CN1023626C - 电视电话用的抵消电路和传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种设置有桥式电路的传输系统，该桥式电路在有线传输线路的整个可用频带或部分频带上提供出平衡状态。由桥式电路组成的抵消电路可使得传输系统在同一频率或相邻频率上实现双向同时通信；上述抵消电路设置在传输线路两侧的终端装置上，因而可实现上述的双向同时通信。

Description

本发明涉及一种抵消电路，以及在有线或无线电视电话和调制解调器等通信装置中应用这种抵消电路的传输系统。

一般来说，电话和调制解调器之类通常的终端装置适合于经由一条传输线路实现双向同时通信的通信系统。对于这种双向同时通信，必须从接收的信号中区别出发送的信号。如果区别信号的能力（串话特性）差，则电话会产生啸呌，调制解调器之类会增加误差。因此，在电话和调制解调器中采用了一种混合电路，借以区别发送的和接收的信号。采用一般的混合电路时，串话特性处在图4（4-1）所示曲线的范围内。所以，对于普通的电

话通信，混合电路具有足够的性能。但是，对于普通电话之外的以图象和字符等数据通信为目的电视电话和调制解调器之类的装置，应用这种混合电路在同一载波频率上来实现数据的双向同时通信是不可能的。例如有一种称为“存贮电话装置”的电话设施，能通过普通电话传输图象和字符。虽然对于普通电话，它可以实现双向同时通信，但对于图象和字符仅能进行单向传输。

存这种情况下，为了获得必要的区别能力（串话特性），已提出了采用频分通信方式的图象和字符的数据双向同时通信，它是以接收信号和发送信号调制各自不同的载波，将它们变换到各自不同的频率上，再配合上述的混合电路来实现的。

频分通信系统的传输线路利用频率并不高。如果能以同一载波频率对图象和字符实现双向同时通信，则有可能应用未被利用的频带，用以传输其他音频信号，也即声音和数据信号，从而得到良好的通信效率。

本发明的目的是使在用的传输线路达到高的通信效率。

本发明的另一个目的是实现声音、图象和字符数据的双向同时通信。

本发明的抵消电路由一个桥式电路组成，该桥式电路在有线传输线路的整个频带或部分频带上提供出平衡状态。依靠本抵消电路，可利用同一频率或相邻频率实现声音、图象和字符等数据的双向同时通信。

本发明抵消电路中的桥式电路包含有一个幅频特性补偿电路和相频特性补偿电路。该桥式电路补偿了传输线路阻抗变化引起的影响和构成该电路本身的元器件引起的不平衡状态，从而获得比较平衡的状态。

按照本发明，在传输系统中传输线路两端的终端装置中各装置了电桥式电路组成的抵消电路，用以在可能进行传输的整个频带或部分频带上提供出平衡状态，从而能在同一频率或相邻频率上实现声音、图象和字符等的双向同时通信。

从下面结合附图的说明中，可以较详细地了解本发明的各种特点。

图1是通常使用的混合电路;

图2是本发明的基本构成方框图;

图3是本发明的一个具体电路例子。

图4（4-1）是通常使用的混合电路的串话特性曲线;

图4（4-2）是本发明的混合电路的串话特性曲线;

图5（5-1）至（5-3）是幅频特性补偿电路的几个例子;

图5（5-4）是相频特性补偿电路的一个例子;

图5（5-5）是兼有幅频特性补偿和相频特性补偿作用的电路例子;

图6至图10是传输系统的各种实施例子方框图;

图11是采用图10所示的传输系统，按多路传输应答信号法工作时的频带图。

为了便于更好地理解本发明，下面先解释常用的混合电路。图1是一种经常应用的混合电路，它由一个变压器和一个运算放大器组成。该混合电路组成一种桥式电路，当电话线路的阻抗为纯电阻600Ω和变压器旁不接电容器而为理想变压器时，桥式电路处于平衡状态。在平衡状态下，输入端的输入信号Vi不会在输出端形成输出Vo。然而，电话线路的阻抗并非纯电阻，实际的变压器也决非理想变压器，因而实际上可得到的串话特性至多如图4（4-1）所示。由图可见，采用这种混合电路，难以借助同一频率同时发送和接收数据，因为输入信号Vi的大约1/3（-10dB）会成为输出信号Vo，作为接收信号输出。

