DE1762336C - Schaltungsanordnung zur Sprachanalyse und Sprachsynthese nach Art eines Vocoders - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrillt eine Schaltungsanordnung der zeitlichen Länge, dm Analogsignal digitalisiert,

zur Sprachanalyse und Sprachsynthese nach Art in digitaler Form verändert und dann mit veranaer-

elnes Vocoders, bei der zur Analyse sus dem ter Länge wieder analogisiert. Man hat aui diese

Sprachsignal Basisinformationen für eine Baslsfunk- Welse den Expansions- bzw. Kompressionsvorgang

tion und Spektrumsinfontnationen für eine Spektrums- 8 In digitaler Form vorzunehmen. Dies laßt sich senr

funktion in Form je eines Amplitudenwertes für die einfach bewerkstelligen gemäß einer bevorzugten

Bandabschnitte, in die das Sprachspektrum unterteilt Ausgestaltung der Erfindung, die dadurch gekenn-

ist, abgeleitet werden, und bei der die Synthese aus zeichnet ist, daß zum Verändern der zeitlichen Lange

der Basisfunktion und sich über die Bandabschnitte des digitalisierten Signals eine Verzögerungsleitung erstreckenden Schwingungen mit durch den jeweils «p mit einer RUckkopplungsschleife vorgesehen ist und

zugeordneten Amplitudenwert bestimmter Ampli- daß die Speicherung bzw. Auslesung aus dieser Ver-

tude erfolgt. . zögerungsleitung im Datensprungverfahren erfolgt.

Anordnungen dieser Art sind unter der Bezeich- Die verstellbare Filteranordnung kann stufenweise

nung Vocoder bekannt und dienen unter anderem für jedes Vielfache um eine Stufe verstellt werden, dazu, in der Analyse Sprachinformationen zu ge- >5 Die Durcfclaßbandabschnitte aufeinanderfolgender

winnen, die mit geringerer Bandbreite übertragen Schaltstufon grenzen dabei zweckmäßig im 5>pek-

wercfen können als das urspiüngliche Sprachsignal trum aneinander, wie dies beim bekannten Vocoder

und dennoch die Synthese eines hinreichend ver- bei den einzelnen Bandabschnitten ebenfalls der Fall

ständlichen Sprachsignals gestatten. Je feiner man ist. Die verstellbare Filteranordnung kann aber auch dabei das Sprachspektrum in Bandabschnitte unter- ao kontinuierlich verstellt werden, dann ergeben sich in

teilt, um so besser wird die Verständlichkeit und um einem anschließenden Amplituderimeßvorgang Spek-

so exakter stimmt das synthetisierbare Sprachsignal trumsinformationen nach Art einer Umhüllenden

mit dem ursprünglichen überein. Bei bekannten Vo- des abgefragten Spektrums, die ebenfalls als Spek-

codern wird das Sprachspektrum in einer Gruppe trumsinformationen weiterverarbeitet werden können, von Bandpaßfiltern in die Bandabschnitte unterteilt, a$ Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher

und jedem der Bandabschniitte ist dabei ein Band- erläutert. In der Zeichnung zeigt

paßfilter zugeordnet. Dies bedingt mithin eine ent- Fig. 1 den Analyseteil einer Schaltungsanordnung

sprechend hohe Anzahl von Bandpaßfiltern und da- nach der Erfindung,

mit einen entsprechend hohem Schaltungsaufwand. Fig. 2 den Syntheseteil einer Schaltungsanordnung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungs- 30 nach der Erfindung,

anordnung der eingangs genannten Art so auszu- F i g. 3 etwas eingehender eine Modifikation des

gestalten, daß eine sehr feine Unterteilung in Band- Analyseteils gemäß Fig. 1,

abschnitte mit geringem Aufwand durchführbar ist. F i g. 4 bis 8 je ein Diagramm zur Erläuterung der

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Analyse,

Sprachsignal zur Analyse Jer Spektrumsfunktion 35 F i g. 9 ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der

zeitlich um ein Vielfaches komprimiert und entspre- Analyseseite der Schaltungsanordnung nach der Er-

chend diesem Vielfachen wiederholt in einer für jede findung etwas mehr im Detail,

Wiederholung hinsichtlich ihres Durchlaßbandes auf Fi g. 10 die Mittel zur Speicherung der Spektrums-

einen anderen Bandabschnitt verstellten Filteranord- information und der Basisinformation, wie sie in

nung ausgefiltert wird, daß der Filteranordnung ein 40 Verbindung mit der Schaltung gemäß Fig. 9 ver-

Amplitudendetektor zur Gewinnung der Amplituden- wendbar sind,

werte nachgeschaltet ist und daß die Synthese der Fig. 11 und 12 Diagramme zur Erläuterung der

Spektrumsfunktion entsprechend umgekehrt erfolgt. Funktion des Filters,

Sieht man einmal von der Basisinformation ab, die Fig. 13 Schaltmittel der Syntheseseite des bevor-

gegebenenfalls nach den gleichen Gesichtpunkten so- 45 zugten Ausführungsbeispiels,

zusagen multiplex mit den Spektrumsinformationen Fig. 14 die Synthese des Sprachsignals nach der

gemeinsam verarbeitet werden kann, dann bestimmt Erfindung im Vergleich zum bekannten Vocoder,

das Vielfache, das der zeitlichen Kompression zu- Fig. 15 bis 17 Diagramme zur Erläuterung der

gründe liegt, die Anzahl der Bandabschnitte und mit- Synthese,

hin die Anzahl der Filter, die durch die nach der Er- 50 Fig. 18 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin-

findung vorgesehene verstellbare Filteranordnung dung mit kombinierter Synthese und Analyse und

simuliert werden. Komprimiert man also — wieder- Fig. 19 ein letztes Ausführungsbeispiel nach der

um abgesehen von der Basisinformation — mit dem Erfindung, das es gestattet, mehrere Sprachsignale

Faktor 200, dann ist es möglich, mit einem Filter gleichzeitig im multiplexen Betrieb zu analysieren

200 Bandpaßfilter zu simulieren. Der dadurch filter- 55 bzw. zu synthetisieren.

seitig ersparte Aufwand ist um ein Vielfaches größer Die Grundzüge der Erfindung werden im folgen-

als der für die Kompensation und anschließende Ex- den erläutert, wobei ein Basisband als Basisfunktion

pansion erforderliche. Vorteilhaft ist es auch, daß bei dient. Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen,

der Anordnung nach der Erfindung die Amplituden- daß an Stelle dieser Basisfunktion auch wie beim

werte quasi multiplex anfallen, also — wiederum 60 bekannten Kanalvocoder die Grundfrequenz der

abgesehen von der Basisinformation — einkanalig Stimme als Basisfunktion herangezogen werden

anfallen, wie dies für die Weiterverarbeitung der ge- kann.

wonnenen Sprachinformationen z.B. im Zuge einer Fig. 1 zeigt im Blockdiagramm die Schaltungs-Nachrichtenübermittlung zweckmäßig ist. anordnung zur Sprachanalyse, während Fig. 2 im

Die zeitliche Kompression und Expansion eines 65 Blockdiagramm eine Schaltungsanordnung zur Analogsignais läßt sich gemäß einer zweckmäßigen Sprachsynthese zeigt. Gemäß F i g. 1 weist die Schal-Weiterbildung der Erfindung einfach verwirklichen, tungsanordnung zur Sprachanalyse zwei Kanäle auf, indem man zu diesem Zweck, also zum Verändern und zwar einen Kanal 1 für die Basisfunktion und

c =

fPsec ist die Dauer einer Information, die in der Verzögerungsleitung 10 gespeichert ist; .

rsec ist gleich denn Abstand der Bits am Ausgang des Modulators 8; w

ist gleich der Anzahl der Bits, die die Aufzeichnung in der Verzögerungsleitung 10 beschreiben;

Tsec ist die-Zeitveirzögerung der Verzögerungsleitung 10;

«see ist der Abstand zwischen den Bits in der

Verzögerungsleitung 10; k ist die Anzahl der Bits, die in dem Puffer 9 gespeichert sind, und ix ist die Anzahl der ausgeführten Analysen.

