DE1222119C2

DE1222119C2 - Verfahren und Anordnung zur UEbertragung elektrischer, der Sprache entsprechender Schwingungen

Info

Publication number: DE1222119C2
Application number: DE1964J0025476
Authority: DE
Inventors: Winslow Rodeck
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-03-18
Filing date: 1964-03-18
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE1487342A1; FR93357E; GB1151270A; DE1222119B; GB1039822A; DE1487342B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung einer einem Sprachsignal entsprechenden elektrischen Schwingung veränderlicher Amplitude und mit ungleichen zeitlichen Abständen der Nulldurchgänge, bei dem sendeseitig das zu übertragende Sprachsignal nach dem Prinzip der Kompression durch Amplitudenbegrenzung digital in Form eines bipolaren Impulszuges verschlüsselt und empfangsseitig das übertragene, digital verschlüsselte Sprachsignal in seiner analogen Form wiederhergestellt (entschlüsselt) wird.

In Sprachübertragungssystemen ist es erwünscht, die Störungen der in elektrische Schwingungen um-

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gewandelten Sprachschwingungen durch Rauschen der Übertragungskanäle erzeugt sendeseitig eine Be-

und andere unerwünschte Einflüsse möglichst klein grenzerschaltung eine Rechteckimpulsfolge mit unter-

zu halten und das zur Übertragung erforderliche Fre- schiedlicher Impulsdauer und wechselnder Polarität,

quenzband zu reduzieren. In einem anderen Übertragungskanal liefert sende-

Dies kann grundsätzlich durch die Übertragung 5 seitig ein Gleichrichter die Amplitudeninformation von sendeseitig digital verschlüsselten Sprachschwin- des ursprünglichen Signals ohne Berücksichtigung der gungen und eine empfangsseitige Entschlüsselung, Phasen- und Frequenzinformation. Empfangsseitig die die Sprachschwingung wieder in analoger Form wird das Phasensignal regeneriert, indem es das Umliefert, erreicht werden. Die bekannten Lösungen schalten einer Kippstufe steuert. Das Hüllkurvensignal dieses Problems können generell in zwei Kategorien io wird wiedergewonnen und dazu benutzt, die Auseingeteilt werden: Erstens parametrische Kompres- gangsamplitude der Kippstufe zu modulieren und so sion und zweitens Kompression durch Amplituden- eine angenäherte Kopie des ursprünglichen Sprachbegrenzung, signals zu erzeugen. Das modulierte Ausgangssignal

In Systemen mit parametrischer Kompression wird besteht aus scharfen Rechteckimpulsen, die Ver-

das Eingangssignal zur Ableitung von Parametern zur 15 Zerrungen bedingen, so daß die erzeugte Sprache

Steuerung der Sprachsynthese analysiert. Die gewon- relativ unangenehm klingt. Daher sind weitere Filter-

nenen Parameter werden übertragen und empfangs- ., schaltungen zur Verbesserung der Qualität der er-

seitig dazu benutzt, die Sprache künstlich zu erzeu- zeugten Sprache erforderlich. Es ist somit ersichtlich,

gen, z. B. in den sogenannten Vocodersystemen. daß die bekannten Systeme mit Kompression durch

Systeme dieser Art sind durch die Verarbeitung der 20 Amplitudenbegrenzung sehr kompliziert sind.

Spektralfunktion der Sprache charakterisiert. Solche Die Hauptschwierigkeit bei den bekannten, mit

Systeme sind dadurch, daß die Sprache analysiert Amplitudenbegrenzung arbeitenden Systemen besteht

und empfangsseitig wieder künstlich erzeugt werden darin, daß sie nicht in der Lage sind, die Amplitude

muß, sehr kompliziert aufgebaut, kostspielig und und die Frequenz einer Sprachschwingung zu einer

auch störanfällig. 25 einzigen reinen Zeitfunktion in Beziehung zu setzen.

In den Systemen mit Kompression durch Ampli- Daher rührt die Notwendigkeit, ein Hüllkurvensignal

tudenbegrenzung werden Teile der Sprache, die einen in einem besonderen Kanal zu übertragen, wie bei

nur geringen Einfluß auf die Qualität und Verstand- dem vorher erwähnten Beispiel ausgeführt ist.

lichkeit haben, durch Verringerung des Dynamik- Weiterhin ist aus dem Buch von Hölzler und

bereiches — gegebenenfalls noch durch Ausschließen 30 Holzwarth, »Theorie und Technik der Pulsmodu-

bestimmter Bereiche des Sprachfrequenzbandes -— lation«, Springer-Verlag, 1957, S. 428 bis 430, ein

von der Übertragung nicht berücksichtigt. Systeme Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren bekannt, das

dieser Art sind durch das Verarbeiten der Zeitfunk- mit Pulsdauer- bzw. Pulsphasenmodulation arbeitet

tion der Sprache gekennzeichnet. Sie sind nicht so und bei dem eine Bezugsschwingung zu einer zu

intensiv entwickelt worden wie Systeme, die mit 35 übertragenden Sprachschwingung addiert wird

parametrischer Kompression arbeiten, da es schwie- (s. Abb. 32). Das entstandene Summensignal wird

rig ist, die Eigenschaften der Zeitfunktion auf ge- durch einen Puls mit der Abtastfrequenz (/₀) ent-

sprochene Wörter zu beziehen. Wegen der geringen sprechend der Kanallage abgetastet. Im Gegensatz

