DE1487342B2 - Verfahren und anordnung zur uebertragung elektrischer, der sprache entsprechender schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung elektrischer, der Sprache entsprechender Schwingungen veränderlicher Amplitude mit ungleichen zeitlichen Abständen der Nulldurchgänge, bei dem zur Berücksichtigung sowohl der Amplituden — als auch der Frequenzinformation in einer Zeitfunktion zu einer zu übertragenden elektrischen, der Sprache entsprechenden Schwingung ein Bezugssignal mit konstanter Amplitude und mit einer außerhalb des Frequenzbereichs der zu übertragenden elektrischen, der Sprache entsprechenden Schwin- ^5 gung liegenden Frequenz addiert und das entstehende Summensignal durch Amplitudenbegrenzung in einen bipolaren Impulszug mit Impulsen konstanter Amplitude umgewandelt wird, dessen Nulldurchgänge den Nulldurchgängcn des Summensignals entsprechen, und bei dem nach der Übertragung dieses Impulszuges empfangsseitig das Bezugssignal und die elektrische, der Sprache entsprechende Schwingung durch elektrische Filter voneinander getrennt werden und der Pegel der wiedergewonnenen elektrischen, der Sprache entsprechenden Schwingung umgekehrt proportional zum Pegel des wiedergewonnenen Bezugssignals beeinflußt wird, nach Patentannieldung P 12 22 119.1-31 und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Nach dem durch die französische Patentschrift 1 393 635 vorbekannten Verfahren der Hauptpatentanmeldung wird aus dem empfangenen ausgefilterten Bezugssignal zur Decodierung dessen Hüllkurve abgeleitet. Dieses Hüllkurvensignal wird dann gemeinsam mit dem empfangsseitig ausgefilterten Sprachsignalanteil einer Division unterworfen, deren Ergebnis das ursprüngliche Sprachsignal ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Decodiervorgang nach der Hauptpatentanmeldung einfacher auszugestalten. Das erfinderische Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die elektrische, dem Bezugssignal entsprechende Schwingung gegenüber der dem Sprachsignal entsprechenden Schwingung verstärkt und dann mit letztgenannter summiert wird, daß die Summenschwingung amplitudenbegrenzt wird und daß aus der amplitudenbegrenzten Summenschwingung die dem Sprachsignal entsprechende Schwingung ausgefiltert wird, und eine Anordnung zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß einem empfangsseitig vorgesehenen, auf die dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung abgestimmten Bandpaßfilter und einem parallel dazu vorgesehenen, auf die dem Bezugssignal entsprechende elektrische Schwingung abgestimmten Bandpaßfilter mit nachgeschaltetem Verstärker ein Summenverstärker nachgeschaltet ist, dem unter Zwischenschaltung eines Amplitudenbegrenzers ein auf die dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung abgestimmtes Bandpaßfilter nachgeschaltet ist.

Die Erfindung vermeidet die Hüllkürvendecodiereinrichtung und die Dividiereinrichtung und ersetzt sie durch einfachere Schaltstufen, die als integrierte Schaltungen auch in den erforderlichen Varianten zur Verfügung stehen, was für die Massenherstellung von erheblicher Bedeutung ist. Vorteilhaft ist auch, daß nach der Erfindung der Decoder vollständig mit Wechselspannungssignalen betrieben wird, im Gegensatz zu dem vorbekannten Decoder, bei dem die Dividierschaltung mit dem analogen Gleichspannungssignal der Hüllkurve betrieben wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 im Blockschältbild eine Übertragungsanordnung nach der Hauptpatentanmeldung mit einem Decoder nach der Erfindung,

F i g. 2 und 3 Leistungsdiagramme zu F i g. 1,

F i g. 4 den Decoder aus F i g. 1 und

F i g. 5 Leistungsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Decoders nach F i g. 4.