einen Kanal 2 für die Spektrumsfunktion. Der erste umgewandelt, und diosos analoge Signal wird in dns Kanal st ausgebildet wie boi einem bekannten Basis- Tor 32 eingespeist. Das Ausgungssigniil des Sorlonband-Vqcoder und weist ein Tiefpaßfilter 3 auf, das blldners 37 gelangt In einen Del.odiorcr 39, dessen auf das Basisband abgestimmt 1st. Dem Tiefpaß- Ausgang das wiederhergestellte bzw, synthetisch herfllter3 ist eine analoge Verzögerungsleitung 4 nach- 3 gestellte Spruchsignal führt. Die Tore 32 und 36, die geschaltet, die sicherstellt, daß die Basisfunktion zur Modulatoren sowie Demodulnlorun und die Kodierer gleichen Zeit am Ausgang des zugehörigen Kanals »owie Dekodierer werden alle über die Taktgabcabgegtben wird, wie die Spektrumsfunktion am Aus- leitung H synchronisiert.

gang des zweiten Kanals. Außerdem ist ein Analog- Es sei nun angenommen, daß ein Sprachsignal in pigitalumsotzer 5 vorgesehen, uer auch in der Lage io den Eingang der Schaltungsanordnung zur Sprachist, die Daten der Basisfunktion zu speichern, analyse eingespeist ist und daß dieses Sprachsignal Der Kanul 2 für die Spektrumsfunktion besteht aus mittels PCM-Modulation oder. I-Modulation in dem zwei Teilen, einer zeitkomprimierenden Schaltung 6 Modulator 8 kodiert wurde. Die daraus resultierende und einer dieser nachgeschalteten Schaltung 7 zur Weiterverarbeitung wird im folgenden beschrieben. Analysierung des Spektrums. Das Sprachsignal, das 15 Dazu werden einige Parameter eingeführt: an die zeitkomprirnierende Schaltung 6 gelangt, wird
in einem Modulator 8 in eine digitale Form moduliert, und zwar nach der sogenannten PCM-J-Modu-Iation. Das Ausgangssignal des Modulators 8 gelangt
über einen Puffer 9 in eine Verzögerungsleitung 10, ao
deren Ausgangsspannung über ein Tor 11 an den
Puffer 9 zurückgekoppelt wird. Das Ausgangssignal
des Tores 11 gelangt in einen Demodulator 12, der
das digitale Signal dekodiert und ein analoges zeitkomprimiertes Sprachsignal erzeugt. Dieses letzt- as
genannte Signal gelangt an die Analysierschaltung 7,
die einen Modulator 13 aufweist, der von einem in
seiner Frequenz schrittweise geschalteten Oszillator
14 gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Modulators 13 passiert ein durch das Bandpaßfilter 15 de- 30
liniertes Frequenzfenster. Die Amplitude des Ausgangssignals des Frequenzfensters wird in dem Amplitudendetektor 16 geprüft, der seinerseits einen Man kann die Frequenzvervielfachung in der Ver-Analog-Digitalumsetzer 17 beaufschlagt. Das Aus- zögerungsleitung 10 auf zwei verschiedene Weisen gangssignal des Bandpaßfilters 15 gelangt außerdem 35 durchführen, nach der sogenannten Schrägmethode über die Leitung 18 an den Analogausgang dieses oder nach der sogenannten Speichermethode. Beide Kanals. Mit 19 ist ein Taktgeber bezeichnet, der die Methoden kommen hier in Betracht, diversen Kreise des Kanals 2 synchronisiert. Iro folgenden wird zunächst die sogenannte Die Schaltungsanordnung zur Sprachsynthese ge- Schrägmethode beschrieben. Das Ausgangssignal des maß F i g. 2 besteht aus zwei Teilen, einer Synthese- 40 Modulators 8 gelangt in den Puffer 9, in denn k Bits schaltung 20, die aus einem Gedächtsnis 21 die Daten gespeichert sind, wobei zwischen den einzelinen Bits der Spektrumsfunktion über die Leitung 23 und die τ Sekunden Abstand besteht. Die Folge ist, daß der Daten der Basisfunktion über die Leitung22 aufnimmt, Beginn eines jeden Bitpaketes am Ausgang des Puf- und außerdem aus einer Zeitexpansionsschaltung 24. feirs 9 einen zeitlichen Abstand k τ Sekunden vom Das Basisband wird in bekannter Weise in den Schal- 45 Beginn des nächsten Bitpaketes hat. Die Bitpakete tungen 25 und 26 nichtlinear verarbeitet, so daß ein werden so in die Verzögerungsleitung 10 eingespeist, flaches Spektrum, das sich über den ganzen Sprach- daß die Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolbereich erstreckt, erhalten wird. Das Ausgangssignal genden Bits des gleichen Bitpaketes und auch die der Schaltung 26 gelangt an einen Modulator 27, der Zeitintervalle zwischen dem letzten Bit eines Bitaußerdem ein Signal von dem in seiner Frequenz so paketes und dem ersten Bit des folgenden Bitpaketes schrittweise geschalteten Oszillator 28 aufnimmt. jeweils ©Sekunden betragen. Der Puffer9 gestattet Das Ausgangssignal des Modulators 27 passiert ein es, die SignaJe zu komprimieren. Die Auslesung der Bandpaßfilter 29 und gelangt dann in einen Modu- Verzögerungsleitung, die hier die Rolle eines Speilator 30, der außerdem über die Leitung 23 die Daten chers spielt, ist kontinuierlich. Der Demodulator 12 der Spektrumsfunktion aus dem Gedächtnis 21 auf- 55 nimmt also die in der Verzögerungsleitung enthalnimmt. Das Ausgangssignal des Modulators 30 ge- tenen Impulse kontinuierlich auf. In entsprechender langt dann in die Zeitexpansionsvorrichtung 24, und
zwar über die Leitung 31. Dort passiert das Signal
zunächst ein Tor 32 und gelangt dann an einen Kodierer 33 (PCM-, (-Modulation). Das daraus resul- 60
tierende Digitalsignal wird in die Verzögerungsleitung 34 eingespeist, in der es zeitexpandiert wird.
Das expandierte Signal gelangt dann in einen Puffer
35, dessen einer Ausgang an das Tor 36 angeschlossen ist, während die anderen Ausgänge an einen 65
Serienbildner 37 angeschlossen sind. Das. Ausgangssignal des Tores 36 wird mittels PCM-.I-Demoüulation in dem Dekodicrer 38 in ein analoges Signal

Weise werden diese Impulse kontinuierlich zurückgekoppelt. Da Γ Sekunden die Laufzeit der Verzögerungsleitung 10 ist und da die Beziehung

k ■ τ ■■= T -I- k ■ β

realisiert ist, ergibt sich auf Grund der Beziehung C== ^ , daß alle T Sekunden C Bits, die die Aufzeichnung von W Sekunden in der Verzögerungsleitung 10 beschreiben, gelesen werden, und daß der Inhalt der k-θ Sekunden in der Verzögerungsleitung alle T Sekunden gelöscht wird, so daß eine neue In-

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formation eingespeist werden kann. Diese Vorgänge der Verzögerungsleitung eingespeist. Während der vollziehen sich unter Vermittlung des Tores 11, des- Zeitspanne T2 werden in der ersten Hälfte der Zeitsen rückgekoppelter Ausgang alle T Sekunden für spanne die Bits der ersten Hälfte der Aufzeichnung Α· θ Sekunden geschlossen wird. Wl in die Positionen3, 6, 9, 12 ... η + 2 der Ver-F ig. 3 zeigt, wie die Verzögerungsleitung 10 im 5 zögerungsleitung und während der zweiten Häufte der Schrägbetrieb arbeitet. Die UND-Tor-Anordnung Zeitspanne Tl die Bits entpsrechend der zweiten PI bis PA- wird über einen zweiten Taktgeber Gl ge- Hälfte der Aufzeichnung Wl in die Positionen 1, 4) gesteuert und dient dazu, die Bits aus dem Modula- 7, 10 ... η der Verzögerungsleitung eingespeist, und tor 8 in den Puffer 9 mit den Speicherelementen α zwar an Stelle der Bits des ersten Teils der Aufzeichbis A einzuschleusen. Mit C ist ein Haupttaktgeber io nung Wl, die aus der Verzögerungsleitung abgezogen bezeichnet, der neben dem Taktgeber Cl auch die wurden. Man sieht daraus, daß zwei und eine halbe übrigen Taktgeber C 2 usw. steuert. Der Taktgeber Aufzeichnung, also 2,5 W in die Verzögerungsleitung Cl steuert UND-ToreP'l bis P'A·, die dazu dienen, eingespeist sein müssen, um den Inhalt der Verzögeden Inhalt des Puffers 9 auszulesen. Die Ausgänge rungsleitung entsprechend einer Aufzeichnung einer der UND-ToreP'l bis P'k liegen an einem ODER- 15 vorgegebenen Zeitdauer W auslesen zu können. Aus Tor01, dessen Ausgang an einem ODER-Tor02 Fig. 5 ist ersichtlich, daß, um Vs von Tl-I-Va von liegt. Das ODER-Tor 02 hat einen zweiten Eingang, Tl entsprechend der Aufzeichnung Wl auslesen zu der am Ausgang eines UND-ToresE liegt Dieses können, Vs von Tl + V« von Tl, das herausgezogen UND-Tor E ist mit seinem einen Eingang am Aus- wurde, zuzüglich V2 von T 2 -I- V« von Tl, zuzüglich gang der Verzögerungsleitung 10 angeschlossen, ao »/2 von T 3 in der Verzögerungsleitung gespeichert während sein anderer Eingang über Taktimpulse aus sein muß.