可以认为，虽然传输线路的阻抗非600Ω纯电阻是使平衡状态难以达到的一个原因，但主要原因在于混合电路中所用元器件（变压器及电容器C）本身的影响。很难获得平衡状态的原因在于，由变压器电感和电容C组成的一般的调谐回路虽具有带通特性，可抑制来自传输线路的噪声等干扰，但由于在谐振频率以外的频率上，A点和B点电压之间存在相位差，这就造成了不平衡状态。

对于这种情况，本发明可改善串话特性。按照本发明，采用图2所示的混合电路，可使图1中A点和B点之间的电压差和相位差为零，因而混合电路的桥式电路达到平衡状态，获得了改善串话特性的效果。

也即，图2所示的电路方框图是为了补偿图1所示常规电路中点A和B之间电压或电流的幅值 和相位而设的，在此电路方框图中，设置了一个幅值补偿电路和一个相位补偿电路，它们分别在图1中常规的HYB电路的输入和输出侧所设置的运算放大器之间彼此串联连接，以及另一个相位补偿电路接在该输出侧的运算放大器和变压器之间。利用这种电路结构，使点A和B处的电压电流的幅值和相位分别变成一数值或分别以同一方式变化。图3表示相应于图2所示电路方框图的一个具体电路例子。

图3表示另一种电路例子。

这一电路在大约2KHz-3KHz的频率范围内改善了串话特性，改善后的特性示于图4（4-2）。

下面对图3的电路进行解释。

该桥式电路由变压器T1、电容器C1、电阻Ra、接有600Ω电阻负载的变压器T2、电容器C2和Rb组成。变压器T1和T2具有相同的规格。如果C1＝C2和Ra＝Rb，则由这些元器件引起的信号电压的幅度和相位的变化是相关的，所以电压Va2基本上等于电压Vb。然而，由于变压器T1的负载为电话线路，变压器T2的负载为纯电阻，因而电话线路有阻抗变化时，电压Va2和Vb之间会产生不希望有的误差。

有可能做出一种桥式电路，其变压器T2上连接的负载元件具有与电话线路相同的阻抗变化。这里，本发明提供出一种等效的桥式电路，它应用一个高频带幅频特性补偿电路和相频特性补偿电路来实现补偿，使上述Va2和Vb电压之间的差相对地为零。当有Vi输入时，电压Vb2和Vb3相等，Vb2＝Va3，因而Vi只向电话线路输出，在Vo端设有信号输出。另外，经由电话线路传送来的信号在Vb2处有输出，在Va3处无输出，因而发送的信号V1能够与接收的信号区别开来。

这一电路例子可应用于电视电话或类似的系统，除了300Hz-2KHz的声音信号，它能在电话线路传输频带之外的2KHz-3.4KHz频带范围内实现双向同时图象通信，采用的载波频率可以是与上述频率相同的频率或是相邻的频率。普通电话的声音信号是在300Hz-2KHz频带内传输的。图3的电路应用于上述目的，所以声音信号所用的频带不受补偿的影响，而对于受到串话特性重大影响的图象信号频带，补偿是起作用的。因此，如图4（4-2）的曲线所示，在2KHz之下串话特性是差的。又如图5所示，增加幅频和相频特性补偿电路的数目，或者增加起补偿作用的元件的数目，可在更宽的频带内获得良好的串话特性。由此，可以认为，对于高速的调制解调器等装置，应用同一载体频率可实现完全的双向数据通信。在这种情况下，根据调制形式，相频特性变得十分重要;通过将接收信号Vo送到其相频特性与相频补偿电路的特性相反的电路，可以获得良好的效果。

根据所要求的性能，补偿幅频和相频特性用的元件参数可以选择为固定式的、半固定式的或自动平衡式的。采用自动平衡式元件参数时，检测和控制Vb2和Va3的幅度和相位，使两者彼此一致。