Sprachqualität ist diese Technik für allgemeine dazu wird beim Verfahren nach der Erfindung

Nachrichtenverbindungen nicht akzeptierbar. Sie hat 40 weder von einem Multiplexbetrieb noch von einer

jedoch den Vorteil, daß die Systeme nicht so korn- Pulsdauer- oder Pulsphasenmodulation Gebrauch

pliziert und weniger störanfällig sind wie mit para- gemacht.

metrischer Kompression arbeitende Systeme. Es Die bekannten Verfahren der in Rede stehenden wäre daher vorteilhaft, Systeme mit Kompression Art liefern entweder bei geringem Aufwand eine durch Amplitudenbegrenzung zu benutzen, wenn es 45 unbefriedigende Sprachqualität oder sie sind bei hingelänge, die damit erreichbare Sprachqualität zu ver- reichender Sprachqualität insgesamt komplizierter bessern. aufgebaut.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil für die Verar- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

beitung amplitudenbegrenzter Signale besteht darin, Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,

daß die gesamte Energie in einem solchen Signal 50 das bei geringen Anforderungen an die Ubertra-

stets konstant ist, ohne Rücksicht auf den Pegel des gungsbandbreite und bei vergleichsweise geringem

ursprünglichen Signals. Da absolute Änderungen des Aufwand eine hinreichend störsichere Sprachüber-

Pegels verlorengehen, besitzt das übertragene Signal tragung bei befriedigender Sprachqualität liefert,

eine konstante Amplitude, wodurch es zwar noch ver- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

ständlich bleibt, aber bei der Wiedergabe unange- 55 gelöst, daß zur Berücksichtigung sowohl der Ampli-

nehm und unnatürlich klingt, tudeninformation als auch der Frequenzinformation

Bekannte mit Amplitudenbegrenzung arbeitende ' des Sprachsignals in einer einzigen — und damit

Systeme übertragen daher auch die Pegelschwankun- auch über einen einzigen Übertragungskanal übertrag-

gen eines Sprachsignals mit und gewinnen diese emp- baren — Zeitfunktion zu der zu übertragenden, dem

fangsseitig zurück. In einem solchen System, wie es 60 Sprachsignal entsprechenden elektrischen Schwin-

z. B. in dem Aufsatz »FRENA, ein System zur Über- gung ein Bezugssignal in Form einer periodischen

tragung von Sprache bei hohen Rauschpegeln«, in Schwingung konstanter Amplitude und mit einer

»Philips' Technische Rundschau«, 19. Jahrgang, oberhalb des Frequenzbandes der zu übertragenden

1957/58, Nr. 3, S. 69 bis 80 beschrieben ist, wird das elektrischen Schwingung liegenden Frequenz addiert

Sprachsignal in einen Frequenz- oder Phasenanteil 65 und das dadurch entstandene Summensignal durch

und in einen Amplituden- oder Hüllkurvenanteil auf- Amplitudenbegrenzung in einen die zu übertragende

ge,s~«>itp.ri. r»i_e beiden Anteile werden in getrennten Zeitfunktion darstellenden bipolaren Impulszug mit

parallelen Übertragungskanälen übertragen. In einem Impulsen gleicher konstanter Amplitude und den

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Nulldurchgängen des Summensignals entsprechenden Sprachsignal additiv kombiniert. Dann wird das Nulldurchgängen umgewandelt wird (amplitudenbe- kombinierte Signal begrenzt, und das begrenzte grenztes Summensignal) und daß empfangsseitig in Summensignal wird zu einem Empfänger übertragen, einer Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstellein- F i g. 5 a, 5 b und 5 c stellen die relative Energieverrichtung einerseits der der Frequenz des Bezugs- 5 teilung über der Frequenz in dem begrenzten Sumsignals entsprechende Anteil des übertragenen ampli- mensignal dar. Die F i g. 5 a, 5 b und 5 c stellen nur tudenbegrenzten Summensignals und andererseits der näherungsweise die Energiekurven dar und sollen dem Frequenzband des Sprachsignals entsprechende diese nicht exakt wiedergeben. Der Teil m bzw. rri. Anteil des übertragenen amplitudenbegrenzten Sum- bzw. m" der Kurven veranschaulicht jeweils den mensignals durch elektrische Filter voneinander ge- ίο Energiebeitrag des Sprachsignals, das auf das Fretrennt werden und der Pegel des wiedergewonnenen, quenzband^ bis /₂ beschränkt ist. Der Teil η bzw. dem Sprachsignal entsprechenden Anteils umgekehrt n', bzw. n" der Kurven stellt den Energiebeitrag des proportional zum Pegel des wiedergewonnenen, dem Bezugssignals der Frequenz /₃ dar. Die Gesamtener-Bezugssignal entsprechenden Anteils beeinflußt gie in dem begrenzten Summensignal istjeweils gleich wird. 15 der Summe der Bereiche unter den Kurven m und η