dem Taktgeber CS gesteuert wird. Aus Fi g. 5 ist ersichtlich, daß nach der Speicher-F i g. 4 zeigt im Zeitdiagramm die Funktion der methode die Aufzeichnungen Wl₁ Wl, W3 aufein-Schaltung nach Fi g. 3. Das Sprachsignal S. V ist in anderfolgen, und zwar eine nach der anderen, jedoch der oberstem Zeile der Fi g. 4 aufgetragen, während as ohne Überlappung, wie es bei der Schrägmethode der die A Bits umfassenden Bitfolgen, die in der Verzöge- Fall war. Die Speichermethode ist besonders vorteilrungsleitung 10 zu den Zeiten Tl₁ Tl...Tn ent- haft in Fällen, in denen das Sprachsignal scharfen halten sind, unter der Bezeichnung L. R in der zwei- Schwankungen unterworfen ist. ten Zeile aufgetragen sind. Wie bereits bemerkt, ent- Die Art des Betriebes, Schrägbetrieb oder Speihält der Pufer 9 A- Bits während einer Zeitspanne der 30 cherhetrieb, wird durch entsprechende Einstellung Länge A-τ. Diese Ar Bits werden durch die Tore P'1 in der Taktgabe für den Puffer 9 und die Verzögebis P' A in Form von Bitpaketen der Zeitdauer A- · θ rungsleitung 10 eingestellt. Bei Speicherbetrieb ist die abgezogen. Wenn die Verzögerungsleitung einmal Taktgabe der beiden Taktgeber nicht gleich. Eingefüllt ist, entsprechen die Bitpakete (L. R) den Auf- gangsseitig ist die Taktgabe für den Puffer 9 halb so Zeichnungen IfI, If2 ... Wn, wie in der Zeichnung 35 schnell wie die für die Verzögerungsleitung, und wähangegeben. Zum Zeitpunkt Tl wird der Inhalt der rend des Lesevorganges ist die Geschwindigkeit der Verzögerungsleitung ausgelesen. Das sind η Pakete Taktgabe für das Tor 11 halb so groß wie die für die zu A Bits. Das Paket η von A Impulsen wird über das Verzögerungsleitung.

UND-Tor E gelöscht, und A- neue Impulse werden Αία Ausgang des Digital-Analogumsetzers bzw.

eingespeist, wodurch sich die Aufzeichnung um At-τ 4° Demodulators 12 liegt nun ein Sprachsignal vor, das

verschiebt. Zur Zeit T2 wird der Inhalt der Verzöge- hinsichtlich der Zeit komprimiert ist, oder, anders

rungsleitung über das UND-Tor E ausgelesen, das ausgedrückt, ein Sprachsignal, dessen Frequenzspek-

Paket η — 1 aus A Impulsen gemäß Zeile L. R ge- trumi gemäß Fi g. 6 expandiert ist. Gemäß Fi g. 6 ist

löscht, und A neue Impulse werden an Stelle dessen in dem oberen Diagramm die in die Sprachanalyse-

eingespdst, wodurch sich die Aufzeichnung in der 45 vorrichtung eingespeiste Sprachspannung /. V über

Leitung wiederum um Α·τ verschiebt. Die π Pakete die reale Zeit/?. T aufgetragen, während das kom-

von A-Bits werden zu den Zeiten Tl, T2 ... Tn primiierte Sprachsignil A. V, das am Ausgang des

nacheinander in dieser Weise ausgelesen und in den Demodulators 12 auftritt, gegenüber der komprimier-

Digital-Annlogumsetzer bzw. Demodulator 12 ein- ten Zeit C. T aufgetragen ist. Mit S sind Meßpunkte gespeist, an dessen Ausgang ein komprimiertes 5° bezeichnet. Es sei angenommen, daß die Sprach-

Sprachsignal C. D. A. auftritt, das in der dritten Zeile spannung /. V über der Realzeit ein Frequenzband

der Fig. 4 angegeben ist. Auf diese Weise wird das (xl bis .v2) belegt und daß der Frequenzmultiplika-

and der F i g. 5 wird nun die Speichermethode 55 Unter diesen Umständen belegt das zeitlich komptit. In Fig. 5 ist wiederum in der obersten mierle Sprachsignal A. V ein Frequenzband Kx 1 bis S hil f d KI D krii S

An Hand

crliiutcrt. g pg q Zeile unter S.V das Sprachsignal aufgetragen, und KxI. Das komprimierte Sprachsignal aus Fig. 6 unter 1..R sind in der /weilen Zeile die Impulse auf- unten gelangt in den Modulator 13 gemäß Fig. 1. getragen, die im Dntcnspnini» in die Verzögerung*- Bei bekannten Vocodern wird die Srvcktrumsfunkicitung eingespeist sind. Wiihrend der Zeit Tl pe- βο tion analysiert Über eine Gruppe von Filtern, die das langt die digitnlc Form der Aufzeichnung W\ in die ganz« Sprachfrequenzband überdecken. Im vorlie-Vcrzogmingslcitung. indem die Bits der ersten Hälfte genden Beispiel dienen Mr diese Funktion der Moder Aufzeichnung W \ in die Positionen 1. 4, 7, 10 dulatorO, der in seiner Frequenz schriitpeschaltete ... μ der Verzögerungsleitung wiihrend der ersten Oszillator 14 und ein Filter 15. F.s wird also mit an-HUIfIc der Zeitspanne 7" I eingespeist werden. Die 6g deren Worten zur Analyse des Signals, das das Fre-Bits. die der zweiten Hiilftc der Aufzeichnung W\ qucnzbnnd Kx 1 bis KxI einnimmt, nur ein Filter entsprechen, werden w.'ihrcnd der zweiten I Hüfte der bcncUigt. nämlich das Filter FO₁ welches auf die Zeitspanne Tl in die Pt silinnen 2. 5, 8, 11 ... η 4- 1 Frequenz Pi₁₁ zentriert ist (vgl. Fig. 7). Dieses Filter

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FO entspricht einem Filter Fl, das in dem kompri- auftreten, wenn der Multivibrator, der den Oszillator mierten Frequenzband auf die Frequenz W₁ zentriert 14 steuert, über ein Signal angetrieben wird, wie es ist. Um das Sprachsignal KxI bis KxI zu analy- in der zweiten Zeile der Fig. 8 dargestellt ist. Diese sieren, ist es mithin nötig, das Spektrum in das Ana- Abtastung ist klassisch. Die Abtastung in Verbindung lysefenster, das durch das Filter F1 bestimmt ist, zu S mit der Erfindung, die Zickzackabtastung, ist in verschieben. Diese Verschiebung wird durch einen Zeile 4 der Fig. 8 angegeben. Wenn der Muitivibra-Frequenzmodulationsträger W₁, durchgeführt, der dem tor, der den Modulator 13 steuert, durch ein Signal Spektruni aufgeprägt wird und der variabel ist, um gemäß Zeile 4 der F i g. 8 gesteuert wird, dann ändert das neue Spektrum in das Fenster des Filters FO sich die Reihenfolge der Impulse am Ausgang des zentriert auf die Frequenz ω₀ = Wp + W₁ zu verschie- ίο Amplitudendetektors 16. Die betreffende Impulsben. Die Trägerfrequenz Wp wird nach Maßgabe des reihenfolge ist auf der dritten Zeile der Fig. 8 erschrittgeschalteten Oszillators 14 verstellt, und zwar sichtlich, sie lautet: 1, 2, 3 ... (n — 1), n, n, (n - I) entsprechend den verschiedenen Meßpunkten aus der ... 3, 2, 1. Auf diese Weise ergibt sich eine Konti-Verzögerungsleitung 10. Mit einer schrittgeschalteten nuität in dem kodierten Signal. Die ASw;:idj:ig die-Frequenz entspricht das System einer Gruppe von 15 ser Kodierungsmcthode auf das Energiespektrum geFiltern, die das Sprachfrequenzband analysieren. Der stattet es, eine einfache Kodierungsschaltung (Tiefschrittgeschaltete Frequenzbetrieb kann auf zwei ver- frequenzen-Delta-Modulation) zu verwenden, die den schiedene Weisen ausgeführt werden, entweder in erwähnten Null-Defekt eliminiert und eine Minimurnklassischet Weise oder durch einen sogenannten bitfolge aufweist. In den Fällen, in denen für die Zickzackbetrieb. Der Oszillator 14 kann auch ein 20 Analyse ein linear variierender Oszillator an Stelle kontinuierlich verstellbarer Oszillator sein statt eines ' eines schrittweise umgeschalteten erforderlich ist, schrittgeschalteten Oszillators. Im letztgenannten Fall liefert, wie bereits bemerkt, der Filterausgang des erzeugt das System eine Umhüllende des Spektrums. Filters 15 die Umhüllende des Frequenzspektrums. Diese Umhüllende kann durch Integratoren und Diese Umhüllende liegt am Ausgang auf der Lei-Differentiatoren analysiert werden, indem die For- 25 tung 18 vor und kann auf einer Kathodenstrahlröhre manten und Antiformanten der Spektrumsetemente wiedergegeben werden.

