7.9 The GSM CodecThe speech coder u

7.9 The GSM Codec
The speech coder used in the pan-European digital cellular standard GSM
goes by a rather grandiose name of regular pulse excited long term prediction
(RPE-LTP) codec. This codec has a net bit rate of 13 kbps and was chosen after
conducting exhaustive subjective tests [C0189] on various competing codecs.
The RPE-LTP codec [Var88] combines the advantages of the earlier French
proposed baseband RELP codec with those of the multi-pulse excited long-term
prediction (MPE-LTP) codec proposed by Germany. The advantage of the base
band RELP codec is that it provides good quality speech at low complexity. The
speech quality of a RELP codec is, however, limited due to the tonal noise intro-
duced by the process of high frequency regeneration and by the bit errors intro-
duced during transmission. The MPE-LTP technique, on the other hand,
produces excellent speech quality at high complexity and is not much affected by
bit errors in the channel. By modifying the RELP codec to incorporate certain
features of the MPE-LTP codec, the net bit rate was reduced from 14.77 kbps to
13.0 kbps without loss of quality. The most important modification was the addi-
tion of a long-term prediction loop.
The GSM codec is relatively complex and power hungry. Figure 7.10 shows
a block diagram of the speech encoder [Ste94]. The encoder is comprised of four
major processing blocks. The speech sequence is first pre-emphasized, ordered
into segments of 20 ms duration, and then Hamming-windowed. This is followed
by short-term prediction (STP) filtering analysis where the logarithmic area
ratios (LAR‘s) of the reflection coefficients rn (k) (8 in number) are computed.
The 8 LAR parameters have different dynamic ranges and probability distribu-
tion functions, and hence all of them are not encoded with the same number of
bits for transmission. The LAR parameters are also decoded by the LPC inverse
filter so as to minimize the error en .
LTP analysis which involves finding the pitch period pn and gain factor gn
is then carried out such that the LTP residual rn is minimized. To minimize rn ,
pitch extraction is done by the LTP by determining that value of delay, D, which
maximizes the crosscorrelation between the current STP error sample, en , and a
previous error sample en_ D. The extracted pitch pn and gain gn are transmitted
and encoded at a rate of 3.6 kbps. The LTP residual. rn , is weighted and decom-
posed into three candidate excitation sequences. The energies of these sequences
are identified, and the one with the highest energy is selected to represent the
LTP residual. The pulses in the excitation sequence are normalized to the high-
est amplitude, quantized, and transmitted at a rate of 9.6 kbps.
Figure 7.11 shows a block diagram of the GSM speech decoder [Ste94]. It
consists of four blocks which perform operations complementary to those of the
encoder. The received excitation parameters are RPE decoded and passed to the
LTP synthesis filter which uses the pitch and gain parameter to synthesize the
long~term signal. Short—term synthesis is carried out using the received reflec-
tion coefficients to recreate the original speech signal.

Block diagram of GSM speech decoder.
Every 260 bits of the coder output (i.e. 20 ms blocks of speech) are ordered,
d d'n on their importance, into groups of 50, 132, and 78 bits each. The bits
epen 1 g
in the first group are very important bits called type Ia bits. The next 132 bits
The USDC Codec 389
are important bits called Ib bits, and the last 78 bits are called type II bits. Since
type Ia bits are the ones which effect speech quality the most, they have error
detection CRC bits added. Both la and Ib bits are convolutionally encoded for for-
ward error correction. The least significant type II bits have no error correction
or detection.

7.10 The USDC Codec

The U.S. digital cellular system (IS-54) uses a vector sum excited linear
predictive coder (VSELP). This coder operates at a raw data rate of 7950 bits/s
and a total data rate of 13 kbps after channel coding. The VSELP coder was
developed by a consortium of companies, and the Motorola implementation was
selected as the speech coding standard after extensive testing.
The VSELP speech coder is a variant of the CELP type vocoders [Ger90].
This coder was designed to accomplish the three goals of highest speech quality,
modest computational complexity, and robustness to channel errors. The code
books in the VSELP encoder are organized with a predefined structure such that
a brute-force search is avoided. This significantly reduces the time required for
the optimum code word search. These code books also impart high speech quality
and increased robustness to channel errors while maintaining modest complex-
ity.
Figure 7.12 shows a block diagram of a VSELP encoder. The 8 kbps VSELP
codec utilizes three excitation sources. One is from the long-term (“pitch”) predic-
tor state, or adaptive code book. The second and third sources are from the two
VSELP excitation code books. Each of these VSELP code books contain the
equivalent of 128 vectors. These three excitation sequences are multiplied by
their corresponding gain terms and summed to give the combined excitation
sequence. Afler each subframe the combined excitation sequence is used to
update the long-term filter state (adaptive code book). The synthesis filter is a
direct form 10th order LPC all pole-filter. The LPC coeflicients are coded once per
20 ms frame and updated in each 5 ms subfiame. The number of samples in a
subframe is 40 at an 8 kHz sampling rate. The decoder is shown in Figure 7.13.