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich bzw. m' und n', bzw. m" und n" und stets gleich

aus der nachfolgenden, eingehenderen Beschreibung einem konstanten Wert:

bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung in Weiterhin folgt die relative Energieverteilung inVerbindung mit den Zeichnungen; von denen zeigt nerhalb des Frequenzbandes f_t bis /₂ des begrenzten

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Sprachübertra- _ao Summensignals der relativen Energieverteilung des

gungssystems nach der Erfindung, (nicht begrenzten) Sprachsignals. Da die Gesamt-

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer Hüllkurven-De- energie des begrenzten Summensignals stets gleich

codier- und Wiederherstelleinrichtung, die in Verbin- einem konstanten Wert ist, müssen in F i g. 5 a der

dung mit dem Sprachübertragungssystem nach Fig. 1 Energiebeitrag des Sprachsignals (Bereich unter

verwendet werden kann, 25 Kurve m) und der Energiebeitrag des Bezugssignals

F i g. 3 ein Blockdiagramm einer anderen Hüll- (Bereich unter Kurve n) zusammen gleich diesem

kurven-Decodier- und Wiederherstelleinrichtung, die konstanten Wert sein. Wenn, wie in F i g. 5 b, der

in Verbindung mit dem Sprachübertragungssystem Pegel der Sprache zunimmt, steigt auch sein Beitrag

nach F i g. 1 verwendet werden kann, zu der Energie des begrenzten Summensignals (Be-

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Hüllkurven-De- 30 reich unter Kurvem'). Daher muß der Energiebei-

codier- und Wiederherstelleinrichtung mit einer sta- trag des Bezugssignals (Bereich unter Kurve n') um

bilisierenden Rückkopplungsschleife, , einen proportionalen Betrag abnehmen, damit die

Fig. 5a, 5b und 5c eine Reihe von Diagrammen, Summe des Energiebeitrags des Sprachsignals (Be-

die die relative Energieverteilung in dem mit einer reich unter Kurve m') und des Energiebeitrags des

Anordnung nach Fig. 1 übertragenen begrenzten 35 Bezugssignals (Bereich unter Kurve n') gleich dem

Summensignal als Funktion der Frequenz zeigt, konstanten Wert ist. Wenn, wie in F i g. 5 c, der Ener-

F ig. 6 eine graphische Darstellung-der zeitlichen giebeitrag des Sprachsignals (Bereich unter m") klei-

Spannungsverläufe A bis H, die die Wirkungsweise ner wird, eventuell sogar auf Null absinkt, muß der

des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern. Energiebeitrag des Bezugssignals (Bereich unter n")

Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, daß für 40 entsprechend zunehmen und erreicht immer dann viele Sprachsignale die relative Energieverteilung auf einen Maximalwert, wenn der Energiebeitrag des die verschiedenen Frequenzen und die relativen Pha- Sprachsignals auf Null absinkt,
sen bei jeder Frequenz nach Begrenzung des Signals Die ursprünglichen Schwankungen des Pegels im nahezu erhalten bleiben. Wenn das interessierende Spfachsignal werden empfangsseitig wiederherge-Sprachfrequenzband so beschränkt wird, daß dessen 45 stellt, indem das Sprachsignal und das Bezugssignal obere Grenzfrequenz kleiner als das Dreifache der aus dem begrenzten Summensignal herausgetrennt unteren Grenzfrequenz ist, wird die relative Energie- werden. Der Pegel des wiederhergestellten Bezugsverteilung nach Begrenzung des Sprachsignals mit signals ändert sich umgekehrt proportional zu dem einer Genauigkeit von einem Dezibel innerhalb eines Pegel des ursprünglichen (nicht begrenzten) Sprachsich über 25 Dezibel erstreckenden Bereiches beibe- 50 signals. Daher kann man durch Vergleich der Pegelhalten. Obwohl die relative Energieverteilung beibe- Schwankungen in dem wiederhergestellten Bezugshalten wird, gehen »absolute Veränderungen« ver- signal mit einem vorgegebenen konstanten Wert erloren, weil durch den Begrenzungsvorgang die Ge- reichen, daß sich der Pegel des wiederhergestellten samtenergie in dem begrenzten Sprachsignal stets Sprachsignals umgekehrt proportional zu dem Pegel gleich einer Konstanten gehalten wird. 55 des wiederhergestellten Bezugssignals ändert. Hier-

Daher können zwei Eigenschaften begrenzter durch können also die ursprünglichen Pegelschwan-Sprachsignale kurz so zusammengefaßt werden: kungen des Sprachsignals am Empfänger wiederher-Erstens bleibt die Gesamtenergie in dem begrenzten gestellt werden.