extrahiert werden. Diese Ausführungsform ist jedoch F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform einer Analysebei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht ver- schaltung für die Spektrumsfunktion. Das Sprachwirklicht, wiewohl sie in Verbindung mit der Erfin- signal kann gemäß F i g. 9 an den Eingang 40 der dung anwendbar ist. Beim dargestellten Ausführungs- 30 Analyseschaltung gelangen und wird dort in dem beispiel erfolgt die Analyse mit schrittgeschalteter Modulator 41 in digitale Form umgesetzt. Das Signal Frequenz. am Ausgang des Modulators 41 gelangt über die

In allen Fällen kann dank der Frequenzexpansion Leitung 42 an UND-Tore 43, 44, 45, 46 und 47,

des Sprachspektrums die Bandbreite Λ, des Filters 15 deren Ausgänge an Verriegelungsschaltungen 48, 49,

relativ breit sein. Es ergibt sich auch dann eine Fre- 35 SO, 51 bzw. 52 angeschlossen sind. Die fünf Ver-

quenzanalyse, wie sie einem sehr engen Bandfilter, riegelungsschaltungen bilden einen Zwischenpuffer

bezogen auf reale Zeit, entspricht. Einer der Vorteile S3. Die Ausgänge der Verricgelungsschaltungen 48

dieser Analysentechnik liegt darin, daß das Filter 15 bis 52 treiben UND-Tore 54 bis 58, deren Ausgänge

das gesamte Frequenzband in einer Zeitperiode ana- an ein ODER-Tor 59 angeschlossen sind. Der Aus-

lyliert, in der ein entsprechendes Filter auf der Basis 40 gang dieses ODER-Tores liegt am einen Eingang

der realen Zeit nur einen Meßpunktabstand der Ver- eines UND-Tores 60, dessen Ausgang an einem der

xögerungsleitung 10 zu analysieren gestattet. Ein wei- Eingänge des ODER-Torcs 61 liegt. Ein Vorverstär-

terer Vorteil liegt darin, daß die gesamte Analyse auf ker 62 empfängt das Ausgangssignal des ODER-

Grund der gleichen Charakteristika, nämlich derer Tores 61 und liefert dieses an die Vcrzögerungs-

des einzigen verwendeten Filters, erfolgt, und dies 45 leitung 63. Das Ausgangssignal der Vcrzögerungs-

über die Breite des gesamten Sprachspcklrums. leitung gelangt an einen Verstärker 64, der seiner-

Dcr Ausgang des Amplitudendetektors 16 enthält seits ein Signal erzeugt, das einerseits an das UND-inithin entsprechend den Meßpunkten der Verzöge- Tor 65 gelangt, um von dort in die Verzögevungslungslcitung 10 eine Spannung proportional der leitung 63 eingespeist /u werden, und andererseits an Energie in dem analysierten Spektralband. Diese sich 50 einen Delta-Demodulator 66 gelangt, dessen Ausso ergebende Impulsfolge wird unter Benutzung der gangssignal dem /eitkomprimierten Sprachsignal entRedundanzen des Sprachspektrums kodiert. Dabei spricht. Dieses Signal gelangt über ein Tiefpaßfilter wird die Delta-Modulationsmethode verwendet. Das 67 an einen Modulator 68, der über einen variablen kodierte Signal wird jedesmal, wenn der Amplituden- Frcquenzmulth ibrator 69 gesteuert wird. Das Ausdetektor einen amplitudenmodulierten Impuls liefert, 55 gangssignal des Modulators 68 gelangt durch ein geprüft. Auf diese Weise wird am Ausgang des Bandpaßnltcr 70 an einen Amplitudendetektor 71. Analog-Digitalumsctzers 17 ein Digitalsignal erzeugt. Das Ausgangssignal des Aniplitudcndctektors kann das dann in das Gedächtnis 21 gelangt. Das Signal in digitaler Form kodiert werden, damit es gespeiam Amplitudendetektor 16 beginnt nicht bei Null. chert werden kunn. Zur ungemeinen Synchronisation Dieses Problem ergibt, sich aus der Delta-Modu- 60 dient der Taktgeber 7?..

tation und wird durch die Zickzackabtastung elimi- Der Taktgeber 72 steuert einen Hochgeschwindig-

nieit. F i g. 8 zeigt die Impulsfolgen, die alle IfMiHi- keitszlihlcr 73, ein UND-Tor 74 und einen Zerhacker

Sekunden am Amplitudendetektor 16 auftreten, also 75. Der Hocl'ccschwindigkcitszUhlcr 73 steuert zwei

für jede Aufzeichnung, die in der Vcrzttgetungs- UN D-Tore 76 und 77. deren AusgUnge an dcnZHhler

leitung 10 gespeichert ist. In der ersten Zeile der 65 78 bzw. das ODF.R-Tor 79, den Dcltn-Modluiator 41

Fig. 8 !lind die Encrgk-impulse tnifgcz.nchnct, die und den Niedriggcschwindigkeits-DatcnzUhler80 an-

von dom Amplitudendctcktor 16 in der Folge 1.2. 3 geschlossen sind. Dieser letr.tc ZtthlcrRO Meuert die

. . . (»j 2). (/1 1), tu 1. 2. 3 .. . (n 2), (n 1). n ölTnunp der I IN D-Tore 43 Ws 47 und wird durch

9 _1β

ein Signal aus dem UND-Tor 81 zurückgeschaltet, 48 bis 52 geladen werden können. Sobald die ent-

das über die Leitungen 82 bzw. 83 aus dem Hoch- sprechenden Impulse zur Zeit »1005« auf der Lei-

geschwindigkeitszähler 73 bzw.- dem Zähler 80 tung 84 vorliegen, wird die Lese-Kippschaltung 88 in

stamm . Der Zahler 78 wird gleichzeitig zurück- ihren vorwärts geschalteten Zustand geschaltet und

geschaltet über ein Signal auf der Leitung 82, das 5 erregt dabei die Leitung 89, die an dem UND-Tor 60

von dem Hochgeschwindigkeitszähler 73 stammt, und liegt, sowie die Leitung 91, die an dem UND-Tor 74

über ein Signal über die Leitung 84 von dem Niedrig- liegt. Der Hochgeschwindigkeitszähler 92 kann nun

geschwindigkeits-Datenzahler 80. Beide Leitungen 82 eingeschaltet werden. Die Impulse entsprechend der

und 84 sind an die Eingange des UND-Tores 85 an- Zeit »1005« gelangen auch über die Leitung 83 an

geschlossen, dessen Ausgang die Ruckschaltung des io das UND-Tor 81. Wenn der Impuls entstehend

