10.12. ВОКОДЕРНАЯ СВЯЗЬ

Вокодер представляет собой устройство, в передающей части которого из речевого сигнала выделяются параметры, определяющие информативность речи. К этим параметрам относятся спектральные огибающие звуков речи и параметры основного тона речи, т. е. признаки звуков речи, медленно изменяющиеся во времени. Параметр основного тона управляет частотой генератора основного тона, находящегося в приемной части вокодера. Напряжение от этого генератора, создающего импульсы, сходные с импульсами гортани, подается на сложный фильтр, имитирующий акустическую систему речевого тракта для звонких звуков. При синтезе глухих звуков речи генератор создает шумовое напряжение, подаваемое на фильтры, имитирующие систему для глухих звуков речи. Параметрами этих фильтров и уровнем звуков речи управляют параметры, выделенные на передающем конце, в результате чего восстанавливается спектральная огибающая речевого сигнала. Качество и разборчивость восстановленного сигнала получаются достаточно высокими.

В зависимости от типа выделяемых параметров речевого сигнала есть вокодеры полосные, гармонические, формантные и фонемные. В полосных выделяется комплекс ординат спектра в узких полосках, в гармонических — коэффициенты Фурье от разложения спектральной огибающей в сумму гармоник, в формантных — частоты и амплитуды формант, в фонемных — произнесенный звук. Так как эти параметры изменяются во времени со скоростью произнесения звуков речи (8—10 звуков в секунду), то частотный диапазон каждого параметра не превышает Гц. Кроме того, в каждом из перечисленных типов вокодеров выделяется параметр (частота) основного тона голоса.

В полосных вокодерах берут полос. Динамический диапазон каждого параметра не превышает 25 дБ, поэтому при переводе параметров в импульсную форму достаточен четырехзначный код (16 значений по а во времени достаточно 50 отсчетов в секунду. Необходимая пропускная способность для спектральных параметров требуется и на передачу основного тона еще а всего В настоящее время уже достигнуто высокое значение разборчивости речи и качества ее при скорости в В гармоническом вокодере требуемая скорость передачи несколько меньшая.

В наиболее распространенном типе формантного вокодера выделяются четыре формантных частоты и четыре формантных уровня. Динамический диапазон этих параметров — не более поэтому достаточны трехзначный код (8 значений по и 40 отсчетов в секунду. Всего получается отводится на передачу мелодии основного тона. Требуемая скорость передачи параметров получается равной

Для фонемного вокодера требуемая скорость передачи пока еще не ниже при этом теряется информация об индивидуальности говорящего.

Применение вокодеров дает повышение разборчивости речи в условиях радиопомех, так как сигналы передаются в телеграфном режиме со специальным помехоустойчивым кодированием. Речь, передаваемая с помощью вокодерной связи, идет с высоким уровнем и хорошей разборчивостью даже при наличии сильных помех и замираний. Хорошая помехоустойчивая радиосвязь получается при формантном кодировании. Ее применяют на линиях KB связи.

Импульсная форма сигнала дает возможность засекречивания речи аналогично засекречиванию телеграфной передачи. Такую закодированную речь невозможно раскодировать современными методами. Кроме того, вокодерная связь дает возможность значительного увеличения числа каналов в импульсных системах связи. Для обычного речевого сигнала требуется пропускная способность в 25 раз больше, чем для полосного вокодера и в 50 раз больше, чем для формантного. В будущем, при разработке фонемного вокодера, эти возможности еще более увеличатся.

Вокодерную связь в США применяют с 1959 г. (в военной авиации для KB связи). В настоящее время в США выпускают такую аппаратуру для коммерческой телефонной связи. Габаритные размеры и масса подобной аппаратуры уже находятся в приемлемых пределах. Разработаны и выпускаются вокодеры на новых интегральных элементах с цифровыми методами анализа и синтеза речевого сигнала. Это значительно упрощает производство подобных устройств и удешевляет их.