Signal konstant ohne Rücksicht auf Änderungen im Ein Sprachübertragungssystem gemäß der Erfin-

Pegel des ursprünglichen nicht begrenzten Signals, 60 dung ist in Fig. 1 dargestellt. Auf einen geeigneten

und zweitens wird die relative Verteilung der Energie Wandler 10, der Sprachsignale in elektrische Signale

auf die verschiedenen Frequenzen des nicht begrenz- umwandelt, folgt eine Pre-Emphasisschaltung 12,

ten Signals in dem begrenzten Signal ziemlich genau die ein Bandpaßfilter 14 speist, welches seinerseits

beibehalten. Diese beiden Eigenschaften werden aus- den einen Eingang eines Summenverstärkers 18

genutzt, um die Ziele der Erfindung zu erreichen. 65 speist. Der andere Eingang des Summenverstärkers

Gemäß der Erfindung wird ein Bezugssignal, z.B. 18 wird durch einen Bezugssignalgenerator 16 geeine Sinuswelle, deren Frequenz oberhalb des Fre- speist, der so ausgelegt ist, daß er eine Sinuswelle quenzspektrums des Sprachsignals liegt, mit dem konstanter Amplitude erzeugt. Das Ausgangssignal C

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des Summenverstärkers 18 speist eine Verarbeitungs- ren, wie er vor der Vorverzerrung aussah. Mit der

einrichtung 20, auf die ein Amplitudenbegrenzer 22 Ausgangsspannung der De-Emphasisschaltung 28

folgt. Das Ausgangssignal D des Amplitudenbegren- kann dann ein geeigneter Wandler 30 gesteuert wer-

zers 22 wird. dann einer durch den Block 24 darge- den, der das elektrische Signal in ein hörbares Signal

stellten Übertragungseinrichtung zugeführt. Das Aus- 5 umwandelt.