Nach der Hauptpatentanmeldung wird ein Bezugssignal, zum Beispiel eine Sinuswelle, deren Frequenz mit dem Frequenzspektrum des Sprachsignals nicht interferiert, mit dem Sprachsignal kombiniert. Das kombinierte Signal wird dann begrenzt und das sich

dadurch ergebende begrenzte Summensignal wird an einen Empfänger übertragen. Die F i g. 2 a, b und c zeigen die Leistung, aufgetragen über der Frequenz, in dem begrenzten Summensignal. Die in Fig. 2a,b und c dargestellten Leistungskurven sind nur grobe Annäherungen. Die Abteilung »m« dieser Kurven zeigt die Leistung des Sprachsignals, das auf ein Frequenzband von der Frequenz/1 bis zur Frequenz/2 begrenzt wurde. Die Abteilung »n« zeigt die Leistung des Bezugssignals, das die Frequenz / 3 hat. Die Gesamtleistung in dem begrenzten Summensignal ergibt sich aus der Leistungssumme der einzelnen Abteilungen »m« und »rc«, und diese Summe muß in jedem Fall eine konstante sein.

Die relative Leistungsverteilung über das Frequenzband/1 und /2 des begrenzten Signals folgt der relativen Leistungsverteilung des unbegrenzten Signals. Da nun die absolute Leistungssumme des begrenzten Signals immer konstant sein muß, muß die Leistung des Sprachsignals (Abteilung m F i g. 2 a) zuzüglich der Leistung des Bezugssignals (Abteilung η F i g. 2 a) immer eine Konstante ergeben. Wenn gemäß F i g. 2 b das Leistungsniveau der Sprache anwächst, dann wächst auch der entsprechende Leistungsanteil im begrenzten Signal (Abteilungm') an. Der Leistungsbeitrag des Bezugssignals (Abteilung n) muß demzufolge proportional abfallen, so daß die Summe der Leistung des Sprachsignals und der des Bezugssignals wieder eine Konstante ergibt. Wenn gemäß F i g. 2 c der Leistungsbeitrag des Sprachsignals (Abteilung m") absinkt, möglicherweise auf Null, dann muß der Leistungsbeitrag des Bezugssignals (Abteilung n") ansteigen, und er nimmt ein Maximum an, wenn die Leistung des Sprachsignals auf Null geht.

Die ursprünglichen Variationen des Leistungsniveaus im Sprachsignal können durch Trennen des Sprachsignals vom Bezugssignal aus dem begrenzten Summensignal wiederhergestellt werden. Das Leistungsniveau des so herausgetrennten Bezugssignals variiert invers proportional zum Leistungsniveau des ursprünglichen unbegrenzten Sprachsignals. Wenn man also das Leistungsniveau des herausgetrennten Sprachsignals invers nach dem Leistungsniveau des herausgetrennten Bezugssignals variiert, ergeben sich für das Sprachsignal Leistungsniveauänderungen, wie sie ursprünglich in dem unbegrenzten Sprachsignal vorhanden waren.