Zahlers 78 steuert. Dieser Zähler78 steuert einen der Zeit»128« von dem,Zähle ί 73 abgeben wird

anderen Zähler 86 der den schrittgeschalteten Os- gelangt er über die LeiLg8adafuNoSi βί

zillator 87 beaufschlagt, dessen Ausgang den Multi- Der Zähler 80 wird in seinen Ursprungszustand zu-

vibrator 69 mit variabler Frequenz steuert. Die Im- rückgeschaltet, wenn die Zeiten .1005?ΐ5Τΐ28«

pulse auf der Leitung 84 gelangen auch an eine Lese- 15 zusammenfallen Dieser Schnittnnnkt eräiht «rfi

Kippschaltung 88, deren einschaltender Ausgang über während der folgendenZeit »201« ⁸

die Leitung 89 an dem UND-Tor 60 liegt und deren Der Hochgeschwindigkeits-Datenzähler 92 liefert

abschaltender Ausgang über die Leitung 90 an dem Impulse zu den Zeiten »1« ,^atenf^hIer. ^9Z f^tert

UND-Tor 65 liegt. Der einschaltende Ausgang liegt die UND-Tore 54S? 4 η' r ' ? ' \\

auch über die Leitung 91 am UND-Tor 74. DeF Aus- ₂o zusammen nS den Schait, r % ^Ph v

gang des UND-Tores 74 liegt an dem Hochgeschwin- lungsThaUung^ η _des Z^fiSfe? stunciSSl

digkeitszähler 92, der seinerseits die öffnung der Meßsignalen auf Sr^Snr I ^{und m l den}

UND-Tore 54 und 58 steuert, und zwar gleichzeitig während 500 Nano^nde ⁸ T* ^Sencnblld"^ng

mit den Impulsen aus dem Zerhacker 75 auf der Daten die L dem ηΛ ^ ^ ^3US

Leitung 93 Di tktbd Zhkril ^^

Impulsen aus dem Zerhacker 75 auf der

Leitung 93. Diese taktgebenden Zerhackerimpulse _a5 f^wV^M^^^L^S^Z

gelangen außerdem über die Leitung 93 an das UND- Daten werden in die W » stammen Diese

Tor 65. Der Puffer 53, der Hochgeschwindigkeits- sehen den Zeit η > RO«Tm S* -⁶^"^{8 63} T

zähler 92 und die Kippschaltung 88 werfen über ein ODER-iSr si hit f«S ^:

Signal zurückgeschaltet, das über die Leitung 95 und Toren 54 bis 58 Heg

das Verzogerungselement 94 aus dem Zähler 92 3 Dt d n

g g, g 5 und Toren 54 bis 58 Heg DieS^DI^o^K

das Verzogerungselement 94 aus dem Zähler 92 30 Daten an den einen Finanil η μχΧ"Ϊ S

stammt Der Hochgeschwindigkeitszähler 73 wird langen dessen Snrrfn^{8 des UND}"^T?^{res 6}^. &'

über ein Signal aus der ODER-Schaltung 79 auf der schaltung 88 beÄla« Π ^VO11 ·*£ ^Lef-^K!f ?" Leitung 96 zurückgeschaltet Ein Schalter 97 stttt 1K SJ Γΐ" ^{den Z}"

g s dr ODERSchaltung 79 auf der schaltung 8

Leitung 96 zurückgeschaltet. Ein Schalter 97 gestattet ten »1(K SJ ei, »Γΐ v

es, die gesamte Analyseschaltung in ihren Anfangs- beschriebenen Sc r nnßn^il ⁸ * „

status zurückzuschalten, und zwar über die Leitung 35 die Sicheret mit Sr 5?η ? ^dierie". ^a"^c,^{h dazu}-

98, die an dem ODER-Tor 79 liegt, und die Leituni rungsleitung6λ Sn_Ce neis w H " ^{m d}« V«**^e-

99, die den Inverter 100 an das UND-Tor 65 schal- Ausgang des ünSwI ,"' "" ^erh°^h|^n> ^ tet. Der Invertereingang liegt an der Leitung 98. des ODFR τ " π ^g\ ^{am emen Ein}?.^anf?

Die Analyseschaltung gemäß Fig. 9 wird durch das UND-Tor fis L ^def^en„^and?^riir Eingang über

den Taktgeber 72 mit 10 Megahertz gesteuert. Ge- 40 gespeist wird Verzögerungsleitung 63

steuert durch diesen Taktgeber, erzeugt der Hoch- Der Hochneschwinrlial^i.. η ♦ »u, _M

geschwindigkeitszähler 73 am Ausgang des UND- seine, Urspran^^^ ^w'^rf'ⁿ

Tores 76 Impulse »200« und am Ausgang des UND- Impuls 5 der im sn w ^zuruckgeschaltet durch den

Tores 77 Impulse »201.. Das Zeitintervall zwischen nTngTeitunt * wrÄ°^T^ ^ ¥"¥*'

zwei »200«-llmpulsen beträgt 20,1 Mikrosekunden. 45 tun.» 95 weiterpeiSf J ^"^{ld uber die Lei}"

Der Hochgeschwindigkeitszähler 73 wird auf seinen kinine 63 hat S. ν -* ^{1C Verzö}g^erune^s"

Ursprungszustand zurückgeschaltet über einen »201«- 100 Mikrosekunri/n , Y^e™&^Tm&^d™™ T von

Impuls, und zwar über das ODER-Tor 79 sowie gespeis ΐΐ ,' ,^{Und dle Im}P^ulse ~ ^{die ein}"

einen 50-Nanosekunden-Taktimpuls. Der Zähler Sekunden Fs J_m ΐ ^e!^n<r. ^auer von 100 Nano-

kann mithin ohne Unterbrechung zählen. Jeder 50 rungsleitung insccsarntinnffi ' ?" ^di^ ^Veri,^Ö8e'

»201 «-Impuls steuert auch den Delta-Modulator 41, 1000 Bits IJS °^{00 Blts}, ^C|nzuspeisen. Diese

der das Sprachsignal in eine Impulsfolge transfor- und zwar i, /!.n ^Pf" ^{ZU f}"^{nf Bils ein}8^esP^eist·

miert, wodurch am Ausgang des Delta-Modulators »1005« »1010« JC o^^{lschen den Zeiten}

alle 20,1 Mikrosekunden ein hohes und ein tiefes »4020« »402s!' !*^UI('«-».²°1S«; »3015«-»3030«;

Niveau entsteht. ₅₅ einer Zeiteoanne ^ %n ?^rw.?^{erunßsIeitun}8 ^{ist nach}

Die hohen und tiefen Niveaus werfen in den ist mithin rnörii^ i.iti^osekunden 8^efUIlt· ^Ei

.Puffer 53 eingespeist, und zwar gesteuert durch den dieienieen InformntiJ Verzögerungsleitung 63

Niedriggeschwindigkeits-Datenzöhler 80, der alle gang deV DrÄTi V^Ti^chern'^{dlc im Aus}-

20,1 Mikrosekunden vorwärts schaltet. Eine voll- Sekunden um at«nS «" ? ·^{fUr ein 2}°.^lMikr°-

»tändige Analog-Digitalumsetzung in dem Delta- 60 dieser Zeitner odJ 1 ^sP^rachj!8nal auftreten. Nach

Modulator 41 erfordert fünf Bits, entsprechend dem Del Ädufato 4^^'nirf^nIl?'¹⁸'Λ'"

20,1 · 5 ^ 100,5 Mikrosekunden. Das bedeutet, daß + 1005 MikroSnl ^{h 20>1 Mli}"™eki.nden

der Modulator mit einer Geschwindigkeit von Bits, die in dTTvnSi ⁰^⁰V⁸,^{1 werden}· ^{die fUnf}

750 Bits pro Sekunde arbeitet. Um die Daten in »1005« und ^_n," ^Ö8?^run8sleitung zu den Zeiten

das Reaister S3 einzuspeisen, liefert der Zähler 80 e_s diese Wei™ i.t „, "«.,.^cl,ⁿß,^esP^e.^{lst werden} "«'· ^Auf

