DE1945782A1

DE1945782A1 - Geraet zur Umsetzung eines frequenzverschobenen Sprachsignals

Info

Publication number: DE1945782A1
Application number: DE19691945782
Authority: DE
Inventors: Geohegan Jun Kenneth P; Edwin Shearin
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-09-23
Filing date: 1969-09-10
Publication date: 1970-04-02
Also published as: FR2018666A1; GB1286487A; US3634625A; JPS5144603B1

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf T · Schadowplatz 9

38,861
6982

Düsseldorf, 9. Sept. 1969

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

. Gerät zur Umsetzung eines frequenzverschobenen . Sprachsignals

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gerät zur Frequenzumwandlung oder -kompression und insbesondere zur Umwandlung eines verhältnismäßig unverständlichen frequenzverschobenen Sprachsignals in ein verständliches Ausgangssignal_k

Infolge bestimmter physiologischer Gegebenheiten können Taucher, die ein Luftgemisch atmen, sich nur bis in Tiefen von etwa 8Ö m oder weniger begeben. Selbst bei Arbeiten in geringeren Tiefen ät* men Taucher anstelle von Luft ein Helium-Oxid- öder ein Helium** Stickstoff-Sauerstoff gemisch, um dass Auftreten einer Stickstoff* narkose zu verhüten bzw. davon hervorgerufene Auswirkungen &ü Ve?* ringern* Die Verwendung eines Helium-Gemisches bringt jedööh feti der Sprachübermittlung ein ernsthaftes Problem mit sieh* da die Spräche des Tauchers in der Helium-Atmosphäre in ihrer Tonläge an* gehoben wird und unter bestimmten Bedingungen dann völlig ühver* ständlich ist. Diese Sprachverzerrung wird gelegentlich "Helium-Sprache genannt und ist grundsätzlich auf eine Erhöhung der Frequenz oder Tonlage der Stimme zurückzuführen. Wenngleich die Grund-Stimmfrequenz (etwa 100 Hz) unbeeinträchtigt bleibt, so werden dpch die als Formanten bekannten Stimm-Oberwellen in guter Annäherung um einen gemeinsamen Faktor angehoben, dessen Wert bis zu 2,8 - 3,0 betragen kann und der durch das im Einzelfall verwandte

0 0.9 8 1 4/136 3

Telefon (0211) 3208 58 Telegramme Custopat

Gasgemisch, dessen Druck sowie die Länge der Zeit, die sich der Taucher in der Helium-Atmosphäre befunden hat, bestimmt wird.

Die "Helium"-Sprache könnte etwa dadurch entzerrt werden, daß sie zunächst mit einer ersten Geschwindigkeit auf ein Tonband aufgezeichnet und dann dieses Band mit einer zweiten niedrigeren, der Frequenzverschiebung proportionalen Geschwindigkeit abgespielt wird. Würde die Aufzeichnung eines Gesprächs 15 min und die Wiedergabe dieses Gesprächs dann etwa 30 min dauern, so würden bei Anwendung eines solchen Prinzips insgesamt 45 min benötigt, um die gesamte Nachricht zu gewinnen. Es besteht dementsprechend ein Bedürfnis für eine Direkt (real time)-Umsetzung oder -Entzerrung der "He 1 ium¹¹ -Sprache,

Bei einem Verfahren zur Direkt-Entzerrung von "HeIium"-Sprache wird ein Magnetband mit einem umlaufenden Kopf verwendet, so daß Teile der "HeIium"-Spräche ausgeschieden werden* Die Verständlichkeit erfährt dabei keine größere Beeinträchtigung, da die Nachricht trotz der kleinen fehlenden Anteile noch verstanden werden kann. Für den mobilen Tiefseegebrauch kommt es jedoch in erster Linie darauf an, daß ein zur Entzerrung von "HeliüM*¹-Sprache dienendes Gerät wenig wiegt, einen gedrängten _f kompakten Aufbau hat, robust ist und keine beweglichen Teile* wie sie bei einem Tonbandgerät mit umlaufenden Köpfen gegeben sind, aufweist«

