MAGIC VOICE Kodierung/Dekodierung - Encoding/Decoding

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Die Codierung dient der Datenreduktion.

Das Verfahren (LPC) nutzt die im Sprachsignal enthaltene Redundanz, den wiederkehrenden Charakter der Resonanz in der Mundhöhle. Dabei werden alle Koeffizienten (einfach errechenbar und mathematich stabil mit Parcor) mit 3 bis 10 Bits codiert. Eine Codierungstabelle ist so gestaltet, dass die Koeffizientenwerte, die häufiger vorkommen, stärker abgedeckt werden.
The encoding is used for data reduction.

The LPC algorithm takes advantage of the redundancy inherent in the speech signal, the repetitive nature of resonance in the oral cavity. All coefficients (which are easy to calculate and mathematically stable using Parcor) are encoded using 3 to 10 bits. An encoding table is designed so that the coefficient values that occur more frequently are covered more extensively.


De- / Kodierung - De- / Coding

Parameter-Nachschlagetabellen (Codierungstabellen)

Der Sprachsynthesizer benötigt grundsätzlich 10 Binärbits für jeden Koeffizienten. Der Speicherbedarf lässt sich jedoch durch eine Kodierung der Koeffizienten reduzieren. Die Synthese-Parameter (Energie, Tonhöhe, K1..K10) werden im EPROM des Magic-Voice-Moduls gespeichert. Jeder Parameter belegt zwischen 3 und 10 Bit. Während der Synthese wählen die codierten Werte einen 10-Bit-Parameter aus dem Parameter-Lookup-ROM im T6721A aus.

Beispielsweise verwendet der TMS 5220 von Texas Instruments die Codierungstabelle "654P74", die auch als "D6" bekannt ist. Dazu muss man wissen, "D6" ist ein allgemeiner Überbegriff. D6 gibt es als Version für 8 kHz Abtastrate und 10 LPC Koeffizenten, 8 kHz/12 LPC, 10 kHz/10 LPC und 10 kHz/12 LPC.

Die Kodiertabellen sind in einem ROM innerhalb des T6721A hinterlegt, sie werden auch als "look-up-table" bezeichnet. Auch eine ASCII-Tabelle ist zum Beispiel eine Codierungstabelle. Es klingt also komplizierter als es wirklich ist.
Parameter Look Up Tables (Coding Tables)

The speech synthesizer basically needs 10 binary bits for each coefficient. However, the requirement for storage can be reduced by encoding the set of coefficients. The synthesis parameter (Energy, Pitch, K1..K10) are stored in the EPROM of the Magic Voice Module. Each parameter occupies between 3 and 10 bit. During synthesis, the coded values select a 10-Bit parameter from the parameter lookup ROM within the T6721A.

For example, the TMS 5220 from Texas Instruments uses the "654P74" coding table also known as "D6". To understand this, you need to know that, "D6" is a general umbrella term. D6 is available in versions with 8 kHz Sampling rate and 10 LPC coefficients, 8 kHz / 12 LPC, 10 kHz / 10 LPC and 10 kHz / 12 LPC.

The coding tables are permanently stored in a ROM within T6721A, they are also referred to as "look-up table". An ASCII table, for example, is also a coding table. So it sounds more complicated than it really is.


- Energy -

- Pitch -

- Excitation Function

Anregungs-ROM für stimmhafte Laute

Das Anregungs-ROM für stimmhafte Töne verfügt über zwei Arten von Quellen (8- und 64-Byte-Masken-ROMs). Durch Umschalten zwischen diesen beiden Quellen lässt sich die Klangqualität verändern. Dies geschieht über den Parameter für die Synthese von CONDITION 1 (Bit D3 = Art der Form der Tonanregungsquelle), entweder Tonhöhenimpuls (Stimme) oder Dreieckwelle (Musik).
Excitation ROM for voiced sounds:

The excitation ROM for voiced sound has two kinds of sources (8 and 64 byte mask ROM’s). By switching these two sources, the voice quality can be modified. This is done by the parameter for synthesizing CONDITION 1 (Bit D3 = Type of sound excitation source shape), either Pitch Impulse (Voice) or Triangle Wave (Music).

8 byte mask-ROM: triangle wave (for improving clearness of voice)

64 byte mask-ROM: sin ωt² (to improve naturalness of voice)

Unvoiced sounds:

random noise generator



- Kn Parameter -

PARCOR Koeffizienten:

PARCOR-Koeffizienten (Partialkorrelationskoeffizienten) liegen streng genommen im Bereich von -1 bis +1 (einschließlich), d. h. -1 ≤ Kn ≤ +1. Damit ein Filter zur linearen Vorhersagesynthese jedoch stabil bleibt, muss der Absolutwert jedes PARCOR-Koeffizienten streng kleiner als 1 sein (|Kn| < 1).

Bei realen Sprachsignalen nehmen die Koeffizienten mit höherer Ordnung tendenziell betragsmäßig ab, da die verbleibende partielle Korrelation nach Abzug der vorherigen Stufen geringer wird.
PARCOR coefficients:

PARCOR (Partial Correlation) coefficients strictly range from, inclusive -1 to +1, -1 ≤ Kn ≤ +1. But for a linear prediction synthesis filter to remain stable, the magnitude of every PARCOR coefficient must be strictly less than 1 (|Kn| < 1).

In real speech signals, the magnitudes of higher-order coefficients tend to decrease because the remaining partial correlation becomes smaller after subtracting the previous stages.


48 Bit/Frame: non-linear transformation
96 Bit/Frame: linear transformation

K10 Coding Table, 3 Bit

48 Bits/Frame
K10 - 3 Bit (LPC 10, 8 kHz, D6)
Coded Value Decoded Value
Dec. Hex Binary Hex P-Value
0 00 000 C3 -0.40000
1 01 001 E6 -0.25714
2 02 010 F3 -0.11429
3 03 011 FD 0.02857
4 04 100 06 0.17143
5 05 101 11 0.31429
6 06 110 1E 0.45714
7 07 111 43 0.60000



Datenkomprimierung der Parameter - Data packing of the parameters

Example:

No. of Bits (Table Bit allocation)

Codes:

Binary:

In Hexa:

Bits inverted in Nibble

Nibbles are swapped

Result:


Inversion Table: (TMS 50C20)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
0 8 4 C 2 A 6 E 1 9 5 D 3 B 7 F

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