11 12

werden mit Hilfe des UND-Tores 65 wieder züge- Ein Kanal für die Spektrumsfunktion, der nach führt. Dieses UND-Tor hat vier Eingänge, von denen diesen Gesichtspunkten aufgebaut ist, ist mithin geeiner über den Verstärker 64 am Ausgang der Ver- drängter und auch billiger, da weniger aufwendig als zögerungsleitung 63 liegt, ein zweiter am Taktgeber solche bekannter Art, und er gestattet zudem eine über die Leitung 93, ein dritter an der Lese-Kipp- 5 feinere Analyse des Sprachspektrums, in erster Linie schaltung 88, und zwar über die Leitung 90, und ein bedingt durch die verwendete Zeitkompression,
vierter am Hauptrückschalter über die Leitung 99. Die Basisfunktion kann in ähnlicher Weise wie Die 20,1 Millisekunden Sprache, die mithin in die Spektrumsfunktion komprimiert werden. Zu die-100 Mikrosekunden zur Verfügung stehen, bedingen sem Zweck dient die Schaltung gemäß Fig. 10. mithin eine Zeitkompression von 20,1 bzw. eine io Schaltungselemente, die in Fig. 10 genauso numc-Signalfrequenz-Multiplikation mit dem Faktor 201. riert sind wie in Fig. 1, haben die gleichen Funk-Erstreckt sich das Sprachband am Eingang 40 von tionen. Der Kanal für die Basisfunktion ist an den 300 bis 4000 Hertz, dann überdeckt das Signal am Kanal für die Spektrumsfunktion angeschlossen, und Ausgang des Delta-Modulators 66 ein Band von zwar am Punkt 101 am Ausgang des Demodulators 60 300 bis 804 000 Hertz. Das Tiefpaßfilter 67 elimi- 15 12. Das Basisband, das hier als Basisfunktion verniert die Frequenzen oberhalb von 804 Kilohertz. wendet wird, belegt ein Spektrum von 300 bis In ähnlicher Weise, wie der Zähler 80 durch den 900 Hertz. Wie bereits oben aufgeführt, dient die »201 «-Impuls gesteuert wird, wird der Zähler 78 Verzögerungsleitung 10 dazu, die Signalfrequenz mit durch die »200«-Impulse gesteuert, die alle 20 Mikro- dem Faktor 201 zu multiplizieren; um mithin das Sekunden von dem Hochgeschwindigkeits-Daten- ao Basisband am Ausgang des Delta-Demodulators 12 zähler73 erzeigt werden. Der Zähler78 ist ein fünf wiederherzustellen, ist es nötig, ein Bandpaßfilter 102 Positionen umfassender Zähler, der alle 100 Mikro- vorzusehen, dessen Bandbreite von 60,3 bis Sekunden ein Signal erzeugt. Dieses Signal »1000« 180,9 Kilohertz reicht. Das Ausgangssignal des FiI-steuert den Zähler 86, der bis auf »201« zählen kann. ters 102 gelangt dann in einen Analog-Digital-Die binären Ausgänge2,4,8... dieses 21ählers dienen as umsetzer 103 (eine'n Delta-Modulator im Beispiel), der Zeitspannungsumsetzung in dem ischrittgeschal- um das Signal für die Basisfunktion zu speichern, teten Oszillator 87, der ein schrittgeschaltetes Signal Der Speicher bzw. das Gedächtnis 21 enthält miterzeugt, das den Multivibrator 69 mit variabler Fre- hin alle Informationen, die nötig sind, das analysierte quenz steuert. Jede Stufe dieses Signals dauert Sprachsignal wiederherzustellen, also die Basis-200 Mikrosekunden. Der Multivibrator ist so aus- 30 funktion und die Spektrumsfunktion. Will man nun gelegt, daß er zwischen 2 und 1,26 Megahertz oszil- dieses Sprachsignal wiederherstellen, dann geht man lieren kann. Das hochfrequente Ausgangssignal des etwa den umgekehrten Weg wie bei der Analyse.
Tiefpaßfilters 67 gelangt zusammen mit dem Aus- Bei der Analyse wurde das Sprachsignal in elcmengangssignal des Multivibrators 69 an den Modulator tare Signale v< u 20 Millisekunden geteilt. Es wird 68. Da die Daten, die 20,1 Millisekunden des Spracii- 35 ferner daran erinnert, daß die Verzögerungsleitung Signals entsprechen, zu einem 100 Mikrosekunden die Speicherung von zweihundert fünf Bit umfassendauernden Hochfrequenzsignal führen und da wäh- den Signalmeßpunkicn gestattet, und zwar mit einem rend 200 Mikrosekunden dieses Hochfrequenzsignal Intervall von 100,5 Mikrosekunden zwischen zwei gemessen wird, und zwar mit einer Geschwindigkeit, aufeinanderfolgenden Fünf-Bit-Gruppen. Fig. 11 die alle 200 Mikrosekunden wechselt, ist es möglich, 40 zeigt ein solches vermessenes Sprachsignal und die eine Gruppe von 100 Filtern in der Analyse des daraus resultierender, komprimierten Meßwerte. Das Hochfrequenzsignals zu simulieren, und zwar mit nur Sprachsignal wird komprimiert während der Zeiteinem einzigen Bandpaßfilter. Dieses Bandpaßfilter periode OA, AB, BC usw. Es ergeben sich daraus 70, das dem Modulator 68 nachgeschaltet ist, hat Signale O'A\ A'B', B'C usw. Das Signal OVT wird folgende Charakteristika: 45 in 100 Mikrosekur.den analysiert und entspricht einer

komprimierten Meßgruppe OA zwischen den Zeiten

Mittelfrequenz 2,06 Megahertz 20 und 20,1 Millisekunden. Die nächste Fünf-Bit-Frequenzbandbreite 20 000 Hertz Gruppe trifft zur Zeit 20,1(105 Millisekunden ein. Die

Sprachsignalanalyse findet mithin statt während der

50 Mikrosekunden ₅₀ Perioden 20 bis 20,1 Millisekunden. 40 bis 40,2 MiUi-

j/.- " Sekunden usw. Das Analysefilter hat eine Zeit

konstante, und demzufolge ergiht sich am Ausgang

Das Filter70 entspricht einem Filter im Sprach- ein bei A'2 verbreitertes Signal, wie in Fig. 12 an-Das Hiter /u enibp «. ... ungefähr gegeben. Aus diesem Grunde arbeiten die Analysc-

00^qHeⁿrtun^Cd J aSS SSSÄ!Äi. In _S5 ilter während der Perioden 20 bis 20 1 Mi.lisekun. 100 Hertz una ^irai """'" *. _entsorecn,_Bn der Multi- den, 40 bis 40,2 Millisekunden usw., so daß 100 Ana- ti^^rSiSSSaS^SXSZ lysen in 2.)Millisekunden durchgeführt werden. Die vibrator 6Λ ^ü" ^M°°^UI"¹" _{FiU wobcl je}S_{es eine} Analyseschaltung entspricht dann einem Vocoder mit 70 ^G^^A^Sf^^Sii das Inter- 100Analysefiltern, die nebeneinander das Sprach-

?d^{lk lih i FU f}

Bas?sbd

4000 -300 „η..,., in der Beschreibung der Fig. 2 wurde bereits

mn '" daniuf hingewiesen, daß die Spektrumsfunktion im

Gedilchlrtis 21 über die Leitung 23 in den Modu-65 latntr 30 gelangt. Es ist mithin erforderlich, dall der

Det'AinDlltudendetektorTl dient dazu, die Maxi- Modulator 30 auf die verschiedenen aufeinander· _m£2 isanalysierten Sprachsignale zu folgenden Frequerabündrr cingestelll ii. entspremalspannungen uis »»«■? r ο _das Snrachsignal zuvor !analysiert wurde,

speichern.

13 ^U

Zu diesem Zweck wird das Signal der Basisfunktion Sekunden in die _Immll._{en en},_snre

«us dem Gedächtnis 2\ herausgezogen, in den Schal- die bereits von ^ Wf"^eW

tungon 25 und 26 nlvhillnonr verzerrt und anschlie- ersten IW Mikrosekunden dos RUtr«/i ----.

Doiui an das variable Mittelfrequenzfllter, bestehend wahrend die mpulse ent ρ red™ddon * * μ mo-

nun dem Oszillator 28, dem Modulator 27 und dem S Sekunden in die wnserndzahllgen Pos«^ ^derJ«.

B«nd_pi««nUer29_t gegeben. Da im vorliegenden Bei- zögerungsschaltung jp^la"g"· ^DJ^r Ä Dfe?

