічильвзяття модуля 21 та з входом регістра 13, вихід ного тригера по модулю два та з першим входом регістра 13 з'єднано з першим входом елемента І третього елемента І, вихід якого з'єднано з входом 17. Виходи елементів І 16, 17 з'єднано з суматолічильника по модулю три. Інформаційний вихід ром 18, вихід якого з'єднано з першим входом АЦП з'єднано з першим входом першого елемента схеми віднімання та взяття модуля 21. Вихід схеми І та з інформаційним входом першого регістра, віднімання та взяття модуля 21 з'єднано з накопивихід якого з'єднано з першим входом четвертого чувальним суматором 24, вихід якого з'єднано з елемента І та з входом другого регістра, вихід якопершим входом компаратора 25, вихід якого го з'єднано з другим входом схеми віднімання та з'єднано з другим входом елемента АБО 23, первзяття модуля та з входом третього регістра, вихід шим входом елемента АБО 9 та з другим входом якого з'єднано з першим входом п'ятого елемента елемента АБО 8, вихід якого з'єднано з третім І; ви ходи четвертого та п'ятого елементів І з'єднавходом елемента І 11. Перший вхід елемента АБО но з суматором, вихід якого з'єднано з першим 23 з'єднано з диференціювальним RC-ланцюгом 2, 5 71189 6 вихід якого також з'єднано з другим входом елеПоклавши DSmax = R(t ) max одержуємо формента АБО 9, другим входом елемента АБО 20 та мулу для інтервалу розбивки з першим ходом елемента АБО 23, вихід якого з'єднано з керуючим входом накопичувального 8 × DSmax Dt * = t j +1 - t j = (1) суматора 24 та керуючими входами регістрів 7, 10, S' ' (t ) max 13. Вихід першого елемента АБО з'єднано з кеЗа формулою (1) обчислюється частота дисруючим входом лічильного тригера по модулю два. Вихід др угого елемента АБО з'єднано з кеDS кретизації і відповідний рівень напруги поруючим входом лічильного тригера по модулю 3. 4 Перший вхід елемента АБО 8 з'єднано з першим дається на другий вхід компаратора 25. (інвертованим) виходом лічильного тригера по 2. Після виконання обчислень, наведених в п. модулю два 15, другий вихід якого з'єднано з дру1 робота пристрою стиснення мовних сигналів гим входом елемента І 12. Перший (інвертований) відбувається наступним чином: при вмиканні живвихід лічильного тригера по модулю три 23 сполулення на схему пристрою стиснення мовних сигчається з другими входами елементів І 16, 17, 19, налів через дифиренціювальний RC-ланцюг 2 поа другий ви хід з'єднано з третім входом елемента дається керуючий імпульс y0 , який відповідно до АБО 20, а ви хід елемента АБО 20 з'єднано з кекреслення надходить на входи скиду лічильних руючим входом лічильного тригера по модулю три тригерів 15, 23, накопичувального суматора 25 та 23. регістрів 7, 10, 13, переводячи їх в нульовий стан, Пристрій для стиснення мовного сигналу прапри цьому інверсні виходи лічильних тригерів 16, цює наступним чином. 24 набувають високого потенціалу. 1. Для мовного сигналу, що надходить на вхід Сигнал "Пуск", який надходить від зовнішнього пристрою, обчислюється частота дискретизації генератора синхроімпульсів, перетворює вибраний DS за допомогою методу скорочення надмірності дискрет мовного сигналу в чергове двійкове слово кодування мовного сигналу за рахунок викориyi , про що оповіщає сигнал "Готов" на виході АЦП стання АЦП 1 амплітудно-часового коду і критерію оцінки похибки сигналу при його відновленні, яка 1, який надходить на дозволяючі входи зсувних полягає в наступному: регістрів 7. 10, 13, схеми І 11, і через схеми І 12 та Критерій оцінки похибки сигналу полягає в 19 на лічильні входи лічильників 15 та 23. знаходженні ряду фіксованих значень аргументу Перший імпульс сигналу "Готов" надходить на дозволяючий вхід регістра 7 і схеми І 11 і дозволяє t0 , t 1, t2 ,..., t n , що забезпечує наближення ламаної з передачу першого слова y1 в ОЗП 14 і регістр 7. вершинами S , S , S ,..., S до заданої кривої S(t ) , 0 1 2 n яка відповідає мовному сигналу, таким чином, щоб на всьому інтервалі зміни аргументу абсолютна похибка не перевищувала допустимих значень. В загальному апроксимуюча ламана