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

7,9 Codec GSMCoder pidato yang digunakan di pan-Eropa digital selular standar GSMpergi dengan nama yang agak megah biasa Nadi bersemangat jangka panjang prediksiCodec (RPE-LTP). Codec ini memiliki tingkat 13 kbps bit bersih dan dipilih setelahmelakukan tes subjektif lengkap [C0189] pada berbagai codec yang bersaing.RPE-LTP codec [Var88] menggabungkan keunggulan dari Perancis sebelumnyacodec RELP diusulkan baseband dengan multi pulse bersemangat jangka panjangPrediksi (MPE-LTP) codec yang diusulkan oleh Jerman. Keuntungan dari dasarband RELP codec adalah bahwa ia menyediakan berkualitas baik pidato di rendah kompleksitas. Thekualitas pidato codec RELP adalah, bagaimanapun, terbatas karena nada suara intro-duced oleh proses regenerasi frekuensi tinggi dan dengan sedikit kesalahan intro-duced selama transmisi. MPE-LTP teknik, di sisi lain,menghasilkan pidato yang sangat baik kualitas tinggi kompleksitas dan tidak banyak dipengaruhi olehsedikit kesalahan dalam saluran. Dengan memodifikasi RELP codec untuk memasukkan tertentuFitur MPE-LTP codec, kecepatan bit bersih diturunkan dari 14.77 kbps ke13.0 kbps tanpa kehilangan kualitas. Modification paling penting adalah PA-tion loop prediksi jangka panjang.GSM codec adalah relatif kompleks dan power lapar. Menunjukkan gambar 7.10diagram blok encoder pidato [Ste94]. Encoder terdiri dari empatblok besar pengolahan. Pidato adalah posisi pra-ditekankan, memerintahkanmenjadi segmen-segmen 20 ms durasi, dan kemudian Hamming-windowed. Ini diikutioleh jangka pendek prediksi (STP) filtering analisis mana daerah logaritmarasio (LAR) rn koefisien refleksi (k) (8 jumlahnya) dihitung.Parameter LAR 8 memiliki rentang dinamis dan probabilitas Ting distribusi-fungsi tion, dan karenanya mereka tidak dikodekan dengan jumlah yang samabit untuk transmisi. Parameter LAR yang juga diterjemahkan oleh invers LPCfilter untuk meminimalkan kesalahan en.Analisis LTP yang melibatkan finding pn periode pitch dan mendapatkan faktor gnkemudian dilakukan sedemikian rupa sehingga rn sisa LTP diminimalkan. Untuk meminimalkan rn,pitch ekstraksi dilakukan oleh LTP dengan menentukan nilai penundaan, D, yangmemaksimalkan crosscorrelation antara sampel arus STP kesalahan, en, dansebelumnya kesalahan sampel en_ D. Pn diekstrak pitch dan memperoleh gn ditransmisikandan dikodekan pada tingkat 3.6 kbps. Sisa LTP. RN, tertimbang dan decom -diajukan ke tiga kandidat eksitasi urutan. Energi dari urutan iniyang identified, dan satu dengan energi tertinggi dipilih untuk mewakiliSisa LTP. Pulsa di urutan eksitasi dinormalkan tinggi-amplitudo Est, terkuantisasi, dan menular pada tingkat 9.6 kbps.7.11 angka menunjukkan diagram blok GSM pidato decoder [Ste94]. Ituterdiri dari empat blok yang melakukan operasi pelengkap bagiEncoder. Parameter eksitasi diterima adalah RPE didekode dan berlalu untukLTP sintesis filter yang menggunakan parameter pitch dan keuntungan untuk mensintesispanjang ~ istilah sinyal. Singkat — istilah sintesis dilakukan dengan menggunakan reflec diterima -tion koefisien untuk menciptakan sinyal pidato asli.Diagram blok GSM pidato decoder.Setiap bit 260 coder output (yaitu 20 ms blok pidato) diperintahkan,d d'n pada kepentingan mereka, menjadi kelompok 50, 132, dan 78 bit masing-masing. BitEpen 1 gdalam kelompok posisi adalah sangat penting bit disebut tipe Ia bit. 132 bit berikutnyaUSDC Codec 389penting bit disebut Ib bit, dan bit 78 yang terakhir disebut tipe II bit. SejakKetik Ia bit adalah orang-orang yang mempengaruhi kualitas yang paling, mereka memiliki kesalahanDeteksi CRC bit ditambahkan. La dan bit Ib convolutionally dikodekan untuk untuk-koreksi kesalahan Ward. Significant tipe II bit yang setidaknya memiliki ada koreksi kesalahanatau deteksi.7.10 USDC CodecUS sistem selular digital (IS-54) menggunakan vektor jumlah bersemangat linearprediktif coder (VSELP). Coder ini beroperasi pada tingkat data mentah 7950 bit/sdan jumlah data tingkat 13 kbps setelah saluran coding. Programmer VSELP adalahdikembangkan oleh konsorsium perusahaan, dan pelaksanaannya Motoroladipilih sebagai pidato standar pengkodean setelah pengujian ekstensif.VSELP pidato coder adalah varian dari CELP jenis vocoders [Ger90].Coder ini dirancang untuk mencapai tiga tujuan dari pidato kualitas tertinggi,kompleksitas komputasi yang sederhana, dan ketahanan saluran kesalahan. Kodebuku-buku dalam VSELP encoder yang disusun dengan struktur predefined yangserangan brute-force dihindari. Significantly ini mengurangi waktu yang dibutuhkan untukpencarian kata kode yang optimal. Buku-buku kode ini juga menyampaikan pidato tinggi kualitasdan peningkatan ketahanan saluran kesalahan tetap menjaga kompleks sederhana-ity.Gambar 7,12 menunjukkan diagram blok VSELP encoder. 8 kbps VSELPcodec memanfaatkan tiga eksitasi sumber. Salah satu adalah dari jangka panjang ("pitch") predic-Tor negara, atau kode adaptif buku. Sumber kedua dan ketiga adalah dari duaVSELP eksitasi kode buku. Setiap kitab kode VSELP mengandungsetara dengan 128 vektor. Eksitasi urutan ini tiga yang dikalikan dengankonektornya mendapatkan persyaratan dan disimpulkan untuk memberikan eksitasi gabunganurutan. Afler setiap subframe urutan eksitasi gabungan yang digunakan untukmemperbarui negara filter jangka panjang (adaptif kode buku). Sintesis filter adalahlangsung bentuk 10 urutan LPC tiang-filter semua. LPC coeflicients dikodekan sekali per20 ms bingkai dan diperbarui dalam setiap 5 ms subfiame. Jumlah sampel disubframe adalah 40 pada tingkat 8 kHz sampel. Decoder yang ditunjukkan dalam gambar 7,13.

