RU2104613C1

RU2104613C1 - Delta-modulated communicating device

Info

Publication number: RU2104613C1
Application number: RU94033712A
Authority: RU
Inventors: А.М. Косарев; О.В. Смирнов; А.В. Пуцик
Original assignee: Войсковая Часть 25871
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1998-02-10
Also published as: RU94033712A

Abstract

FIELD: electric communications; telephone communication system interfaced with vocoder-type speech converters. SUBSTANCE: device has on sending end input filter, comparator, three-bit shift register, logic circuit, syllable filter, pulse-amplitude modulator, integrator, clock generator; on receiving end, it has three-bit shift register, logic circuit, syllable filter, pulse-amplitude modulator, integrator, output filter, and clock generator. In addition, device is provided with digital data transmission acknowledgement analyzer whose transmitter has switch, pulse generator sync pulse generator, and control circuit; its receiver has switch, comparison circuit, error counter, digital-to-analog converter, sync pulse detector, and control circuit; it also has controlled amplifier. EFFECT: improved design. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах телефонной связи при необходимости их сопряжения с речепреобразующими устройствами (РПУ) вокодерного типа. The invention relates to telecommunications and can be used in telephone communication systems, if necessary, their pairing with speech-converting devices (RPU) vocoder type.

Известны системы телефонной связи, в которых нашли применение РПУ на основе дельта-модуляции с цифровым инерционным компандированием (ДМЦИК) [1, 3]. Аналоги обеспечивают достаточно высокое качество передачи речевых сигналов, однако в случае их сопряжения по низкой частоте с вокодерами разборчивость речи становится неудовлетворительной. Причина снижения разборчивости передаваемой речи заключается как в существенном несоответствии полос передаваемых частот указанных типов РПУ, так и в особенностях используемого метода дельта-модуляции. Известно, что ДМЦИК кодеках [1] изменение величины ступеньки квантования осуществляется схемой цифрового инерционного компандирования (ЦИК) на основе анализа последовательности выходного (входного) дельта-потоков. При трехразрядной схеме анализа увеличение шага квантования происходит при обнаружении кодовых комбинаций вида "111" или "000". Ошибки в цифровом тракте приводят к нарушению нормального функционирования схемы ЦИК, уменьшению уровня восстановленного речевого сигнала на выходе демодулятора. Учитывая, что в современных вокодерах [2] преобразование речевых сигналов в цифровую форму осуществляется методами импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) с неизменными уровнями дискретизации, снижение уровня сигнала на входе вокодера при его сопряжении с выходом дельта-кодека приводит к ухудшению соотношения уровней передаваемого сигнала и искажений квантования и снижению разборчивости речи. В этом случае увеличение разборчивости речи возможно путем дополнительного усиления речевого сигнала на выходе дельта-кодека на величину, равную снижению уровня сигнала из-за влияния ошибок. Telephone communication systems are known in which RPUs based on delta modulation with digital inertial companding (DMTSIK) are used [1, 3]. Analogs provide a fairly high quality of voice signal transmission, however, if they are coupled at a low frequency with vocoders, speech intelligibility becomes unsatisfactory. The reason for reducing the intelligibility of transmitted speech is both a significant discrepancy between the transmitted frequency bands of the indicated types of RPUs and the features of the used delta modulation method. It is known that DMCIC codecs [1] change the magnitude of the quantization step by a digital inertial compaction (CEC) scheme based on an analysis of the sequence of output (input) delta streams. In the three-digit analysis scheme, an increase in the quantization step occurs when code combinations of the form "111" or "000" are detected. Errors in the digital path lead to a disruption in the normal functioning of the CEC circuit, a decrease in the level of the restored speech signal at the output of the demodulator. Considering that in modern vocoders [2], speech signals are converted to digital form by pulse-code modulation (PCM) methods with constant sampling levels, lowering the signal level at the vocoder input when it is paired with the output of the delta codec leads to a deterioration in the ratio of the transmitted signal levels and quantization distortion and reduced speech intelligibility. In this case, an increase in speech intelligibility is possible by additional amplification of the speech signal at the output of the delta codec by an amount equal to a decrease in the signal level due to the influence of errors.

