Codificacion de sub-bandas y codificador vselp

I. Codificación de Sub-bandas
La codificación de sub-bandas es un método de codificación en el dominio de la frecuencia y saca provecho de las características espectrales de la voz.
Este tipo de codificación se basa en el enmascaramiento. El enmascaramiento es una característica del oído humano que ocurre cuando una frecuencia posee una gran amplitud lo que impide que el oído escuche lasfrecuencias adyacentes de menor amplitud, de esta manera la frecuencia de mayor amplitud enmascara a las de menor amplitud.
Este fenómeno de enmascaramiento es instantáneo y se presenta en una determinada gama de tiempo. Un ejemplo de enmascaramiento es cuando escuchamos un disparo de cerca, pues por un periodo de tiempo no escucharemos nada. Este fenómeno puede durar hasta 100ms.
La idea básica dela codificación por sub-bandas es la de economizar el ancho de banda eliminando la información de las frecuencias que van a resultar enmascaradas pues de todas maneras el oído no las escuchará.
La mayoría de los codificadores SBC utilizan el mismo esquema. Primero, un filtro o un conjunto de filtros descomponen la señal de entrada en varias sub-bandas. Luego se aplica un modelo psicoacústico queutiliza un método de predicción polinómica para analizar tanto las bandas como la señal y determinar la cantidad de enmascaramiento en función de la frecuencia. Considerando estos niveles de enmascaramiento se cuantifican y codifican las muestras de cada banda: si en una frecuencia dentro de la banda hay una componente por debajo del umbral de enmascaramiento, se desecha. Si lo supera, se calculanlos bits necesarios para cuantificarla y se codifica. Finalmente se agrupan los datos según el estándar correspondiente que estén utilizando codificador y decodificador, de manera que éste pueda decodificar los bits recibidos y de esta manera recuperar la señal enviada.
La principal ventaja de la codificación en sub-bandas es que el ruido de cuantificación que se produce en cada banda quedaconfinado a la misma.
Generalmente a cada banda se le aplica ADPCM como método de codificación. La idea es manipular el ruido de cuantificación de manera de que se encuentre por debajo del umbral de enmascaramiento de forma que el oído no pueda escucharlo.
A aquellas sub-bandas más afectadas por el enmascaramiento se les asignarán menos bits y a las menos afectadas se les asignarán más bits. Sinembargo, existe la posibilidad de no asignar bits a las bandas muy afectadas de forma tal que las muestras pertenecientes a las mismas no sean codificadas. De esta manera manipulando la relación entre el ruido de cuantificación y los umbrales de enmascaramiento y eliminando la información de las frecuencias que se ven enmascaradas se logra una codificación eficiente.

Figura 1: Diagrama debloques de un sistema por codificación en sub-bandas.
También es posible utilizar PCM como método de codificación de cada sub-banda pero en este caso el número de bits asignados a cada muestra es constante.

II. Codificador VSELP
El codificador VSELP es el estándar en las comunicaciones celulares digitales en Estados Unidos.
VSELP es un tipo de algoritmo CELP que codifica a 7.950 [bps],utilizando un adicional de 5.050 [bps] para control de errores y sincronización de tramas.
La diferencia entre VSELP y los codificadores comunes (CELP) radica principalmente en la estructura de sus codebooks. Mientas CELP utiliza un stochastic codebook para realizar sus búsquedas, VSELP utiliza dos conjuntos de vectores base para generar un espacio de “vectores candidatos”. De este modo, la búsqueda enel codebook de CELP corresponde a dos búsquedas en VSELP.
Hay siete vectores base ortogonales en todo el espacio para cada búsqueda. Cada uno de ellos contiene 40 elementos. La selección de los vectores base es fundamental para una rápida búsqueda en los codebook.
Se realiza un análisis LPC para cada ventana de señal de voz y se obtienen una serie de coeficientes del filtro LPC. Estos...