Hasil (Bahasa Indonesia) 2:

7,9 GSM Codec
The coder pidato yang digunakan dalam digital standar GSM seluler pan-Eropa
berjalan dengan nama yang cukup megah pulsa reguler prediksi jangka panjang bersemangat
(RPE-LTP) codec. Codec ini memiliki bit rate bersih 13 kbps dan terpilih setelah
melakukan tes lengkap subjektif [C0189] pada berbagai codec bersaing.
The RPE-LTP codec [Var88] menggabungkan keuntungan dari sebelumnya Perancis
diusulkan baseband RELP codec dengan orang-orang dari multi -pulse jangka panjang bersemangat
prediksi (MPE-LTP) codec yang diusulkan oleh Jerman. Keuntungan dari basis
band yang RELP codec adalah bahwa ia menyediakan kualitas suara yang baik pada kompleksitas rendah. The
Kualitas pidato codec RELP, bagaimanapun, terbatas karena kebisingan tonal intro
diproduksi oleh proses regenerasi frekuensi tinggi dan dengan kesalahan sedikit intro
diproduksi selama transmisi. Teknik MPE-LTP, di sisi lain,
menghasilkan kualitas pidato yang sangat baik pada kompleksitas yang tinggi dan tidak banyak dipengaruhi oleh
kesalahan bit dalam saluran. Dengan memodifikasi codec RELP untuk menggabungkan beberapa
fitur dari codec MPE-LTP, bit rate bersih berkurang dari 14,77 kbps sampai
13,0 kbps tanpa kehilangan kualitas. Yang paling penting modi fi kasi adalah addi-
tion dari prediksi lingkaran jangka panjang.
GSM codec relatif kompleks dan haus kekuasaan. Gambar 7.10 menunjukkan
diagram blok dari encoder pidato [Ste94]. Encoder ini terdiri dari empat
blok pengolahan utama. Urutan pidato pertama pra-menekankan, memerintahkan
ke segmen 20 ms durasi, dan kemudian Hamming-windowed. Hal ini diikuti
oleh prediksi jangka pendek (STP) fi filtering analisis di mana daerah logaritmik
rasio (LAR yang) dari koefisien refleksi rn (k) (8 ekor) yang dihitung.
8 parameter LAR memiliki rentang dinamis yang berbeda dan probabilitas distribusi
tion fungsi, dan karenanya semua dari mereka tidak dikodekan dengan jumlah yang sama
bit untuk transmisi. Parameter LAR juga diterjemahkan oleh LPC terbalik
fi lter sehingga dapat meminimalkan kesalahan en.
analisis LTP yang melibatkan fi nding lapangan periode pn dan mendapatkan faktor gn
kemudian dilakukan sedemikian rupa sehingga LTP sisa rn diminimalkan. Untuk meminimalkan rn,
ekstraksi lapangan dilakukan oleh LTP dengan menentukan bahwa nilai delay, D, yang
memaksimalkan crosscorrelation antara arus sampel error STP, en, dan
sampel kesalahan sebelumnya en_ D. diekstrak lapangan pn dan mendapatkan gn ditransmisikan
dan dikodekan pada tingkat 3,6 kbps. LTP sisa. rn, tertimbang dan pembusukan
berpose dalam tiga sekuen calon eksitasi. Energi dari urutan ini
adalah diidentifikasi, dan satu dengan energi tertinggi dipilih untuk mewakili
sisa LTP. Pulsa di urutan eksitasi dinormalisasi dengan tinggi
amplitudo est, terkuantisasi, dan ditransmisikan pada tingkat 9,6 kbps.
Gambar 7.11 menunjukkan diagram blok dari decoder pidato GSM [Ste94]. Ini