Gemäß F i g. 1 ist mit 10 ein Mikrofon bezeichnet, in dem Sprachsignale aufgenommen werden, die in einem nachgeschalteten Vorverstärker 12 verstärkt werden und anschließend in einem Bandpaßfilter 14 begrenzt werden. Der Ausgang des Bandpaßfilters wird in den einen Eingang eines Summenverstärkers 18 eingespeist, in dessen anderen Eingang ein Bezugssignal aus einem Bezugssignalgenerator 16 eingespeist wird. Der Ausgang des Summenverstärkers 18 gelangt in eine Arbeitseinrichtung 20 und von da-^: in einen Amplitudenbegrenzer 22. Der Ausgang des Amplitudenbegrenzers 22 wird dann übertragen. Die Übertragungseinrichtung ist allgemein mit 24 bezeichnet. Der Ausgang der Übertragungseinrichtung 24 gelangt in einen Decoder 26 und von da über eine Ausgangsstufe 28 an einen Lautsprecher 30 oder dergleichen elektroakustischen Wandler.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach F i g. 1 wird nun an Hand der Wellendiagramme aus F i g. 3 erläutert, die zu Illustrationszwecken stark vereinfacht sind. Das akustische Sprachsignal wird in dem Mikrofon 10 in ein elektrisches Sprachsignal umgewandelt. Der Vorverstärker 12 kann so ausgebildet sein, daß er vorzugsweise die höheren Frequenzen verstärkt, um sicherzustellen, daß diese Frequenzen die Nullachse kreuzen. Im Bandpaßfilter 14 werden unerwünschte hohe Frequenzkomponenten, zum Beispiel Geräuschspannungen außerhalb des verwendeten Informationsbandes ausgeblendet. Der Ausgang des Bandpaßfilters 14 ist in F i g. 3 A angegeben. Dementsprechend ist in F i g. 1 an der Ausgangsleitung des Bandpaßfilters 14 der Buchstabe A angeschrieben. Entsprechend sind in F i g. 1 an den jeweils zugeordneten Leitungen die Buchstaben B bis H angeschrieben, nach Maßgabe der Zuordnung zu dem Diagramm aus Fig. 3. Der Ausgang des Bezugssignalgenerators 16 ist mit B bezeichnet, der Ausgang des Bandpaßfilters 14 und der des Bezugssignalgenerators 16 werden in dem Summenverstärker 18 summiert und der daraus resultierende Ausgang ist mit C bezeichnet. Der Ausgang des Summenverstärkers 18 kann noch in der Arbeitseinrichtung 20 weiterverarbeitet werden. Nötig ist dies nicht. Der Ausgang der Arbeitseinrichtung 20 wird in der Amplitude in dem Amplitudenbegrenzer 22 begrenzt und in die Übertragungseinrichtung 24 eingespeist. Für die Übertragungseinrichtung 24 wird aus den eingespeisten Signalen eine Impulsfolge abgeleitet, in der sämtliche Nulldurchgänge des eingespeisten Signals enthalten bleiben. Die Impulsfolge enthält für jeden positiven Wellenanteil einen positiven und für jeden negativen Wellenanteil einen negativen Impuls und ist mit D bezeichnet. Um in dieser Impulsfolge exakte Rechteckwellen zu erzielen, könnte es sich als zweckmäßig erweisen, den Amplitudenbegrenzungsvorgang jeweils nach Zwischenverstärkung mehrere Male vorzunehmen. Anderenfalls nimmt die Impulsfolge den Verlauf an, der in F i g. 3 unter C stark ausgezogen eingezeichnet ist. Das so in eine Impulsfolge umgewandelte Signal wird dann weiterverarbeitet oder an eine entfernte Empfangsstation übertragen. Diese Weiterverarbeitung und Übertragung kann nun auf die gemäß der Impulsfolge D aus F i g. 3 exakt festgelegten Nulldurchgänge beschränkt werden, und es ist nicht nötig, die großen Amplituden mit zu übertragen oder, falls nur eine Bearbeitung vorgesehen ist, bei dieser Bearbeitung zu berücksichtigen. Nachdem die Übertragung oder Bearbeitung stattgefunden hat, wird die ursprüngliche Welle wieder hergestellt, und zwar in dem Decoder 26, so daß sich am Ausgang des Decoders 26 der ursprüngliche Wellenzug gemäß ZeileH aus Fig:3'ergibt. Wenn in dem Vorverstärker 12 bestimmte Frequenzen bevorzugt verstärkt wurden, dann muß dies wieder rückgängig gemacht werden. Dies erfolgt dann in der Ausgangsstufe 28, deren Ausgang dann in dem Lautsprecher 30 in die ursprünglichen akustischen Sprachsignale zurückverwandelt werden kann. Die Kurven E, F und G in F i g. 3 zeigen Spannungsverläufe an einzelnen Punkten der Hüllkurvendecoder gemäß der Hauptpatentanmeldung.

Die Begrenzung bedingt eine Modulation, die unter Umständen die Sprache stören kann, sofern sie das Sprechfrequenzband betrifft. Aus diesem Grunde ist es manchmal zweckmäßig, die Sprachfrequenz in einen höheren Frequenzbereich zu verschieben, ehe die Begrenzung vorgenommen wird. Vor der Wiedergabe muß diese Frequenzverschiebung rückgängig

gemacht werden. Dies kann in einem Heterodyn-Detektor erfolgen.