В качестве прототипа к предлагаемому может быть выбрано устройство связи, описанное в [3] , которое содержит на передающей стороне: входной фильтр, компаратор, трехразрядный регистр сдвига, логическую схему

, слоговый фильтр, амплитудно-импульсовый модулятор (АИМ), интегратор, генератор тактовых импульсов (ГТИ); на приемной стороне: трехразрядный регистр сдвига, логическую схему

, слоговый фильтр, АИМ, интегратор, выходной фильтр, ГТИ.As a prototype of the proposed can be selected communication device described in [3], which contains on the transmitting side: input filter, comparator, three-digit shift register, logic circuit

syllabic filter, amplitude-pulse modulator (AIM), integrator, clock generator (GTI); on the receiving side: three-digit shift register, logic circuit

, syllabic filter, AIM, integrator, output filter, GTI.

Прототипу полностью свойственны недостатки, описанные выше и характерные для всего класса ДМЦИК кодеков. Так, появление хотя бы одной ошибки приводит к нарушению разборчивости схемы ЦИК на интервале в три такта и снижению уровня сигнала на выходе демодулятора. The prototype is completely characterized by the shortcomings described above and characteristic of the entire class of DMCIC codecs. So, the appearance of at least one error leads to a violation of the legibility of the CEC circuit over an interval of three clock cycles and a decrease in the signal level at the output of the demodulator.

Для устранения указанного недостатка в устройство связи с дельта-модуляцией, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные выходной фильтр, вход которого является аналоговым входом кодера, компаратор, трехразрядный регистр сдвига, выходы каждого разряда которого соединены с соответствующими входами логической схемы

, слоговый фильтр, АИМ и интегратор, вход которого соединен с вычитающим входом компаратора, причем тактовый вход регистра сдвига соединен с выходом ГТИ, а вход первого разряда регистра сдвига соединен с вторым входом АИМ, на приемной стороне - последовательно соединенные интегратор и выходной фильтр, выход которого является аналоговым выходом устройства и последовательно соединенные трехразрядный регистр сдвига, выходы каждого разряда которого соединены с соответствующими входами логической схемы

, слоговый фильтр и АИМ, причем тактовый вход регистра сдвига соединен с выходом ГТИ, а выход первого разряда регистра соединен с вторым входом АИМ, дополнительно введены анализатор достоверности передачи цифровой информации (АДПЦИ), состоящий из передатчика и приемника, соединенных через цифровой канал связи, причем вход передатчика соединен с выходом первого разряда регистра сдвига модулятора, а информационный выход приемника соединен с информационным входом регистра сдвига демодулятора, и управляемый усилитель, аналоговый вход которого соединен с выходом амплитудно-импульсного модулятора демодулятора, выход соединен с входом интегратора, а управляющий вход соединен с одноименным выходом приемника анализатора достоверности.To eliminate this drawback, a communication device with delta modulation, containing on the transmitting side a series-connected output filter, the input of which is an analog input of the encoder, a comparator, a three-bit shift register, the outputs of each bit of which are connected to the corresponding inputs of the logic circuit

, syllabic filter, AIM and integrator, the input of which is connected to the subtracting input of the comparator, moreover, the clock input of the shift register is connected to the output of the GTI, and the input of the first category of the shift register is connected to the second input of the AIM, on the receiving side, the integrator and output filter are connected in series, the output which is the analog output of the device and connected in series with a three-digit shift register, the outputs of each bit of which are connected to the corresponding inputs of the logic circuit

, syllabic filter and AIM, moreover, the clock input of the shift register is connected to the output of the GTI, and the output of the first category of the register is connected to the second input of the AIM, a digital information transmission reliability analyzer (ADPCI), consisting of a transmitter and a receiver connected through a digital communication channel, is additionally introduced moreover, the input of the transmitter is connected to the output of the first bit of the modulator shift register, and the information output of the receiver is connected to the information input of the shift register of the demodulator, and a controlled amplifier, an analog input of which th connected to an output pulse amplitude modulator demodulator output coupled to an input of the integrator, and a control input coupled to the output of the receiver with the same reliability analyzer.

