Aufgabe 3.4Z: GSM–Vollraten–Sprachcodec

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LPC-, LTP- und RPE-Parameter beim GSM-Vollraten-Codec

Dieser 1991 für das GSM–System standardisierte Codec – dieses Kunstwort steht für eine gemeinsame Realisierung von Coder und Decoder – mit der englischen Bezeichnung GSM Fullrate Vocoder kombiniert drei Methoden zur Kompression von Sprachsignalen:

• Linear Predictive Coding (LPC),
• Long Term Prediction (LTP), und
• Regular Pulse Excitation (RPE).

Die in der Grafik angegebenen Zahlen geben die Bitzahl an, die von den drei Einheiten dieses FR–Sprachcodecs pro Rahmen von jeweils $20$ Millisekunden Dauer generiert werden.

Anzumerken ist dabei, dass LTP und RPE im Gegensatz zu LPC nicht rahmenweise, sondern mit Unterblöcken von $5$ Millisekunden arbeiten. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Lösung der Aufgabe.

Das Eingangssignal in obiger Grafik ist das digitalisierte Sprachsignal $s_{\rm R}(n)$. Dieses entsteht aus dem analogen Sprachsignal $s(t)$ durch

• eine geeignete Begrenzung auf die Bandbreite $B$,
• Abtastung mit der Abtastrate $f_{\rm A} = 8 \ \rm kHz$,
• Quantisierung mit $13 \ \rm Bit$,
• anschließender Segmentierung in Blöcke zu je $20 \ \rm ms$.

Auf die weiteren Aufgaben der Vorverarbeitung soll hier nicht näher eingegangen werden.

Hinweis:

Diese Aufgabe gehört zum Themengebiet „Sprachcodierung” im Gemeinsamkeiten von GSM und UMTS dieses Buches sowie zum Sprachcodierung des Buches „Beispiele von Nachrichtensystemen”.

Fragebogen

1

Auf welche Bandbreite muss das Sprachsignal begrenzt werden?

$B \ = \ $ $\ \rm kHz$

2

Aus wie vielen Abtastwerten $(N_{\rm R})$ besteht ein Sprachrahmen? Wie groß ist die Eingangsdatenrate $R_{\rm In}$?

$N_{\rm R} \ = \ $ $\ \rm Abtastwerte$

$R_{\rm In} \ = \ $ $\ \rm kbit/s$

3

Wie groß ist die Ausgangsdatenrate $R_{\rm Out}$ des GSM-Vollraten-Codecs?

$R_{\rm Out} \ = \ $ $\ \rm kbit/s$

4

Welche Aussagen treffen hinsichtlich des Blocks „LPC” zu?

	LPC macht eine Kurzzeitprädiktion über eine Millisekunde.
	Die $36$ LPC–Bits geben Koeffizienten an, die der Empfänger nutzt, um die LPC–Filterung rückgängig zu machen.
	Das Filter zur Kurzzeitprädiktion ist rekursiv.
	Das LPC–Ausgangssignal ist identisch mit dem Eingang $s_{\rm R}(t)$.

5

Welche Aussagen sind hinsichtlich des Blocks „LTP” zutreffend?

	Er entfernt periodische Strukturen des Sprachsignals.
	Die Langzeitprädiktion wird pro Rahmen einmal durchgeführt.
	Das Gedächtnis des LTP–Prädiktors beträgt bis zu $15 \ \rm ms$.

6

Welche Aussagen treffen für den Block „RPE” zu?

	RPE liefert weniger Bits als LPC und LTP.
	RPE entfernt für den subjektiven Eindruck unwichtige Anteile.
	RPE unterteilt jeden Subblock nochmals in vier Teilfolgen.
	RPE wählt davon die Teilfolge mit der minimalen Energie aus.

Musterlösung

Musterlösung

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