Codierung breitbandiger Sprachsignale bei niedriger Datenrate

Heute übliche Sprachübertragungsverfahren weisen im Sinne der “Telefonqualität” eine Beschränkung der Frequenzbandbreite auf den Bereich von 0.3-3.4kHz auf. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Codierung von sogenannten breitbandigen Sprachsignalen mit einer Bandbreite von 0.05-7kHz. Es werden Methoden für eine deutlich bessere Sprachqualität entwickelt, wobei die Datenrate und die Komplexität mit heute im Mobilfunk üblichen Verfahren vergleichbar sind. Die Grundlage bildet dabei das sog. Code-Excited-Linear-Prediction Verfahren (CELP). Der Hauptteil der Arbeit befaßt sich mit der Entwicklung eines Codecs mit einer Bitrate von 16kbit/s. Dies entspricht einer effektiven Quantisierung mit nur 1 Bit pro Abtastwert. Der Codec führt eine 2-Band Codierung mit ungleichen Bandbreiten (0-6kHz und 6-7kHz) und jeweiliger kritischer Unterabtastung der Teilbandsignale durch. Diese Art der ungleichen Bandaufteilung ist das Ergebnis einer statistischen Analyse der Bandbreite von zeitlich begrenzten Sprachsignalabschnitten. Der weitere Teil der Arbeit befaßt sich mit der Codierung mit variabler Bitrate. Grundlage für diese Art der Codierung ist die Einteilung von Abschnitten eines Sprachsignals in Klassen unterschiedlicher Stimmhaftigkeit. Weiterhin wurden ausführliche Untersuchungen zur linearen Kurzzeit- und Langzeitprädiktion vorgenommen. Die in der Arbeit entwickelten Verfahren zur Codierung breitbandiger Sprachsignale mit einer festen Bitrate von 16kbit/s oder einer variablen Bitrate (mittlere Datenrate kleiner als 10kbit/s) zeichnen sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine wesentlich verbesserte Sprachqualität aus. Das entwickelte Verfahren wurde von der Deutschen Telekom AG in den Standardisierungsprozeß für einen künftigen ITU-Standard zur Codierung breitbandiger Sprachsignale mit 16, 24 und 32kbit/s eingebracht.