gangssignal D des Blocks 24 speist eine Hüllkurven- Durch die Amplitudenbegrenzung entstehen Mo-Decodier- und Wiederherstelleinrichtung 26, deren dulationsprodukte, die eine Verzerrung im Sprach-Ausgangssignal H durch die Schaltung 28 entzerrt signal hervorrufen können, und diese Produkte könwird. Die Ausgangsspannung der De-Emphasisschal- nen innerhalb des Sprachfrequenzbandes liegen. Datung 28 steuert einen geeigneten Wandler 30, der io her kann es zweckmäßig sein, zuerst das Sprachsignal elektrische Signale in hörbare Signale umwandelt. in der Frequenzskala nach oben zu verschieben und Die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 1 wird die Begrenzung auf das frequenzgewandelte Sprachnun an Hand der Spannungsverläufe von Fig. 6 be- signal anzuwenden. Dann kann dieses frequenzmäßig schrieben. Dabei handelt es sich um Verein- wieder in das ursprüngliche Frequenzspektrum verfachungen der tatsächlichen Spannungsverläufe, die 15 schoben werden mittels eines Überlagerungsdetektors. nur der Veranschaulichung dienen. Ein komplexes Die Frequenzverschiebungseinrichtung kann sich Sprachsignal wird in den Wandler 10 eingegeben, der z. B. in der Verarbeitungseinrichtung 20 befinden, das Signal in ein elektrisches Signal umwandelt. Mit und der Uberlagerungsdetektor kann z. B. in der Hilfe einer Pre-Emphasisschaltung 12 werden höhere Übertragungseinrichtung 24 enthalten sein.
Frequenzen verstärkt, um sicherzustellen, daß die 20 Eine genaue Betrachtung der Kurve D von F i g. 6 höheren Frequenzen die Nullachse schneiden. Mit läßt erkennen, wie die Energieschwankungen des urHilfe eines Bandpaßfilters 14 können unerwünschte sprünglichen Sprachsignals (Kurve A) durch Hinzuhohe Frequenzkomponenten entfernt werden, z.B. fügung des in KurveB gezeigten Bezugssignals ver-Rauschsignale außerhalb des Übertragungsfrequenz- schlüsselt werden. Hier muß jedoch darauf hingebandes. Die Ausgangsspannung des Bandpaßfilters 25 wiesen werden, daß nur deshalb ein Bezugssignal ge-14 ist auf der Zeitskala in Kurve A der F i g. 6 dar- wählt worden ist, dessen Amplitude größer als die gestellt. Die Ausgangsspannung des Bezugssignalge- des Sprachsignals ist, um deutlicher zu zeigen, wie nerators 16 ist in Kurve B von F i g. 6 gezeigt. Die die Pegel verschlüsselt werden. Es ist nicht nötig, das Ausgangsspannung des Bandpaßfilters 14 Und des Bezugssignal größer als das Sprachsignal zu machen, Bezugssignalgenerators 16 werden in dem Summen- 3° sondern es kann auch eine Amplitude haben, die weverstärker 18 addiert, dessen Ausgangsspannung sentlich kleiner als die des Sprachsignals ist. Dieser durch die dünne durchgehende Linie der Kurve C Fall ist graphisch jedoch schwieriger darzustellen,
dargestellt wird. Die Ausgangsspannung des Summen- Die in Fig. 1 gezeigte Hüllkurven-Decodier- und Verstärkers 18 kann weiterverarbeitet werden durch Wiederherstelleinrichtung 26 kann verschiedene Fordie Verarbeitungseinrichtung20. Die Ausgangsspan- 35 men haben. Eine ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 nung des Blocks 20 wird dann durch einen Ampli- besteht die Hüllkurven-Decodier- und Wiederher stelltudenbegrenzer 22 in der Amplitude begrenzt. Der einrichtung 26 aus einem Signalbandpaßfilter 34, das Amplitudenbegrenzer hat die Aufgabe, aus dem nur das Frequenzband des ursprünglichen Sprach-Summensignal einen bipolaren Impulszug mit Impul- signals durchläßt. Der Ausgang des Signalbandpaßsen gleicher konstanter Amplitude abzuleiten, in dem 40 filters 34 speist den Dividendeneingang einer Divijeder Nulldurchgang des Summensignals genau bei- dierschaltung 38. Außerdem wird das Summensignal behalten ist, während jede positive oder negative Ab- durch ein sogenanntes Bezugsbandpaßfilter 32 geweichung durch einen rechteckigen Spannungsteil er- schickt, das nur die Frequenz des Bezugssignals setzt ist. Das Ergebnis dieses Begrenzungsprozesses durchläßt. Auf das Bezugsbandpaßfilter folgt eine wird durch die Kurve D der F i g. 6 dargestellt. Um 45 Hüllkurvendecodiereinrichtung 36, bei der es sich einen möglichst rechteckigen Spannungsverlauf zu z. B. um einen Vollweggleichrichter, dem ein Tieferzeugen, kann es nötig sein, die Begrenzungsvor- paßfilter nachgeschaltet ist, handeln kann. Das Ausgänge mehrere Male zu wiederholen und zwischen gangssignal dieses Hüllkurvendetektors wird dem Dijedem einzelnen Begrenzungsvorgang eine Verstär- visoreingang der Dividierschaltung 38 zugeführt. Das kung vorzunehmen. Sonst würde das begrenzte Si- 50 Ausgangssignal der Dividierschaltung 38 entspricht gnal das Aussehen der starken Linie in Kurve C der dem Ausgangssignal der Hüllkurven-Decodier- und F i g. 6 erhalten, gemäß der die begrenzte Spannung Wiederherstelleinrichtung 26 von F i g. 1.
dem Summensignal (der dünnen durchgehenden Li- Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 ist nie) eine kurze Strecke hindurch einschließlich jedes folgende: Das begrenzte Summensignal D wird am Nulldurchganges folgt und auf diesem Verlauf eine 55 Eingang der Hüllkurven-Decodier- und Wiederherendliche Neigung aufweist. Dann wird das so be- stelleinrichtung 26 empfangen. Das Summensignal grenzte Signal zu einer Empfangsstation übertragen. wird dem Signalbandpaßfilter 34 zugeführt, das nur Die Übertragungseinrichtung 24 muß so beschaffen das Frequenzband des ursprünglichen Sprachsignals sein, daß die abrupten Übergänge im Spannungsver- durchläßt. Das Ausgangssignal des Signalbandpaßlauf der KurveD erhalten bleiben; es ist nicht erfor- 60 filters 34 wird durch die Kurve G der Fig. 6 dargederlich, große Amplituden zu übertragen. Nach der stellt. Das begrenzte Summensignal D wird außerdem Übertragung wird der ursprüngliche Spannungsver- dem Bezugsbandpaßfilter 32 zugeführt, das nur die lauf in der Hüllkurven-Decodier-und Wiederherstell- Frequenz des Bezugssignals durchläßt. Dessen Auseinrichtung 26 wiedergewonnen, und es entsteht der gangsspannung hat dann einen Verlauf, der an-Spannungsverlauf H. Wenn am Eingang eine Pre- 65 nähernd der starken Linie in Kurve E der Fig. 6 Emphasisschaltung 12 vorhanden ist, muß eine De- entspricht. Die Ausgangsspannung des Bezugsband-Emphasisschaltung 28 vorgesehen werden, um den paßfilters wird dem Hüllkurvendetektor 36 zugeführt, ursprünglichen Spannungsverlauf so zu reproduzie- dessen Ausgangsspannung durch die durchgehende