Практическая реализация анализатора достоверности может быть выполнена на основе различных схемотехнических решений. Предлагается передатчик данного устройства выполнить на коммутаторе, вход которого является информационным входом передатчика, а выход соответственно выходом передатчика и раздельно соединенных с ним генераторе импульсов (ГИ), генераторе синхропосылок (ГСП) и схеме управления (СУ), а приемник АДПЦИ выполнить на коммутаторе, один из выходов которого является информационным выходом приемника анализатора, а к второму выходу последовательно подключены схема сравнения (СС), счетчик ошибок (СО) и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого является управляющим выходом приемника, детекторе синхропосылок (ДСП) и схеме управления, причем соединенные друг с другом выходы коммутатора и ДСП являются входом приемника анализатора, выход ДСП соединен с входом СУ, а выход последней соединен с управляющим входом коммутатора. The practical implementation of the reliability analyzer can be performed on the basis of various circuitry solutions. It is proposed that the transmitter of this device be executed on the switch, the input of which is the information input of the transmitter, and the output, respectively, is the output of the transmitter and the pulse generator (GI), the clock generator and the control circuit (SU) separately connected to it, and the ADPCI receiver should be executed on the switch, one of the outputs of which is the information output of the analyzer receiver, and a comparison circuit (CC), an error counter (CO), and a digital-to-analog converter (DAC) are connected in series to the second output; torogo is receiver control output, a detector sinhroposylok (DSP) and a control circuit, the interconnected outputs of the switch and the receiver are input chipboard analyzer, yield CPD connected to the input SS and the output of the latter is connected to a control input of the switch.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: АДПЦИ и УУ. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "Новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new units: ADPTS and UU. Thus, the claimed device meets the criterion of "Novelty."

В то же время вновь вводимые блоки и элементы широко известны [4]. Однако при их введении в указанной связи с другими элементами устройства вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к повышению разборчивости передаваемой речи при сопряжении с вокодерами. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия". At the same time, newly introduced blocks and elements are widely known [4]. However, when they are introduced in this connection with other elements of the device, the above blocks exhibit new properties, which leads to an increase in the intelligibility of transmitted speech when paired with vocoders. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1 представлена зависимость коэффициента передачи схемы ЦИК от вероятности ошибки на входе демодулятора; на фиг.2 - структурная схема заявляемого устройства; на фиг.3 - пример конкретного выполнения блока АДПЦИ. In FIG. 1 shows the dependence of the transfer coefficient of the CEC circuit on the probability of error at the input of the demodulator; figure 2 is a structural diagram of the inventive device; figure 3 is an example of a specific implementation of the block ADPTS.

Устройство связи содержит: передающую сторону (модулятор) 1, входной фильтр 2, компаратор 3, трехразрядный регистр сдвига 4, логическую схему

5, слоговый фильтр 6, АИМ 7, интегратор 8, ГТИ 9, приемную сторону (демодулятор) 10, трехразрядный регистр сдвига 11, логическую схему

12, слоговый фильтр 13, АИМ 14, интегратор 15, выходной фильтр 16, ГТИ 17, цифровой канал связи 18, передатчик АДПЦИ 19, приемник АДПЦИ 20, управляемый усилитель 21, коммутатор 22, генератор импульсов 23, генератор синхропосылок 24, схему управления 25, коммутатор 26, схему сравнения 27, счетчик ошибок 28, ЦАП 29, детектор синхропосылок 30, схему управления 31.The communication device comprises: a transmitting side (modulator) 1, an input filter 2, a comparator 3, a three-digit shift register 4, a logic circuit

5, syllabic filter 6, AIM 7, integrator 8, GTI 9, receiving side (demodulator) 10, three-digit shift register 11, logic circuit

12, syllabic filter 13, AIM 14, integrator 15, output filter 16, GTI 17, digital communication channel 18, transmitter APSI 19, receiver APSI 20, controlled amplifier 21, switch 22, pulse generator 23, clock generator 24, control circuit 25 , switch 26, comparison circuit 27, error counter 28, DAC 29, clock detector 30, control circuit 31.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

АДПЦИ с целью непрерывного контроля за состоянием канала связи периодически (например с частотой 256 Гц) вместо сигнала дельта-потока передает в канал связи "1" (единичный импульс) вырабатываемый ГИ. На приеме синхронно с передатчиком СУ подключает канал связи на схему сравнения, которая в случае несоответствия принимаемого знака передаваемой информации выдает импульсы ошибки, подсчитываемые счетчиком и далее преобразуемые ЦАП в аналоговый сигнал управления коэффициентом усиления УУ. Для обеспечения синхронной работы передающего и приемного узлов анализатора введены генератор и детектор синхропосылок, представляющих собой некоторую кодовую комбинацию, и которые формируются при первоначальном вхождении в связь (например каждый раз при нажатии тангенты микрофона). Таким образом, при отсутствии канальных ошибок коэффициент усиления УУ будет составлять единицу, а при появлении ошибок усиление будет возрастать, компенсируя снижение уровня сигнала на выходе интегратора демодулятора. Предлагаемый способ контроля за состоянием канала связи не ухудшает разборчивости передаваемой речи. For the purpose of continuous monitoring of the state of the communication channel, the AISC periodically (for example, with a frequency of 256 Hz) instead of a delta-stream signal transmits the generated GI to the communication channel "1" (single pulse). At the reception, in synchronously with the transmitter, the control unit connects the communication channel to a comparison circuit, which, in case of a mismatch in the received sign of the transmitted information, generates error pulses calculated by the counter and then converted by the DAC into the analogue control signal of the gain of the control unit. To ensure synchronous operation of the transmitting and receiving nodes of the analyzer, a generator and a sync packet detector are introduced, which are some kind of code combination, and which are formed upon initial entry into communication (for example, each time the microphone tangent is pressed). Thus, in the absence of channel errors, the gain of the UE will be unity, and when errors occur, the gain will increase, compensating for the decrease in the signal level at the output of the demodulator integrator. The proposed method for monitoring the state of the communication channel does not impair the intelligibility of the transmitted speech.