下面，说明有可能利用本发明电路的一些传输系统例子。

图6是利用一条电话线路实现双向同时图象数据通信的例子。与通常使用的半双向传输系统相比较，图6所示的例子具有以下优点。按图6的例子，数据的发送和接收是同时进行的，因而可减少传输时间。另一方面，对于半双向传输系统，为了实现双向同时传输，必须降低传输速率和采用频分方式进行复用。否则，必须提供两条传输线路，分别用于发送和接收。而根据图6的例子，发送和接收可以利用同一载波频率，电话线路可以仅用一条，且无需降低传输速率，因而提供了一种低成本的系统。

当然，如图6中虚线所示，增加一条附加的电话线路，这电路例子将成为一种电视电话系统。本电路结构例子是适用于图象通信的，但若配合调制解调器或类似的装置，它也可应用于数据通信。

图7示出一种传输速率高于图6速度的例子。在这个例子中，应用了两条并联的电话线路。若需要更高的传输速率，可以应用更多条电话线路。这也是供图象数据用的传输系统例子，但图象传输系统必须配备一台摄象机。由于传输频率的范围有限制，所以在将摄象机来的图象数据存入存贮器之类似存贮装置后，再以适合于电话线路传输的信号速率进行读出，实现图象数据传输。此时，对于应用两条电话线路且每条电话线路传输所读出数据一半的例子，即使每条电话线路的传输时间相同，也可在相同的时间内传输两倍的数据。因此，传输速率增大一倍。在接收一侧，经多条电话线路传输的信号被分别解调，将解调后的数据合成并存贮在存贮 器中，再以合适的速率读出，显示在图象显示装置上。另外，在这个例子中，如果也增加一条图7中虚线所示的电话线路，则与图6的例子一样，它将成为一个电视电话系统。

图8的传输系统例子中，如图7的应用例子一样，普通电话的声音信号由频分通信系统实施复用。对于图象数据通信，为了增加传输速率，可将载波频率设置在电话线路可用频率范围的上限，并采用单边带方式使所用的频带较窄。在将例如2KHz-3.4KHz的频率范围用于图象数据的情况下，如果采用本发明的串话抵消电路，便可在同一载波频率上实现发送/接收双向同时通信，而2KHz之下的频带可应用于其他数据的通信。

图8中，2KHz之下的频带应用于电话机声音信号的通信。在这个例子中，电话线路1中没有复用的声音信号，而电话线路2中有复用的声音信号。当电话线路1和2中都实施声音信号复用时，该例子可视为一种传输立体声信号的应用例子。上述例子也可应用于采用两条以上电话线路的系统中;对于要提供出多路声音信道的电视电话会议，多条电话线路是必需的。图8的例子中，能实现多路声音信号和图象数据的复用传输，所以不必像图6和图7中那样应用附加的电话线路，因而降低了成本。但另一方面也存在着缺点，由于依靠频分通信系统实现复用，因而声音信号的清晰度受损失。

图9示出能克服上述缺点的例子，它应用了两条或多条电话线路来增加传输速率。在该例子中，通过下述方式改善声音清晰度，即当各别线路上有未被应用的频带时，就应用此类未应用的频带。

在图9的例子中，如图像图8那样应用2KHz-3.4KHz的频带在电话线路1和2上进行图象数据传输，则电话线路1和2中300Hz-2KHz的频带未被应用。然而，声音信号依靠未用的频带进行传输时，300Hz-3.4KHz频带的声音信号难以在电话线路中300Hz-2KHz的频带内传输。

在这种情况下，可往保证足够的声音清晰度所需的300Hz-3.4KHz频带用滤波器分为高频带和低频带。按图9的例子，由于它应用两条电话线路，所以将此频带分为两个频段。划分的频段数目可根据所用电话线路的数目或各条线路的未用频带宽度来设定。在分为两段的情况下，如果划分频段的频率点是1KHz，则300Hz-1KHz为低频段，1KHz-3.4KHz为高频段。低频段的信号在线路2上传输。另一方面，高频段信号在1KH-3.4KHz频带内，如果它在线路1上传输，声音信号将与图象信号发生不希望的重叠。因此，应用下移频电路将该高频段频率除2，使1KHz-3.4KHz频率的信号变换为500Hz-1.7KHz频率的信号，因而可将声音信号与图象数据信号一起传输。