Aus der Kurve D aus F i g. 3 ist ersichtlich, wie die Leistungsänderungen der ursprünglichen Welle gemäß Kurvet durch Addition des Bezugssignals gemäß Kurve B kodifiziert werden. Es sei hier darauf hingewiesen, daß das Bezugssignal mit einer Amplitude vorliegt, die vergleichbar ist zu der des Sprachsignals. Dies ist hier aber nur so gezeichnet, um zu erläutern, wie die Niveaus kodifiziert werden. Die erfinderische Anordnung arbeitet ebenfalls, wenn das Bezugssignal relativ zum Sprachsignal klein ist, und diese Betriebsweise wird aus Gründen der Leistungsausbeute bevorzugt.

Ein Ausführungsbeispiel des Decoders 26 aus F i g. 1 ist in F i g. 4 dargestellt. Gemäß F i g. 4 gelangt die Impulsfolge (Fig. 3D) an ein Bandpaßfilter 72, das nur den Sprachsignalanteil passieren läßt, sowie an ein Bandpaßfilter 74, das nur den Bezugssignalanteil passieren läßt. Der Ausgang des Bandpaßfilters 72 wird in einen Summenverstärker 78 eingespeist, während der Ausgang des Bandpaßfilters 74 unter Zwischenschaltung eines Verstärkers 76 in den Summenverstärker 78 eingespeist wird. Das summierte Signal am Ausgang des Summenverstärkers 78 wird dann in einem Amplitudenbegrenzer 80 in seiner Amplitude begrenzt und gelangt in ein Bandpaßfilter 82, so daß nur der Sprachsignalanteil passieren kann. Am Ausgang des Bandpaßfilters 82 liegt wieder das ursprüngliche Sprachsignal vor.

Im Bandpaßfilter 72 wird der Sprachsignalanteil aus der eingespeisten Impulsfolge ausgefiltert, während in dem Bandpaßfilter 74 der Bezugssignalanteil ausgefiltert wird. Der Bezugssignalanteil wird in dem Verstärker 76 verstärkt, so daß das Leistungsniveau größer ist als das des Sprachsignalanteils. In dem Summenverstärker wird der Sprachsignalanteil zu dem verstärkten Bezugssignalanteil addiert. Anschließend wird das so summierte Signal in der Amplitude begrenzt. Durch die Summierung und Begrenzung wird das Leistungsniveau des Sprachsignalanteils invers zum Leistungsniveau des verstärkten Bezugssignalanteils variiert. Da das Bezugssignal invers zum Leistungsniveau des ursprünglichen Sprachsignals variiert, variiert das Sprachspektrum am Ausgang des Amplitudenbegrenzers 80 direkt proportional zum Leistungsniveau des ursprünglichen Sprachsignals. In dem Bandpaßfilter 82 wird dann das so auf seine ursprüngliche Leistungsamplitude zurückgeführte Sprachsignal ausgefiltert.

Dem Decoder nach F i g. 4 liegen auch die an Hand der F i g. 2 a bis 2 c erläuterten Grundlagen zugrunde. Bei der Codierung und Decodierung haben der Sprachanteil und der Bezugssignalanteil ihre RoI-

len vertauscht. Nach F i g. 1 hat während der Codierung das Bezugssignal ein konstantes Leistungsniveau, während das Sprachsignal eine größere Amplitude hat und in seinem Leistungsniveau variiert. Bei der Decodierung nach Fig.4 hat der separierte., ίο Sprachsignalanteil ein konstantes Leistungsniveau, während der verstärkte separierte Bezugssignalanteil in seinem Leistungsniveau variiert und eine größere Amplitude als der Sprachsignalanteil hat.