Aufgäbe Vorliegender Iriindüttg igt daher in erster Linie die Schaffung eines Gerätes zur Intäerriihg von %eiium"~gpraehei das die vorstehend genannten förderungeft erfüllt and die Verwendung von herkömmlichen Bauteilen ermöglicht, so daß das Gerät auch mikrominiaturisiert iirii somit bequem von einem Taucher mitgeftthrt werden kann*

Zur Losung dieser Aufgabe ist ein Gerät zur Umsetzung eines frequenzverschobenen Sprachsignals erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme von Digitalinformation geeigneten Speieher, einen dem Speicher vorgeschalteten Analog-/Digital-Wandler für die Umwandlung des analogen Sprachsignals in Digitalform sowie ♦

H- 0098H/1363

einon dem Speicher nachgeschalteten Digital-/Analog-Wandler für die Rückwandlung des abgetasteten Signals in Analogform sowie einen Steuerkreis, der über einen ersten Ausgang den Analog-Digital-Wandler so steuert, daß dessen Ausgang den Sneioher mit einer ersien Frequenz mit einer Gruppe aufeinanderfolgender, in Digital form umgewandelter Abtastsignale speist, und der über einen zweiten Ausgang den Digital-/Analog-Wandler so steuert, daß die aufeinanderfolgenden Abtastsignale den Speicher in der Reihenfolge ihrer Hingabe als Grupne mit einer etwa um den Faktor der Frequenzver.schiebung abweichenden zweiten Frequenz verlassen.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erla'utert. Darin zeigen:

Fig. la - Ic zum besseren Verständnis der Erfindung schematisch

ein Sorachsignal in verschiedenen Zuständen;

Fig. 2 schematisch al? Hlockschaltbild eine bevorzugte

Ausführungsform eines Gerätes nach der vorliegenden Erf indunrr;

Fig. 3 einige der Komponenten der Fig. 2 in etwas genauerer Darstellung; und

Fig. 4 pchematisch ein Diagramm, das die zeitliche Zuordnung der bei Verwendung des Gerätes nach der Erfindung auftretenden Eingangs- bzw. Ausgangssprachsignale erkennen l^ßt.

Mit Fig. la ist ein typisches Snrachsignal eines in Luftatmosohrire redenden Snrechers wiedergegeben. Dieses Sorachsignal weist eine Grundwelle 10 mit der Frequenz f_f und einer !lehrzahl von Oberwellen (Formanten) 12, 14 und 16 mit den FremiP'izen f ₁ , f„ bzw. f„ auf.

Mit Fig. Ib ist das gleiche oignal wie in Fig. la mit den Unterschied wiedergegeben, da? hier der Sprecher sich in einer Helium-Sauerstoff atmosphäre befindet. Die Grundwelle 10 erfahrt dabei kei-

1^/1363 8AD QRIQfNAL

ne Veränderung, während die hier mit 12', 14' und 16* bezeichneten Oberwellen, die ein Sprechsignal verschobener Frequenz bilden, alle um ein Mehrfaches S„ von 2 zu entsprechenden Frequenzen f₂, f. bzw. fg verschoben worden sind.

Mit dem Gerät nach der vorliegenden Erfindung wird das frequenzverschobene Sprachsignal der Fig. Ib so behandelt, daß das mit Fig. Ic dargestellte Ausgangssignal mit den wieder auf ihre richtigen Frequenzen f-, f₂ bzw. fg zurückgeführten Oberwellen 12, 14 und 16 erhalten wird. Die Anordnung, mit deren Hilfe diese scheinbare Frequenzrückführung erfolgt, ist mit Fig. 2 veranschaulicht, die nachstehend erläutert wird.