在接收一侧，经电话线路2接收的300Hz-1KHz低频段声音信号由滤波器取出，滤出的信号与另外的声音信号合成，于是，在300Hz-3.4KHz频带内实现了声音信号和图象数据信号的双向同时通信。上述另外的声音信号是将电话线路1传输的500Hz-1.7KHz高频段声音信号频率变高两倍产生的，即应用上移频电路得出的1KHz-3.4KHz频段的信号。将频带划分两段的频率点并不限于上述的1KHz;另外，下移频和上移频的比值也不限于1/2和2。上述这些频率值可以根据实际使用的电话线路和未应用的频带来确定。

为了提高传输线路的利用率，一是增大传输速率，二是做到全双向通信而不是半双向通信。对于电视电话系统，由于必需为普通电话传输声音信号，所以应采用频分系统将声音信号与图象数据信号一起传输。在实际的电话讲话中，连续讲话而无任何间断的情况是极少的;因此，通过检测讲话中的间断时间，在该时间内以传输声音信号的频带来传输图象数据信号，可以较大地提高传输线路的利用率。

图10是一个实现上述原理的方框图，并应用串话抵消电路实现双向同时通信。这种方法本身可应用于讲话声音信号和图象信号的复用传输，并可进一步应用于一条、两条或更多条线路的场合，以及有线系统或无线系统中。

图10的例子是为电视电话构成的，利用频分系统，通过一条电话线路便可实现声音和图象信号的双向同时通信。用户讲话时，系统的工作与一般频分系统的复用通信一样;而当讲话间断时，终端装置检测出用户当时是否在讲话，并将检测到的状态以信号或数据传输到对方的终端装置。在电话线路被用作传输线路的情况下，可用的频带是300Hz-3.4KHz。结果400Hz-1.5KHz频带用于声音信号（讲话），2KHz-3KHz频带用于图象数 据信号（如图11所示）时，表征上述检测状态的信号或数据可如下地传输：（1）应用两个频带之间1.75KHz频率的信号;（2）应用可用传输频带下限频率300Hz与可用声音信号下限频率400Hz之间350Hz频率的信号;（3）应用可用频带上限频率3KHz与可用图象信号上限频率3.4KHz之间3.2KHz频率的信号。因此，两终端装置可检测出表明它们的声音信号都间断的状态信号。这时，通过两终端装置上开关S₁和S₂的切换，图象数据信号可经由供声音信号用的频带传输。当然，这时采用的载波频率在400Hz-1.5KHz的频带内，因而传输速率将低于2KHz-3KHz频带图象数据信号的传输速率。对于电视电话，待传输的图象数据经存贮后，可以以随机方式进行读/写操作，所以，可由CPU控制检测得的信号。

这样地由CPU控制检测得的信号以提供出自动平衡状态，与应用手动操作成半固定电阻器的情况相比较，本系统可实现高精度的运用。

电话线路传输系统由CPU控制时，大约8比特已足以满足运用速度的要求。在两终端装置中都无讲话的期间，可利用图象数据信号的频带和声音信号的频带同时进行传输。如上所述，对存贮器的存取可以以随机方式进行，因此，如果对于图象数据存贮器有地址0-100，则可以在图象数据频带中传输从0地址起存贮的数据，而在声音信号频带中传输从100地址起存贮的数据。

在上述的工作期间，如果任一终端装置检测出两方用户又开始讲话，则通过检测得的数据信号，两侧终端装置能检测出这种状态。于是，两终端装置都返回到平常状态。

这时，在工作开关动作后，恢复到通话的应用条件，如图10中所示，声音输入信号由斗链器件（BBD）或类似的电路予以延迟。由此声音信号传输到对方一侧的扬声器。对于正常的工作，延迟时间在大约100ms以下已足够。声音输出装置中的静噪电路用以防止声音信号输出，这是因为，图象数据信号也是在声音信号的频带内传输的。根据这一例子，提供出了一种声音信号频带不用时传输图象数据信号的方法。然而，另一方面，当传输的图象数据信号的信息量小时，也即由电视电话中的电视摄象机给出的图象不变化时，或者说图象是不动的时，则只需传围当前图象与前次图象之间的差值数据就可以。对于这样的传输系统，需要传输的图象数据变少了，可以以低的速率进行传输。此外，在电话线路上传输图象数据所需的调制，其调制速率也可降低，因而传输频带也可减少。由此，声音信号的高频带上限可以增加，可传输出声音信号的高频带，从而改善了声音的清晰度。并且。如果将上述两种方法组合起来，则传输线路的利用率会显著地增大，进而提供出了一种具有高保真声音和高速率的传输系统。上述的切换操作可以手动实现，也可以借助于检测出需传输的图象数据的量，将它与存贮器中存贮的数据和通话状态进行比较，利用CPU自动地实现。