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Linie in Kurve F der Fig. 6 dargestellt wird. Die in Fig. 4 gezeigt. Die Ausgangsspannung der in

Ausgangsspannung des Hüllkurvendetektprs 36 an- Fig. 1 dargestellten Übertragungseinrichtung 24

dert sich umgekehrt proportional zum ursprünglichen wird dem Eingang des Regelverstärkers 52 zugeführt,

Sprachsignal gemäß. Kurve A. Dem Ergebnis der dessen Ausgangsspannung einem Signalbandpaßfilter

Division der Kurve G durch die Kurve F in der Divi- 5 62 und einem Bezugsbandpaßfilter 54-zugeleitet wird,

dierschaltung 38 entspricht ungefähr die durch- Die Ausgangsspannung des Signalbandpaßfilters 62

gehende Linie in Kurve H (F i g. 6). Das resultierende wird direkt der De-Emphasisschaltung 28 der F i g. 1

Signal hat weitgehend dieselbe Form wie das in zugeführt. Die Ausgangspannung des Bezugsband-

F i g. A gezeigte ursprüngliche Sprachsignal. paßfilters 54 gelangt zu einem Hüllkurvendetektor 56,

Bei der Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstell- io bei dem es sich um die in den Schaltungen von Fig. 2 einrichtung 26 in Fig. 1 kann es sich auch um die in und 3 verwendete Ausführungsform handeln kann. Fig. 3 gezeigte Art-handeln. In Fig. 3 wird das Die Ausgangsspannung des Hüllkurvendetektors 56 durch die KurveD (Fig. 6) dargestellte Ausgangs- wird dem einen Eingang des Differenzverstärkers 60 signal der Übertragungseinrichtung 24 der F i g. 1 zugeführt, dessen anderer Eingang durch die Auseinem Signalbandpaßfilter 40 und einem Bezugsband- 15 gangsspannung eines Vergleichssignalgenerators 58 paßfilter 44 zugeführt* Der Ausgang des Signalband- gespeist wird. Die Ausgangsspannung des Differenzpaßfilters 40 speist den Regelverstärker 42. Die Aus- Verstärkers 60 steuert den Verstärkungsgrad des Regangsspannung des Bezugsbandpaßfilters 44 wird gelverstärkers 52.

dem Hüllkurvendetektor 46 zugeführt, der von der Die Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstelleingleichen Art wie der Hüllkurvendetektor 36 der 20 richtung von Fig. 4 arbeitet wie folgt: Der durch die Fig. 2 sein kann. Die Ausgangsspannung des Hüll- Kurve D der Fig. 6 dargestellte Impulszug wird kurvendetektors wird dem einen Eingang eines Dif- durch den Regelverstärker 52 verstärkt. Das Signalferenzverstärkers 50 zugeführt, dessen anderer Ein- bandpaßfilter 62 läßt nur das Frequenzband des urgang mit dem Vergleichssignalgenerator 48 verbun- sprünglichen Sprachsignals durch und trennt daher den ist. Die Ausgangsspannung des Differenzverstär- 25 das Sprachspektrum von dem Ausgangssignal des Rekers steuert den Verstärkungsgrad des Regelverstär- gelverstärkers 52. Das Bezugsbandpaßfilter 54 läßt kers 42, dessen Ausgangsspannung der Ausgangs- nur die Frequenz des Bezugssignals durch und trennt spannung der Hüllkurven-Decodier- und Wiederher- daher das Bezugssignal von dem Ausgangssignal des stelleinrichtung 26 der Fig. 1 entspricht, welche der Regelverstärkers 52. Die Hüllkurve des abgetrennten De-Emphasisschaltung 28 zugeführt wird. 30 Bezugssignals wird durch den Hüllkurvendetektor 56

