ВОКОДЕР И ЦИФРОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Вокодер
Речевое кодирование подразумевает преобразование речевого аналогового аудио сигнала в цифровой сигнал с последующим устранением избыточной информации для передачи по каналам связи, записи или дальнейшего преобразования в эффективный формат. Кодеры могут быть условно разделены на два типа:

1. Кодеры формы звукового сигнала

Этот метод кодирования минимизирует искажения между исходным аудио сигналом и кодированным аудио сигналом. Чем выше скорость цифрового потока после преобразования, тем лучше качество звука. Когда скорость передачи недостаточна – качество звука уменьшается по экспоненте. Такой способ кодирования имеет низкий показатель по сжатию, но с другой стороны - меньшую задержку при обратном преобразовании, а также дешевую реализацию и относительно низкие требования к производительности кодека. Примеры методов кодирования данного типа: MBE (Multi-Band Excitation) - многополосное возбуждение, LSP (Line Spectrum Pair) - пара линейчатого спектра, PARCСR (PARtial auto-CORrelation) - частичная автокорреляция, WI (Waveform Interpolation) - интерполяция формы волны, MELP (Mixed Excitation Linear Prediction)- кодирования с линейным предсказанием. Существуют вокодеры с аналогичным методом кодирования.

2. Вокодеры (кодирование с анализом посредством синтеза)

Вокодер извлекает (определяет) параметры аудио сигнала как синтетические волновые модели, анализируя оцифрованный речевой аудио сигнал на этапе кодирования и выделяет его параметры. Это позволяет синтезировать речевой аудио сигнал на этапе декодирования. Поскольку вокодер передает только извлеченные проанализированные параметры и не стремится точно воспроизводить исходный сигнал, то в результате можно значительно уменьшить скорость цифрового потока и, как следствие, скорость передачи в канале связи. Однако, с другой стороны, качество звука зависит от качества синтетического моделирования формы звуковой волны, и даже с более высокой скоростью передачи невозможно улучшить качество звука.

Кроме того, может быть использовано гибридное кодирование. Этот метод кодирования также моделирует сигнальные элементы аудио источника и процессы (анализ посредством синтеза), передает как аудио параметры, так и остальную часть информации, которая не может быть смоделирована в виде параметров и минимизирует искажение исходной формы волны.
К гибридным вокодерам относят: CELP (Code Excited Linear Prediction coding) - линейное предсказание с мультикодовым управлением, VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction) - линейное предсказание возбуждением от суммы векторов , PSI-CELP (Pitch Synchronous Innovation Code Excited Linear Prediction) - линейное предсказание c возбуждением от кода, отображающего сигнал возбуждения, синхронный с основным тоном.

AMBE+2 может быть отнесен к этой категории вокодеров.


                  Рис. 10-1. Принципы обработки сигналов кодером формы волны и вокодером

Как упомянуто выше, вокодер – это речевой компрессор аудио сигнала, который выделяет акустические характеристики (параметры) человеческой речи. В канал связи передаются только характерные речевые форманты исходного аудио, что позволяет существенно уменьшить количество данных, которое необходимо передавать по сравнению с кодерами формы волны. Однако, из-за искусственных речевых генераторов, используемых на этапе декодирования, выходной аудио сигнал мог походить на речь робота (компьютер управлял автоответчиком, например). Несмотря на то, что технологии вокодеров улучшили качество звука за последние годы, восстановленный вокодером голос все еще заметно отличается от аналога.

Самое большое преимущество цифровой обработки – это возможность реализации "Узкополосной передачи". Это обеспечивает передачу речевого сообщения с минимальным количеством передаваемых данных. Таким образом, для вокодера NXDN™ AMBE+2 достаточно ширины полосы - 6.25 кГц. (составляющей половину ширины полосы стандартных аналоговых технологий - 12.5 кГц), а методы обработки и коррекции ошибок способствуют улучшению речевой разборчивости, сохранению качества речи при передаче в условиях сильных шумов или при приеме исключительно слабого сигнала, когда радиостанция работает на пределе чувствительности.
В некотором смысле технология вокодера для беспроводных телекоммуникаций позволяет надежно и эффективно передавать основные элементы голоса, жертвуя при этом качеством передачи оттенков тембра голоса.