.spiel die Analyse mittels· eines schrittgeschalteten wird fortgesetzt, Wtj die'Antwort°" %-»°" J¹¹""''";

Orcillaiors erfolgt, ist auch der Oszillator 28 ein ten Filters in die Verzögcrungbleituni; 34"^ P^

schrittgeschalteter. Statt dessen kann natürlich bei ist. Die Zeitintervalle zwischen den Impulsen in der

einer entsprechend anderen Anaysetechnik hier auch io Verzögerungsleitung 34 sind ^ Γ ig, ⁵ Wjebtn.

ein linear variierender Oszillator verwendet werden. Zwischen zwei Impulsen, die in zwei aufeinandtr-

Wlihrend der Analyse wurde aus einem 20,1-Milli- folgenden geradzahligen Positionen logen, erstreckt

sekundon-Spruchsignal ein 100-Mikrosekunden- sich ein Intervall von 100 Nanosekunden, und zwi-

Hochfrequenzsignal gewonnen (vgl. F i g. 6). Dieser sehen einer geradzahligen Position und dem nächsten Hochfrequenzbereich ist in Frequenzzonen unterteilt, 15 Impuls einer ungeradzahligen1 Position lieg ein Inter-

die alle 200 Mikrosekunden mit verschiedenen Fre- vall von 50 Nanosekunden. Die geradzahligen Posi-

quenzen moduliert werden. Der verwendete Multi- tionen sind in Fig. 15 mit p, die ungeradzanligen

vibrator überdeckt ein Band von 2 bis 1,26 Mega- mit / bezeichnet.

hertz, und das Analysefiltcr war auf 2,06 Megahertz Es sei darauf hingewiesen, daß die analogen Am-

zcntricrt mit einer Bandbreite von 20 Kilohertz. Die »0 worten der simulierten Filter 11 bis /· N in dt r

delta-modulierte kodierte Digitalform eines 100-Mi- Syntheseschaltunj; entsprechend den Antworten tür

krosekunden-Signals wurde alle 200 Mikrosekunden diese Filter M bis FN bei der Analyse wiederln·

gespeichert. Bei einer Synthese müssen natürlich die- gestellt werden. Aber während der Analyseoperatica

selben Werte verwendet werden. Fig. 13 zeigt etwas wurde die Analyse alle 200 Mikrosekunden au·.-

mehr im Detail den Wiedergabe- bzw. Synthcseteil. «5 geführt, indem die Frequenz des Oszillators 14 gemail

Alle 200 Mikrosekunden erzeugt das Gedächtnis 21 Fig. 1 alle 200 Mikrosclu-nden umgeschaltet wurde,

auf der Leitung 23 die digitalisierte Spektrumsinfor- Bei jedem so definierten Schritt wurde der Inhalt dt r

mation, die in den Dekoder 104 gelangt, an dessen Verzögerungsleitung in der Analyseschaltung analy-

Ausgang Impulse entstehen, deren Amplituden dem siert. Dieser Inhalt wurde aber jedesmal neu zi,

Ausgangssignal des Analysefilters entsprechen, die in 30 sammengesetzt, indem die ältesten zwei Pakete von

dem Amplitudendetektor 16 gemäß Fig. 1 ermittelt fünf Bits gelöschl wurden. Diese Operation entspricht

wurden. Diese Impulse variabler Amplitude gelangen einer Verschiebung der gesamten Bitfolge in der

über die Leitung 105 an den Modulator 106. In ent- Verzögerungsleitung. Diese Verschiebung ist in

sprechender Weise wird das digitalisierte Basisband Fig. 15 durch den Doppelpfeil SH angegeben,

aus dem Speicher 21 herausgezogen und über die 35 Wenn die Verzögerungsleitung lang genug ist, so

Leitung 22 in eine digitale verzerrende Schaltung 25 daß sie 100 Mikrosekunden zuzüglich χ Mikrosekun-

eingcgeben und gelangt von dort über einen Digital- den für jede Filterantwort aufnehmen kann, ergibt

Analogumsetzer 26 zu einem Modulator 107. Die sich ein Stroboskop-Phänomen, wie es in Fig. 16

Basisbandinformation wird aus dem Speicher alle angedeutet ist. Eis ist immer noch die Summe der

200 Mikrosekunden extrahiert und ist 100 Mikro- 40 N simulierten Füter in jeder Bitposition, sobald die

Sekunden lang. Das Basisband belegt ein Frequenz- Verzögerungsleitung aufgefüllt ist. In dem Fall, in

band von 60.3 bis 180,9 Kilohertz. dem die ersten 100 Mikrosekunden und die χ folgen-

In Fig. 14 ist ein Ausschnitt dieser Schaltung der- den Mikrosekunden durchschießen, sind die verblei-

jenigen eines bekannten Vocoders gegenübergestellt. benden Ergebnisse korrekt, weil, wenn nicht genug

Die analogen Signale aus dem Demodulator 108 45 Platz für die Verschiebung der ersten lOOMikrovon Fig. 13 bzw. 14 gelangen auf die Leitung31 Sekunden in den geraden Positionen verbleibt, die gemäß Fig. 2. Um die Filterantworten zu addieren, verbleibenden Bits in die ungeraden Positionen einwerden diese in dem Modulator bzw. Kodierer 33 gespeist werden. Es genügt mithin, zunächst die geindigitale Form umgesetzt. Der Kodierer 33 arbeitet raden Positionen abzulesen, dann die ungeraden mit 10 Megahertz und empfängt alle 200 Mikro- 50 Positionen und dann erneut mit den geraden Posisekunden die Antwort eines simulierten Filters von tionen zu beginnen usf. Im Signal werden mithin der Dauer 100 + R Mikrosekunden. Demzufolge er- zunächst die ersten 100 Mikrosekunden der geraden zeugt er am Ausgang alle 200 Mikrosekunden eine Positionen herausgezogen, dann die 100 folgenden Impulsfolge von der Dauer 100 + R. R ist eine Funk- Mikrosekunden der ungeraden Positionen usf.; wie tion der Filterdämpfung und entspricht der Dämp- 55 auch aus Fig. 16 ersichtlich, dient diese Operationsfungszeit/Tl. A'2. Fig. 15 zeigt, wie die verschie- weise dazu, sicherzustellen, daß die ganze Verzögedenen Antworten der simuliertenFiIterFl,F2...Fn rungsleitung ohne Unterbrechung wiederholt ausaddiert werden. Die Antwort O'l, A'l, A'2 des simu- gelesen werden kann.

Iierten Filters Fl gelangt in die Verzögerungsleitung Die Aufeinanderfolge von Additionen wird im

im Datensprung. Demzufolge gelangen die Impulse 60 Falle der Delta-Modulation mit Hilfe der Schleife,

entsprechend den ersten 100 Mikrosekunden in die dusch den Dekodierer 38 gebildet ist, bewirkt,

geradzahlige Position und die Impulse der nächsten Dieser Dekodierer 38 ist ein Delta-Demodulator, der

Λ-1 Mikrosekunden in die ungeradzahligen Posi- bei 10 Megahertz betrieben wird und dazu dient, die

tionen, die aber nicht alle besetzt werden. Zur Zeit Additionen in analoger Form in dem Tor 32 zu be-

Lt „V ^Mlkn)sck""dcn werden die Antworten A'l, 65 wirken. Im Falle der klassischen PCM-Modulation

Ii 1, D 2 des simulierten Filters Fl am Modulator 33 benötigt man den Dekoder 38 nicht, weil die Addi-

auftrcten, sie werden dort kodiert und so eingespeist, tionen direkt aus der Verzögerungsleitung in digitaler

daß die Impulse entsprechend den ersten 100 Mikro- Form vorgenommen werden können, indem man die

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einander koircspoiHlieieiul··!! Bits jeder Welle addiert. Wlihrend der Analyse dienten fünf Bits dazu, eine Information zu definieren, und diese Information wurde in Paketen von llliil' Bits in die Verz.ögeiungs-MtUiIg eingegeben, Fs isi mithin auch nötig, die Iiiloimatinnen .pnkelwcisc zu ITmI' Bits aus der Verzögerungsleitung 34 herauszuziehen, um das Signal wieder zu cxpaiulicicn und das ursprüngliche Sprnchsignal wiederhcizustellen.