An Hand der F i g. 5 a bis 5 d werden die theoretisehen Grundlagen der Decodierung weiter erläutert. F i g. 5 a zeigt das Leistungsspektrum des Signals, das von den Bandpaßfiltern 72 und 74 aufgenommen wird. F i g. 5 b bis 5 d zeigen das Leistungsspektrum des begrenzten Summensignals am Ausgang des Am-

plitudenbegrenzers 80. Der Decoder nach F i g. 4 arbeitet unter Ausnutzung der zwei Charakteristika des begrenzten Signals, die oben angeführt sind. Danach ist erstens die Gesamtleistung des begrenzten Signals konstant, und zwar unabhängig von Leistungsniveauschwankungen im ursprünglichen unbegrenzten Signal. Zweitens ist die relative Leistungsverteilung, bezogen auf die einzelnen Frequenzkomponenten im begrenzten Signal die gleiche oder annähernd die gleiche wie im unbegrenzten Signal. F i g. 5 b zeigt das Leistungsniveau des Sprachspektrums ρ und das des Bezugsspektrums q unter Normalbedingungen. Nach F i g. 5 c ist das Leistungsniveau des Bezugsspektrums q' angehoben, während das Leistungsniveau des Sprachspektrums p' entsprechend reduziert ist. In Fig. 5d ist das Leistungsniveau des Bezugsspektrums q" reduziert und das des Sprachspektrums p" entsprechend angehoben. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß das Leistungsniveau des Sprachspektrums am Ausgang des Amplitudenbegrenzers 80 invers zu dem des Bezugssignals variiert. Da das Leistungsniveau des Bezugsspektrums invers zum Leistungsniveau des ursprünglichen Sprachspektrums variiert, variiert das Leistungsniveau des Sprachspektrums am Ausgang des Amplitudenbegrenzers 80 nun direkt proportional mit dem Leistungsniveau des ursprünglichen Sprachspektrums. Dies ist der Grund, weshalb am Ausgang des Bandpaßfilters 82 das ursprüngliche Sprachspektrum wieder vorliegt, und zwar sowohl hinsichtlich Frequenz und Amplitude in der ursprünglichen Form.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung elektrischer, der Sprache entsprechender Schwingungen veränderlicher Amplitude mit ungleichen zeitlichen Abständen der Nulldurchgänge, bei dem zur Berücksichtigung sowohl der Amplituden — als auch der Frequenzinformation in einer Zeitfunktion zu einer zu übertragenden elektrischen, der Sprache entsprechenden Schwingung ein Bezugssignal mit konstanter Amplitude und mit einer außerhalb des Frequenzbereichs der zu übertragenden elektrischen, der Sprache entsprechenden Schwingung liegenden Frequenz addiert und das entstehende Summensignal durch Amplitudenbegrenzung in einen bipolaren Impulszug mit Impulsen konstanter Amplitude umgewandelt wird, dessen Nulldurchgänge den Nulldurchgängen des Summensignals entsprechen, und bei dem nach der Übertragung dieses Impulszuges empfangsseitig das Bezugssignal und die elektrische, der Sprache entsprechende Schwingung durch elektrische Filter voneinander getrennt werden und der Pegel der wiedergewonnenen elektrischen, der Sprache entsprechenden Schwingung umgekehrt proportional zum Pegel des wiedergewonnenen Bezugssignals beeinflußt wird, nach Patentanmeldung P 1222119.1-31, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die elektrische, dem Bezugssignal entsprechende Schwingung gegenüber der dem Sprachsignal entsprechenden Schwingung verstärkt und dann mit letztgenannter summiert wird, daß die Summenschwingung amplitudenbegrenzt wird und daß aus der amplitudenbegrenzten Summenschwingung die dem Sprachsignal entsprechende Schwingung ausgefiltert wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem empfangsseitig vorgesehenen, auf die dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung abgestimmten Bandpaßfilter (72) und einem parallel dazu vorgesehenen, auf die dem Bezugssignal entsprechende elektrische Schwingung abgestimmten Bandpaßfilter (74) mit nachgeschaltetem Verstärker (76) ein Summenverstärker (78) nachgeschaltet ist, dem unter Zwischenschaltung eines Amplitudenbegrenzers (80) ein auf die dem Sprachsignal entsprechende elektrische Schwingung abgestimmtes Bandpaßfilter (82) nachgeschaltet ist (F i g. 4).