Die in Fig. 3 dargestellte Hüllkurven-Decodier- festgestellt, der auf das Bezugsbandpaßfilter 54 folgt, und Wiederherstelleinrichtung arbeitet wie folgt: Der Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 60 ist durch die Kurve D dargestellte übertragene Impuls- proportional der Differenz zwischen der Amplitude zug wird durch ein Signalbandpaßfilter 40 geleitet, der Hüllkurve und der Spannung (die durch die gedas nur das Frequenzband des ursprünglichen (nicht 35 strichelte Linie b des Diagramms F dargestellt werbegrenzten) Sprachsignals durchläßt. Das Ausgangs- den kann), welche durch den Vergleichssignalgenesignal dieses Bandpaßfilters — das der Kurve G in rator 58 erzeugt wird. Durch das Ausgangssignal des Fig. 6 entspricht — wird durch den Regelverstärker Differenzverstärkers 60 wird der Verstärkungsfaktor 42 verstärkt. Der Impulszug gemäß Kurve D wird des Regelverstärkers 52 zwangläufig in einer solchen außerdem einem Bezugsbandpaßfilter 44 zugeführt, 40 Richtung verändert, daß er stets die Differenz zwidas nur die Frequenz des Bezugssignals durchläßt. sehen der Amplitude der Hüllkurve und dem Ver-Das Ausgangssignal dieses Bandpaßfilters entspricht gleichssignal auf Null zu reduzieren sucht. Wenn annähernd der durchgehend gezeichneten Kurve £ z. B. im Diagramm F die Hüllkurve (dargestellt durch der F i g. 6. Dieses Signal wird dem Hüllkurvende- die durchgehende Linie) oberhalb der Linie b (die tektor 46 zugeführt, dessen Ausgangsspannung durch 45 das Vergleichssignal darstellt) liegt, verringert das die durchgehende Linie F dargestellt wird. Der Dif- Ausgangssignal des Differenzverstärkers 60 den Verferenzverstärker 50 verstärkt nur die Differenz zwi- Stärkungsgrad des Regelverstärkers 52. Die Amplischen der Ausgangsspannung des Vergleichssignal- tude des durch das Bezugsbandpaßfilter 54 abgegenerators 48 (bei der es sich z. B. um die durch die trennten Bezugssignals wird verringert, und ebenso gestrichelte Linie α im Diagramm F dargestellte 50 wird die Amplitude der Hüllkurve des Ausgangssi-Gleichspannung handeln kann) und der Hüllkurve, gnals des Hüllkurvendetektors 56 herabgesetzt, wodie durch die durchgehende Linie im Diagramm F durch die Differenz zwischen der Amplitude der Hülldargestellt wird. Daher steigt und sinkt der Verstär- kurve und dem Vergleichssignal auf Null reduziert kungsfaktor des Regelverstärkers 42 proportional die- wird. Wenn die Amplitude der Hüllkurve das Verser Differenz, wie es die oberste und die unterste ge- 55 gleichssignal unterschreitet, wird entsprechend durch strichelte Kurve im Diagramm H zeigen. Bei Zu- die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 60 nähme der Amplitude der ermittelten .Hüllkurve des der Verstärkungsgrad des Regelverstärkers 52 erhöht. Diagramms F wird also der Verstärkungsgrad des Hierdurch wird die Amplitude der Hüllkurve vergrö-Regelverstärkers 42 verringert. Wenn die Hüllkurve ßert, wodurch die Differenz zwischen der Amplitude des Diagramms F an Amplitude abnimmt, steigt der 60 der Hüllkurve und dem Vergleichsignal auf Null reVerstärkungsfaktor des Regelverstärkers 42 unter der duziert wird. Da die Ausgangsspannung des Regel-Steuerung des Differenzverstärkers 50. Daher folgt Verstärkers 52 sowohl das abgetrennte Sprachsignal die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 42 sehr als auch das abgetrennte Bezugssignal beeinflußt, wird genau der Form des ursprünglichen (nicht begrenz- das wiedergewonnene Sprachsignal in Abhängigkeit ten) Sprachsignals (Kurve H in F i g. 6). 65 von den Änderungen der Amplitude der Hüllkurve

Eine Ausführungsform der Hüllkurven-Decodier- des Bezugssignals verändert.

und Wiederherstelleinrichtung 26 der Fig. 1, die eine Es kann also gemäß der Erfindung der Pegel eines stabilisierende Rückkopplungsschleife verwendet, ist Sprachsignals als Impulszug verschlüsselt werden, in-

dem ein Bezugssignal konstanter Amplitude und Frequenz zu der elektrischen, dem Sprachsignal entsprechenden Schwingung addiert wird. Energieänderungen im Frequenzspektrum des Sprachsignals bewirken umgekehrte Energieänderungen im Frequenzspektrum des Bezugssignals. Das Summensignal wird dann begrenzt. Gemäß den Merkmalen einer solchen Begrenzung gehen zwar absolute Energieänderungen verloren, aber die relative Energieverteilung zwischen Sprachsignal und Bezugssignal bleibt erhalten. Daher wird bei Abtrennung des Bezugssignals vom Sprachsignal das Verhältnis zwischen der Energie des

