Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
Можно подчеркнуть спектральные максимумы и минимумы, иными словами, увеличить отношения максимальных значений к минимальным, если произвести квадрирование мгновенного спектра (Купер, Петерсон и Фарингер—Cooper, Peterson and Fahringer). Квадрирование можно осуществить квадратичными выпрямителями в спектральных каналах; аналогичный эффект получается при использовании вокодерной речи в качестве сигнала источника при вторичном синтезе. Установлено, что речь с квадрированным спектром звучит более мягко, чем синтетическая речь обычного типа, получаемая при использовании в анализаторе линейных детекторов. Однако квадрирование сопровождается неестественным и нежелательным увеличением уровней при передаче громких звуков. В той же работе делается вывод: характерная для вокодера «хриплость» в значительной мере объясняется низкочастотной модуляцией (обычно с частотой 60 или 120 гц) импульсного источника основного тона.
324
СИСТЕМЫ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ТЕЛЕФОНИИ
Лучшая фильтрация сигнала основного тона является очевидным способом борьбы с указанным недостатком.
Проблема сокращения динамического диапазона может быть частично разрешена путем нормирования спектральных сигналов—параметров по средним амплитудам спектра (Смит—Smith, 1963; Стил и Кассл — Sttele and Cassel, 1963, а). Подразумевается, что каждый полосный сигнал задан с величиной отклонения от средней амплитуды спектра, среднее значение передается отдельно. Метод исключения средней составляющей был использован ранее при автоматическом слежении за формантой также с целью облегчения работы в большом динамическом диапазоне (см. раздел 5.2).
8.1.2. Уплотнение полосных вокодеров
Частотное уплотнение. Для передачи ряда одновременно действующих сигналов обычно используется частотное или временное уплотнение. В первом случае на каждый сигнал отводится участок спектра требуемой ширины. Индивидуальные сигналы модулируют различные несущие, которые передаются одновременно в отведенных им полосах частот и демодулируются на приеме. В случае временного уплотнения используется единый канал передачи с соответствующей полосой частот, причем для передачи каждого сигнала отводится определенный интервал времени.
Частотное уплотнение вокодерных сигналов привлекает простотой схемных решений. Кроме того, этот вид уплотнения применим на существующих аналоговых каналах связи. Задача состоит в том, чтобы обеспечить достаточно точную передачу сигналов, занимая при этом минимальную ширину спектра.
Обычно вокодерные сигналы содержат постоянную составляющую, поэтому необходимо выбрать такой способ модуляции, при котором передается постоянная составляющая. Этому требованию удовлетворяет обычная амплитудная модуляция (AM). При AM спектр имеет две боковые полосы, поэтому канал используется неэкономно. Обычная однополосная модуляция (ОБП) с подавленной несущей занимает полосу в два раза уже, но не обеспечивает достоверной передачи низкочастотных компонентов модулирующего сигнала. Возможно, этот недостаток устранится при частичной передаче второй боковой полосы. Однако лучшим решением является квадратурная модуляция (Холси и Сваффельд—Halsay and Swaffield).
При квадратурной модуляции два спектральных сигнал-параметра модулируют по амплитуде две различные несущие, одинаковые по частоте, но отличающиеся по фазе на я/2 радиан.
ПОЛОСНЫЕ ВОКОДЕРЫ
325
В этом случае два AM сигнала с двумя боковыми полосами занимают один диапазон частот. Если частотная и фазовая характеристики канала передачи симметричны относительно частоты несущей, любой из сигналов может быть выделен на приемной стороне, с помощью синхронного детектора. В синхронном детекторе принимаемое колебание умножается на опорный сигнал и полученное произведение интегрируется. Частота опорного сигнала должна быть равна частоте несущей. Для подавления квадратурного сигнала фаза опорного сигнала должна быть сдвинута относительно фазы несущей подавляемого сигнала на 90°. В системах с квадратурной модуляцией должен соблюдаться точный частотный и фазовый, синхронизм между несущими на передаче и опорными сигналами на приеме.
Метод квадратурной модуляции дает неудовлетворительные результаты при передаче обычных речевых сигналов. Обеспечиваемая на практике стабильность не позволяет получить достаточно низкий уровень переходных разговоров. Однако для воко-дерных сигналов переходное затухание между спектральными каналами величиной 25 дб, по-видимому, достаточно1). Такое значение переходного затухания может быть практически реализовано при использовании метода квадратурной модуляции. Отношение сигнала к переходной помехе равно котангенсу фазового сдвига между несущей и опорным сигналом. Таким образом, переходное затухание, равное или большее 25 дб, обеспечивается при фазовой ошибке, равной или меньшей 3,3°2).
Временное уплотнение. Временное уплотнение заключается в последовательной во времени передаче отсчетов спектральных сигнал-параметров. Согласно теореме отсчетов3) частота взятия проб должна, по крайней мере, в два раза превышать высшую частоту, содержащуюся в спектральных сигналах. Воко-дерные сигналы обычно ограничиваются по спектру частотой около 20 гц, поэтому частота взятия проб устанавливается около 40 гц или выше. Фактически для обеспечения достаточной точности разделения каналов на приеме требуемая общая ширина канала передачи оказывается примерно вдвое больше суммарной ширины спектра входных сигналов и составляет столько же, сколько требуется для передачи тех же сигналов методом частотного уплотнения с обычной AM (Бенетт—Benett, 1941). Но даже в этом случае величина переходного затухания между каналами может оказаться едва допустимой. Например, в 12-ка-нальной системе отношение сигнала к переходной помехе состав-