上面的各个例子，切换操作是通过检测两个终端装置的状态来实现的，但切换操作也可以根据任何一个终端装置的状态来实现，并判定对方终端装置的工作状态。

图10中的开关S₁和S₂仅仅是为解释工作原理的示意表示，实际上它们是由诸如CPU构成的电子开关。

图6至图10所示的各个例子能应用在有线系统、无线系统或类似的系统中。

Claims (6)

1、一种用于电视电话的传输系统，其中的一对终端设备通过一条传输通道相互连接，每一终端设备包括：将声信号和图象数据信号提供到所述传输通道上的装置，以及耦合到接收声信号和图象数据信号的装置，将传输通道上的串话信号减到最小，以及使两个方向全频带通讯适于用所述传输通道或其一部分，其特征在于，

每一终端包括耦接于所述传输通道上的串话抵消装置，用于提供信号到所述通道上的装置包括：将所述声和图象数据信号通过所述串话抵消装置加到所述传输通道的装置，所述串话抵消装置包括分频装置，该装置连接成至少分离所述声信号和所述图象数据信号之一成为多个不同的频带以加到所述传输通道上；以及一个单边带系统连接成使所述图象数据信号的频带变窄，以在所述传输通道上传输。

2、如权利要求1所述的用于电视电话的传输系统，其特征为，所述的传输通道包括多路传输线，以及所述提供信号的装置包括连接成分离所述图象数据信号成为多个不同频带的装置，以资通过所述各串话抵消装置在所有所述传输线上传输，以及通过所述各串话抵消装置将所述声信号加到小于所述全部传输线上的装置，借此，使所述不同频率的声和图象信号的各频带传输在至少所述各传输线之一上;以及降低所述声信号传输频带宽度的装置。

3、如权利要求1所述的用于电视电话的传输系统，其特征为，所述的传输通道包括多路传输线和所述分频装置连接成将所述声信号和所述图象数据信号分离成多个不同的频带;以及还包括频率转换装置，连接成扩展至少所述声信号的各频带之一，用于接受各声信号。

4、如权利要求1所述的用于电视电话的传输系统，其特征为，所述的传输通道包括多路传输线，所述的分频装置连接成将所述声信号和所述图象数据信号分离成多个不同的频带，将每个所述声信号和图象数据信号的一个频带通过所述串话抵消装置施加到多路传输线的每路上，以及还包括：开关装置，它连接成有选择地控制所述声信号和图象信号通过至少所述各传输线之一传输至少一个频带，以能够改变地应用所述图象和声信号的所述频带。

5、一种图象电话单元的传输方法包括下述步骤：

利用设在一条传输通道相反两端上的终端单元处的各抵消电路传输声信号和图象数据信号，该传输通道是一条电话线，它具有能通过声信号的一个频带;

控制各传输信号之间的串话值到最低值;

仅通过所述单一传输通道以一个公共频带的不同频率区域来同时地和双向地传输所述声信号和所述图象数据信号;

分离在任意频率下的所述频带成为一个声信号域和图象信号域;以及

利用SSB方式使所述图象数据信号占用的频带宽度变窄，以保证声信号传输频带。

6、一种图象电话单元的传输方法包括下述步骤：

利用设在一条传输通道相反两端上各终端单元处的各串话电路传输信号和图象数据信号，该传输通道是一条电话线，它具有能通过声信号的一个频带;

控制各传输信号之间的串话值到最低值;

仅通过所述单一传输通道以一部分有传输可能的频带中一个公共频带的不同频率域同时地和双向地传输所述声信号和所述图象数据信号;

分离在任意频率下的所述频带成为一个声信号域和图象信号域;以及

利用SSB方式使所述图象数据信号占据的频带宽度变窄，以保证声信号传输频带。

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