Ein Sprachsignal entsprechend Fig. Ib wird einem Eingang 20 zugeführt. Dieses Signal kann von einem Tonbandgerät oder im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise von einem Mikrofon 21 abgegeben werden, das von einem Taucher getragen wird oder in einer mit Helium (oder einem anderen leichten Gas) gefüllten Kammer angeordnet ist.

Wie schon erwähnt, zeigt ein Vergleich der Fig. la und Ib, daß die Grundwelle 10 nicht frequenzverschoben wird, wie das für die Oberwellen zutrifft. Dementsprechend brauchen nur die Oberwellen eine Verarbeitung zu erfahren. Dazu ist ein Bandfilter 24 vorgesehen, das Frequenzen im Bereich von beispielsweise 600 Hz bis 9,5 kHz durchläßt und dabei die Grundwelle aussiebt. Bekanntlich kann selbst bei Fehlen der Grundwelle die in einem frequenzverschobenen Sprachsignal enthaltene Nachricht zurückgewonnen werden, wenngleich die Anwesenheit auch der Grundwelle in dem Ausgangssignal zu einer etwas besseren Verständlichkeit führen würde. Es kann somit ein Filter 25 vorgesehen sein, das als Tiefpass ausgebildet ist und nur die Grundwelle durchläßt, so daß diese anschließend mit ausgewertet werden kann.

Ein Verstärker 27 koppelt den Ausgang des Filters 24 mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandler s 29, der das von dem Filter 24

abgegebene frequenzverschobene Signal in Übereinstimmung mit von

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>i: BAD

einem Steuerkreis 31 abgegebenen Befehlen aus seiner Analogform in ein äquivalentes Digitalsignal umformt, Solche Analog-Digital-Wandler sind allgemein bekannt, so daß keine weitere Erläuterung notwendig ist. Die aufeinanderfolgenden» bei der Analog-Digital-Umsetzung aus dem Analogsignal erhaltenen abgetasteten Einzelsignale des frequenzverschobenen Sprachsignals werden in digitaler Form mit einer ebenfalls durch den Steuerkreis 31 bestimmten Frequenz in einen Speicher 37 eingegeben. Die so gespeicherten digitalen Einzelsignale werden in der gleichen Reihenfolge, in der sie zugeführt wurden, mit einer wiederum von dem Steuerkreis 31 bestimmten Ausgabefrequenz abgenommen und anschließend mit Hilfe eines Digital-/Analog-Wandlers 40 wieder in ein Analogsignal überführt.

Setzt man die Frequenzverschiebung des frequenzverschobenen Sprachsignals gleich SjTi ^so wird das Verhältnis der Frequenz, mit der die Signale in den Speicher 37 eingegeben werden, zu der Frequenz, mit der sie von dem Speicher 37 wieder abgegeben werden, etwa gleich S, gemacht. Der Ausgang des Digital-/Analog-'/andlers (D-A-V/andler) 40 liegt über einen Verstärker 43 an einem Glättungskreis 45, der ein verständliches und entzerrtes Sprachsignal, das etwa die Oberwellen 12, 14, 16 der Fig. Ic enthält, an ein Ausgangsglied 4P/, das von einer geeigneten Wiedergabevorrichtung wie einem Tonbandgerät, Kopfhörern, einem Lautsprecher o. dgl. gebildet sein kann. Bei Verwendung des Filters 25 ist zusätzlich ein Summierglied 50 vorgesehen, das den Oberwellen die Grundwelle (10 der Fig. Ic) überlagert.

Fig. 3 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsform eines Speichers, wie er in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann, und zeigt ferner eine Ausführungsform eines zur erfindungsgemäßen Steuerung der Ein- bzw. Ausgabe des Speichers 37 geeigneten Steuerkreises 31.