wiederhergestellten Sprachsignals und der Energie des wiederhergestellten Bezugssignals gleich dem Verhältnis zwischen der Energie des (ursprünglichen) nicht begrenzten Sprachsignals und der Energie des ursprünglichen Bezugssignals. Da die Energie des ursprünglichen Bezugssignals bekannt ist, kann die Energie des wiederhergestellten Sprachsignals durch einen Vergleich ,der Energie des wiederhergestellten Bezugssignals mit der bekannten Bezugssignalenergie ίο bestimmt werden, wobei der Pegel der Energie des wiederhergestellten Sprachsignals entsprechend gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung einer einem Sprachsignal entsprechenden elektrischen Schwingung veränderlicher Amplitude und mit ungleichen zeitlichen Abständen der Nulldurchgänge, bei dem sendeseitig das zu übertragende Sprachsignal nach dem Prinzip der Kompression durch Amplitudenbegrenzung digital in Form eines bipolaren Impulszuges verschlüsselt und empfangsseitig das übertragene, digital verschlüsselte Sprachsignal in seiner analogen Form wiederhergestellt (entschlüsselt) wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung sowohl der Amplitudeninformation als auch der Frequenzinformation des Sprachsignals in einer einzigen — und damit auch über einen einzigen Ubertragungskanal übertragbaren — Zeitfunktiori zu der zu übertragenden, dem Sprachsignal entsprechenden elektrischen Schwingung (A) ein Bezugssignal (B) in Form einer periodischen Schwingung konstanter Amplitude und mit einer oberhalb des Frequenzbandes der zu übertragenden elektrischen Schwingung (A) liegenden Frequenz addiert und das dadurch entstandene Summensignal (C) durch Amplitudenbegrenzung in einen die zu übertragende Zeitfunktion darstellenden bipolaren Impulszug (D) mit Impulsen gleicher konstanter Amplitude und den Nulldurchgängen des Summensignals (C) entsprechenden Nulldurchgängen umgewandelt wird ■(amplitudenbegrenztes Summensignal) und daß empfangsseitig in einer Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstelleinrichtung (26) einerseits der der Frequenz des Bezugssignals (B) entsprechende Anteil des übertragenen aniplitudenbegrenzten Summensignals (D) und andererseits der dem Frequenzband des Sprachsignals entsprechende Anteil des übertragenen amplitudenbegrenzten Summensignals (D) durch elektrische Filter (32, 34 bzw. 44, 40 bzw. 54, 62) voneinander getrennt werden und der Pegel des wiedergewonnenen, dem Sprachsignal entsprechenden Anteils umgekehrt proportional zum Pegel des wiedergewonnenen, dem Bezugssignal (B) entsprechenden Anteils beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig der Pegel des wiedergewonnenen, dem Bezugssignal (B) entsprechenden Anteils mit einem Standardpegel verglichen wird, der in fester Beziehung zu dem bekannten Pegel des sendeseitigen Bezugssignals (B) steht, und daß der Pegel des wiedergewonnenen, dem Sprachsignal entsprechenden Anteils proportional zu den Abweichungen des Pegels des wiedergewonnenen, dem Bezugssignal (B) entsprechenden Anteils von dem Standardpegel geändert wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstelleinrichtung (26) einen (ersten) Bandpaß (34) für den dem Sprachsignal entsprechenden Anteil und einen (zweiten) Bandpaß (32) für den dem Bezugssignal (B) entsprechenden Anteil enthält und daß der Ausgang des ersten Bandpasses (34) an den Dividendeneingang einer Dividierschal-

tung (38) geführt ist — an deren Ausgang die wiedergewonnene, dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung (H) auftritt —, während der Ausgang des zweiten Bandpasses (32) mit einer Hüllkurven-Decodiereinrichtung (36) verbunden ist, deren Ausgang an den Divisoreingang der Dividierschaltung (38) geführt ist (Fig. 2).

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstelleinrichtung (26) einen (ersten) Bandpaß (40) für den dem Sprachsignal entsprechenden Anteil und einen (zweiten) Bandpaß (44) für den dem Bezugssignal (B) entsprechenden Anteil enthält und daß der Ausgang des ersten Bandpasses (40) an den Eingang eines Regelverstärkers (42) geführt ist — an dessen Ausgang die wiedergewonnene, dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung (H) auftritt —, während der Ausgang des zweiten Bandpasses (44) über eine Hüllkurven-Decodiereinrichtung (46) mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers (50) verbunden ist, an dessen zweitem Eingang ein Vergleichssignalgenerator (48) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (50) mit dem der Verstärkungsregelung dienenden Eingang des Regelverstärkers (42) verbunden ist (F i g. 3).

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Hüllkurven-Decodier- und Wiederherstelleinrichtung (26) durch den Eingang eines Regelverstärkers (52) gebildet wird, dessen Ausgang zum einen mit einem (ersten) Bandpaß (62) — an dessen Ausgang die wiedergewonnene, dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung auftritt — für den dem Sprachsignal entsprechenden Anteil verbunden ist und zum anderen mit einem (zweiten) Bandpaß (54) für den dem Bezugssignal (B) entsprechenden Anteil, dessen Ausgang über eine Hüllkurven-Decodiereinrichtung (56) mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers (60) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Aus-

• gang eines Vergleichssignalgenerators" (58) verbunden ist, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (60) mit dem der Verstärkungsregelung dienenden Eingang des Regelverstärkers (52) verbunden ist (F i g. 4).