має наступний вид: n S(t ) = S0 + å k j +1( t - t j ) × y( t, t j ) , j=0 ì1 ( t - t j ) > 0, ï; де y (t, t j ) = í ï0; ( t - t j ) < 0, î ki +1 = S j+1 - Sj - нахил відповідної ділянки апt j+1 - t j роксимуючої ламаної. Похибка апроксимації визначається залишковим членом інтерполяційної формули. У цьому випадку відрізок прямій на ділянці t j, t j+1 описується виразом S(t j ) + (t - t j ) × S( t j +1) - S( t j ) S(t ) = , t j +1 - t j а залишковий член на цій же ділянці: S ' ' (t ) R( t ) = (t - t j )( t - t j +1) , 2! де S' ' ( t ) - друга похідна заданої функції всередині ділянки. Якщо R( t) і S' ' ( t ) прямують до максимальних значень, тоді [ ] 2 R( t ) max = S' ' (t ) max é t j +1 - t j ù ê ú . 2! ë 2 û При передачі слова y1 в регістр 7 ланцюг зсуву зсуває його вхід на два розряди вправо, тобто здійснює його ділення на число 4, і в регістр 7 заy писується число 1 . Др угий імпульс "Готов" доз4 воляє читання другого двійкового слова y2 з виходу АЦП 1 в ОЗП 14 та регістр 7, при цьому двійкове слово y1 з регістра 7 переписується в регістр 10. При передачі слова y1 з регістра 7 в регістр 10 воно зсувається на один розряд вліво, y тобто в регістрі 10 тепер зберігається слово 1 , а 2 y2 в регістрі 7 . Після надходження другого 4 імпульсу "Готов" спрацьовує лічильний тригер по модулю два 15, міняючи потенціали на своїх ви ходах на протилежні, що закриває доступ до ОЗП 14 наступним імпульсам від АЦП 1. При надходженні третього імпульсу "Готов" слово y3 передається до регістру 7, в якому воно займає місце y2 , зсу y3 ). Відповідно 4 перше слово y1 передається до регістру 13, зсуваючись ланцюгами зсуву на один розряд вправо y ( 1 ), друге слово y2 передається до регістру 10, 4 зсуваючись ланцюгами зсуву на один розряд вліво вається на 2 розряди вправо ( 7 71189 y2 ). При надходженні третього імпульсу спраць2 овує лічильник по модулю три 23, який змінює потенціали на своїх вихода х на протилежні і надає доступ імпульсам y3 та y1 через елементи І 16, 17 до суматора 18. На виході суматора одержуємо сигнал y1 y3 + (2) 4 4 Якщо лінійний прогноз визначити через різницю між першим і другим війковими словами: D = yi - y i-1 , то відхилення від визначеного прогнозу можна визначити з формули (2): yi-= yi-1 - D , 1 ( yi+1 yi + D + d , тоді = yi -1 yi+1 ( yi - D) + ( yi + D + d) yi d + = = + (3) 4 4 4 2 4 де d - відхилення значення yi+1 від прогнозованого. Після суматора 18 сигнал (3) та сигнал, який одержано на виході регістра 10, поступають на схему віднімання та взяття модуля 21, на виході якої в одержуємо: æ y d ö æ yö d ç + ÷-ç ÷ = (4) è 2 4 ø è 2ø 4 Одержане значення (4) зберігається в накопичувальному суматорі 24 та подається на перший вхід компаратора 25, на другий вхід якого по Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 8 DS d DS . Якщо ³ , то накопичувальний 4 4 4 суматор 24, лічильний тригер по модулю два 15 та лічильний тригер по модулю три 23 скидаються і далі робота пристрою відбувається аналогічно d DS описаному. Якщо < , наступний імпульс y 4 4 4 від АЦП 1 передається до регістру 7, зміщуючи y3 дається в регістр 10, а y2 в регістр 13, з відповідними зсувами і далі робота пристрою відбувається аналогічно вищенаведеному. Таким чином кожну n-ну ділянку мовного сигналу для кількості відліків m d DS якої виконувалася нерівність n < представ4 4 лено в ОЗП 10 лише першими двома двійковими словами yni,y ni+1 - цієї інформації достатньо для того, щоб відтворити відповідні ділянки використовуючи розроблений математичний апарат та знаючи значення допустимої похибки прогнозу DS . Таким чином, використання пристрою стиснення мовних сигналів, як свідчать результати експериментів, дозволяє стиснути мовний сигнал в 3-4 рази, в залежності від його характеру та зробити це на 30-40% швидше, ніж використовуючи метод лінійного прогнозу. Найбільш ефективно стискаються мовні сигнали, що відповідають голосним та дзвінким фонемам російської та української мов та міжскладові паузи. Підписне Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601