Макет устройства был реализован на базе промышленной аппаратуры, содержащей речевой кодек, аналогичный прототипу. Эффективность устройства оценивалась путем проведения артикуляционных испытаний. Результаты испытаний, представленные в таблице, показывают, что эффективность предлагаемого устройства повышается с ростом уровня помех в канале связи и позволяет снизить потери разборчивости при сопряжении дельта-кодеков и вокодеров до 30% по сравнению с прототипом. The device layout was implemented on the basis of industrial equipment containing a speech codec similar to the prototype. The effectiveness of the device was evaluated by conducting articulation tests. The test results presented in the table show that the effectiveness of the proposed device increases with increasing level of interference in the communication channel and can reduce the loss of intelligibility when pairing delta codecs and vocoders up to 30% compared with the prototype.

Источники информации. Sources of information.

1. Стил Р. Принципы дельта-модуляции. М.: Связь, 1979. 1. Steel R. The principles of delta modulation. M .: Communication, 1979.

2. Сапожков М. А. , Михайлов В.Г. Вокодерная связь. М.: Радио и связь, 1983. 2. Sapozhkov M. A., Mikhailov V.G. Vocoder communication. M .: Radio and communications, 1983.

3. Джонсон Ф.Б. Речевой кодек для системы PTARMIGAN перевод с анг. F.B. Johnson. The PTARMIGAN Speech Coder. In International Specialist Seminar on Case Studies in Advansed Signal Processing. Peebles, 1979, p.119-126. 3. Johnson FB Speech codec for the PTARMIGAN system F.B. Johnson. The PTARMIGAN Speech Coder. In International Specialist Seminar on Case Studies in Advansed Signal Processing. Peebles, 1979, p. 119-126.

4. Горшков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. М.: Радио и связь, 1989.5 4. Gorshkov B. I. Elements of electronic devices: a Handbook. M .: Radio and communications, 1989.5

Claims

A communication device with delta modulation, containing on the transmitting side a series-connected input filter, the input of which is the information input of the device, a comparator and a three-digit shift register, the outputs of the bits of which are connected to the corresponding inputs of the logic unit that performs the function

the output signals of a three-bit shift register, the output of which through a series-connected syllabic filter, an amplitude-pulse modulator and integrator is connected to another input of the comparator, the clock input of a three-bit shift register is connected to the output of the clock pulse generator, and the output of the first bit of the shift register is connected to another input of amplitude -pulse modulator, on the receiving side a three-digit shift register, the outputs of the bits of which are connected to the corresponding inputs of the logical block, lnyayuschego function

the output of which through a syllabic filter is connected to one of the inputs of the amplitude-pulse modulator, as well as a series-connected integrator and an output filter, the output of which is the information output of the device, the clock input of a three-digit shift register connected to the output of the clock generator, and the output of the first discharge of a three-bit register the shear is connected to another input of the amplitude-pulse modulator, characterized in that a pulse generator, a generator a clock package and a control element, the outputs of which are connected respectively to the first, second, and control inputs of the switch, the third input of which is connected to the output of the first bit of the three-digit shift register, and the output of the switch is connected to the input of the digital communication channel, series-connected switches are introduced on the receiving side, a comparison unit , an error counter, a digital-to-analog converter and a controlled amplifier, as well as a series-connected clock detector and a control element, the output of which is connected inen with the control input of the switch, the input of which is connected to the input of the clock detector and with the output of the digital communication channel, and the other output of the switch is connected to the input of the three-digit shift register, and the output of the amplitude-pulse modulator is connected to the integrator input through a controlled amplifier.