Im lolgenden wird aiii Fig, 17 Bezug genommen, to Die eisten injizierten fünf Bits entsprechend der Analvse von Cl lies eisten Fillers M entsprechen C₁ ¹ nach Injizieiiing des Signals entsprechend dem Fillci 12. Die ersten fünf Bits entsprechend der den Düliii-Dcmodulator :|19, der enlspreeheiicl mich ein PCM-Demoduliilor sein kühn. Das auf diese Weise wiederhergestellte Spraehslgnal liegt dfintj auf der Leitung 120 viii. Zur ,SynehmnwilioM eier ges samten Vorrichtung dient der zentrale Taktgeber 12'· Die Schaltungsanordnung gemiil.1 der Hrllndimg kanu auch mehrkanalig gcspcisl werden, z. B. in Vorbindung mit mehreren angeschlossenen Telcfonleilimgcn. Dies wird am cinfiichslcn auf der Grundlage des bekannten Mulliplexverfahrens verwirklicht, liin demcnlsprechcndcs Ausl'iihriingsbeispiel 1st in Fig. IU dargestellt. Gemiiß Fig. 1<J sind mehrere Telcfonleitungcn /.I, Kl ..: Kn an entsprechend viele Della-Modiilaloicn Λ/l, Ml ... Mn sowie

p le ,

Analyse von Cl dci Filier/-Ί und 11 entsprechen 15 Delta-Democliilaloren /) 1, P2 ... Π11 angeschlossen. ¹ C h Ijki Ddl b DllDm

₁ C₁ nach Injektion des Signals cntspicclieiul deni Filter /3 in ilit \ eizögciungsleitung. Die ersten l'iinl Hits entspicchcud del Analyse von Cl dei I"il· Ui 11,12 und /3 enlspuihen ( An Stelle der Delta-Modulatoren bzw. Delta-Demodulaloren können auch PCM-Modulaloieii bzw. -Dcmodulaloren voigesehen sein. Die Ausgänge der C₁ ¹ usf.. Modulaloien liegen an eint·) Komprcssions-F.xpiin-

bis ZiIi liijizierung des lelzieu Signals entspiechend ao sions-Voirichtung 122, und zwar über die Leitung dem liltci ,V, wenn die eisten liinl Bit·, in dei Vei- 123. Bei Kompression gelangen die Signale aus den zögerungsleilung dem Signal der /one C1 ent- multiplex zusammengefaßten leitungen an den

Della-Demodulalor 124 und \on da an den Analjsalor 125. Das Analysenergebnis wild in dem Um-

spicehen und 2()0mal in der Schieile uniLelaulen siiul. l-.s ist mithin möglich, die Füiil-Bit-I'olge mittels llki 3 I

eincs Pulletkieisis 35 gemäß F i g. 2 zu exlrahieien 25 setzei 126 digitalisiert und in dem Speicher 127 geuiul an den Seiienbihlnei gemiiß Fig. 2 abzugeben. speichert. Zur Wiederherstellung weiden die Spek-Diese Fiinl-Bit -Folge isl 2()()inal dekoniprimieit
winden iiiul icpiiiseiitieit in digitalei Form das
Spiachsignal. bezogen aiii icale Zeit. I'm mithin das

p g

Irumsfunktion und die Basislunklioii bzw. die zugehörigen Inloimationen aus dem Speieher 127 liii die betrellende Telelonlcilung nach den (irundzügcn des

Spiaclisignal koneki wicdeiherzustellen, ist es nötig. 30 Multiplexverlalircns abgerufen und in den Analogd Vol d 1 i il d d

aiii ilei Verzögeiungxlcüung alle Kit) Mikiosekunden liinl Bits heraiis/u/iclien. Nachdem aiii diese Weist* 200 I \trakiionen duichgeführt sind, sind 20 Millisekunden des anaivsiertcn Sprachsignals wiederhergestellt.

Die aiileiiiandeilolgenileii. liinl Bits umfassenden ImpuMoIgcn gelangen an den Dclta-Demodulator 39, der bei 50 Kiloheitz betrieben wird, und von dort an den Ausgang der Svntheseschallung.

Fin interessanter (iesiclilspunkt in Verbindung mit dei Spiachanalvse und Wiederherstellung besteht darin, fiii die Vorrichtungen gemiiß Fig. 1 und 2 mn eine Verzüge·imgslciiung uuziisehen. Zu diesem Zweck \crschachlelt man die digitalen Signale, die kompiimiert und ilckomprimieit werden sollen, in der Verzögerungsleitung, line entsprechende Vorrichtung isl in Fig. IS daigestellt. Das Sprachsignal, das anahsierl werden soll, wird in den Fingang K)¹J eingespeist und gelangt in den Delta-Modulator 110. der auch ein PCM-Moilulator sein kann. Nachdem das Signal den PiilTei 111 passiert hat. werden die Impulse in der Veizögerimgslcitung 112 komprimiert und gelangen an das Tor 113 und von da in den Delta-Demodulator 114, der entsprechend auch ein PCM-Demoilulator sein kann. Das so erhaltene komprimierte Analogsignal wird dann in dem Analy-SUTPi 115 üiialjs'erl. und man erhält du spektrale Funktion und die Basisfunktion, die in dem Speicher 116 gespeichert werden. Zur Wiederherstellung werden die spektrale Funktion und die Basisfunktion aus dem Speicher 116 extrahiert und in die Synthesevorrichtung 117 gegeben. Das komprimierte analoge Sprachsignal wird dann an den Delta-Modulator 118 gegeben, der entsprechend auch ein PCM-Modulalor sein kann, und die Ausgangsimpulse dieses Modulators werden in der Verzögerungsleitung 112 dckompiimierl. Die dekompiimieilen Impulse werden über den Puflcrkrcis 111 extrahiert und gelangen in umsetzer 128 eingespeist. Die Signale werden dann in der Wicdcrherstellungsvorrichlung 129 in komprimierte Sprachsignale umgewandelt und gelangen dann über die Fxpansionsschalluug 130 in die Demodulatoien. Diese Demodulatoren sind multiplex gesteuert nach Maßgabe der Datenextraktion aus dem Speichel 127. Das nun endgültig wiederhergestellte Sprachsignal gelangt auf diese Weise auf die uisprüngliche Telefonleitung.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Schallungsanordnung zur Spiaehanalvse und Sprachsynthese nach Art eines Vocoders, bei der zur Analyse aus dem Sprachsignal Basisinfoima tioneii für eine Basisfunktion und Speklrumsinformationen für eine Spcktrumsfiinktion in Foim ji· eines Amplitudenwertes für die Randabschnitte. in die das Sprachspektruni unterteilt isl. abgeleitet wiid.'i) und bei dt ι die Synthese aus cLv Basiifunklion und sich über die Bandabschnilte erstreckenden Schwingungen mit durch den jeweils zugeordneten Amplitudenwert bestimmter Amplitude erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprachsignal zur Analyse der Spcktrumsfunktion zeitlich um ein Vielfaches komprimiert und entsprechend diesem Vielfachen wiederholt in einer für jede Wiederholung hinsichtlich ihres Diirclilaßbandes auf einen anderen Bandabsclmill verstellten Filteranordnung (13, 14, 15) ausgefiltert wird, daß der Filteranordnimg ein Ampütudcndetektor (16) zur Gewinnung der Amplitudenweite nachgeschaltet isl und daß die Synthese der Speklrunsfunktion entsprechend umgekehrt erfolgt (Fig. 1 und 2).

   2. Schallungsanordnuii!! nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Synthese aus der Basisinformation und der Spektrumsinformation

   ein zeitlich kumprimlorius unnloges Sprnchsignal gebildet wial, das anschließend auf das ursprüngliche Sprncliiiigmil zeitlich expandiert wird .(Fig. 2).

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dal.) das Analogsignal zum Vcriiiukrn seiner zeillichen Lunge digitalisiert, in digitaler Form vorlindert und dann mit vcrilnderter Lunge analogwert wird.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß /.um Verändern der zeitlichen Lunge des digitalisierten Signals eine Verzögerungsleitung (IO Iikw. M) mit einer RUckkopplungsschleife (K), 1!, !) bzw. 38) vorgesehen

   ist und daß die Speicherung bzw, Auslesung aus dieser Verzögerungsleitung im Datensprungverfahren erfolgt (Fig, I und 2),

   5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Filteranord- ao

   [UIiIg(IJ, M, 15) stufenweise für jedes Vielfache um eine Stufe versU'lll wird (Fi g. I).

   fi, Scliiillungsanoi'diHinn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, du» die Purchliillhand· abschnitte uufcimiiuleiTolycndor Schnllsiiileii im Sprachspekli'um aneinniuleigrenzen,

   7. Schaliunusaiiordniing nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, du« die verstellbare Filteranordnung kontinuierlich verstellt wird, und zwar I¹Ur jedes Sprachsigiial durch den ganzen, dem ursprünglichen Sprachsigiuil entsprechenden Spektralbereich,

   8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dall die Filteranordming in einer ersten Periode in einer ersten Richtung über den ganzen Verslellbereich verstellt und in einer zweiten Periode in umgekehrter Richtung usf. mit abwechselnder Richtung verstellt wird.

   Hierzu 4 Blatt Zeichnungen