terdiri dari empat blok yang melakukan operasi melengkapi orang-orang dari
encoder. Parameter eksitasi yang diterima adalah RPE diterjemahkan dan diteruskan ke
LTP sintesis tapis yang menggunakan parameter lapangan dan keuntungan untuk mensintesis
sinyal jangka panjang ~. Sintesis jangka pendek dilakukan dengan menggunakan menerima kembali fl EC
koefisien tion untuk menciptakan sinyal suara asli. Blok diagram dari GSM pidato decoder. Setiap 260 bit output coder (yaitu 20 ms blok pidato) yang memerintahkan, d d'n kepentingannya, ke dalam kelompok 50, 132, dan 78 bit masing-masing. Bit Epen 1 g pada kelompok pertama fi bit yang sangat penting yang disebut tipe Ia bit. 132 bit berikutnya The USDC Codec 389 adalah bit penting yang disebut Ib bit, dan 78 bit terakhir disebut tipe II bit. Karena tipe Ia bit adalah orang-orang berpengaruh yang kualitas suaranya paling, mereka memiliki kesalahan bit CRC deteksi menambahkan. Kedua la dan Ib bit convolutionally dikodekan untuk untuk- koreksi kesalahan lingkungan. Yang paling signifikan fi tipe II tidak bisa bit tidak memiliki koreksi kesalahan atau deteksi. 7.10 The USDC Codec AS sistem selular digital (IS-54) menggunakan vektor sum gembira linier coder prediktif (VSELP). Coder ini beroperasi pada tingkat data mentah dari 7950 bit / s dan total data rate dari 13 kbps setelah channel coding. The VSELP coder ini dikembangkan oleh konsorsium perusahaan, dan implementasi Motorola ini terpilih sebagai pidato standar pengkodean setelah pengujian ekstensif. Pidato VSELP coder adalah varian dari jenis CELP vocoders [Ger90]. coder ini dirancang untuk mencapai tiga tujuan kualitas tertinggi pidato, kompleksitas komputasi sederhana, dan ketahanan untuk menyalurkan kesalahan. Kode buku di encoder VSELP diatur dengan struktur ned prede fi sehingga pencarian brute-force dihindari. Ini fi cantly signifikan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk pencarian kata kode yang optimal. Buku kode tersebut juga menyampaikan pidato kualitas tinggi dan peningkatan ketahanan untuk menyalurkan kesalahan tetap menjaga complex- sederhana ity. Gambar 7.12 menunjukkan diagram blok dari encoder VSELP. 8 kbps VSELP codec menggunakan tiga sumber eksitasi. Salah satunya adalah dari jangka panjang ("lapangan") prediksi negara tor, atau buku kode adaptif. Sumber kedua dan ketiga dari dua buku kode eksitasi VSELP. Masing-masing buku kode VSELP ini mengandung setara dengan 128 vektor. Ketiga urutan eksitasi dikalikan dengan istilah gain yang sesuai dan dijumlahkan untuk memberikan eksitasi gabungan urutan. Sebuah fl er setiap subframe urutan eksitasi gabungan digunakan untuk memperbarui status fi lter jangka panjang (buku kode adaptif). Sintesis tapis adalah agar bentuk-10 LPC langsung semua pole- tapis. LPC coe fl icients dikodekan sekali per 20 ms frame dan diperbarui setiap 5 ms sub fi ame. Jumlah sampel dalam subframe adalah 40 pada sampling rate 8 kHz. Decoder ditunjukkan pada Gambar 7.13.