Allgemein können, wenn der Analog-Digital-Wandler (A-D-Wandler) ein digitales Ausgangssignal mit η binären bits liefert, η einzelne Speicherelemente vorgesehen sein. In dem mit Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel liefert der A-D-Wandler 29 ein 5-bit-Ausgangs-

0098U/1363 BAD OWGtNAL

-G-

signal, v/ob ei die einzelnen bits von Leitungen 53 - 57 geführt werden,-so daß der Speicher 37 dann fünf als Schieberegister 60 64 ausgebildete Rückumlauf-Verzögerungsglieder aufweisen kann, die jeweils von einem entsprechenden bit des Ausgangssignals des A-D-V/andlers 29 gespeist werden.

Wie für das Schieberegister 60 im einzelnen dargestellt, enthält ein Schieberegister mehrere Flip-Flops, von denen jedes ein bit der Information speichert. Insgesamt enthält das Register 60 49 Flip-Flops, die mit ffl, ff2, ... ff49 bezeichnet sind. Die nachstehende Erläuterung des Schieberegisters 60 gilt in gleicher V/eise für die übrigen Schieberegister ßl - 64. Zunächst wird ein bit der Information der Leitung 53 in das Flip-Flop ffl eingeführt. Durch über eine Leitung c zugeführte Takt- oder Schiebeimpulse wird dieses Informations-bit zu einem folgenden Flip-Flop gebracht. Wenn das Informations-bit in das letzte Flip-Flop ff49 eingespeist wird, kann es entweder über eine Leitung 67 abgenommen v/erden, wenn der D-A-Wandlei* 40 bereit ist, Information aufzunehmen, oder aber es kann über eine Leitung 60 an das erste Flip-Flop ffl zurückgegeben werden, um das Schieberegister erneut zu durchlaufen, so daß es zu dem vorstehend erwähnten Rückumlauf kommt.

Während des erneuten Durchlaufs wird ein folgendes bit eines folgenden Austast-Einzelsignal in das Flip-Flop ffl eingespeist, das die gleiche Verschiebung wie das erste bit erfährt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt des Rückumlaufvorganges werden das zuerst von dem Flip-Flop ff49 abgegebene Informations-bit und sodann folgende bits mit einer Frequenz, die um einen vorgegebenen Wert niedriger als die Eingabefrequenz liegt, in der gleichen Reihenfolge abgenommen oder ausgelesen, in der sie dem Speicher zugeführt wurden. Infolge dieser langsameren Ausgabe der bits wird das Register 60 daher aufgefüllt. Zu diesem Zeitpunkt werden keine weiteren Austast-Einzelsignale mehr in die Register eingespeist, ehe diese nicht wieder völlig entleert worden sind.

Der Steuerkreis 31 für die Steuerung dieser verschiedenen Funktionsabläufe kann beispielsweise einen Taktgeber 70 aufweisen, der die *

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- 7 Leitung c mit Takt impulsen der Freqiienz f versorgt.

Ein Eingabezähler 72 zählt bis zu einer vorgegebenen Anzahl von Taktimpulsen und gibt dann, sobald diese Anzahl erreicht worden ist, über eine Leitung 73 einen Ausgangsimpuls ab. Wenn die vorgegebene Anzahl Taktimpulse S. ist, so gibt der Eingabezähler sein Ausgangssignal mit einer Frequenz f. - f /S. ab.

Bei ,jedem Auftreten eines Ausgangsimpulses in der Leitung 73 liefert der A-D-Wandler 29 ein neues Abtast-Einzelsignal an den Speicher 37, d. h. über die Ausgangsleitungen 53 - 57 wird ,jeweils ein Informations-bit an die ersten Flip-Flons ff1 der einzelnen Schieberegister 60 - 64 geliefert.

Zur Abnahme der Information von dem Speicher 37 ist ein Ausgabezähler 76 vorgesehen, der die Taktimpulse des Taktgebers 70 zählt und einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn eine vorgegebene Anzahl S an Taktimpulsen zugeführt vorden ist. Der Ausgabezählter 76 beaufschlagt daher die Leitung 77 mit dem Ausgangssignal mit einer Frequenz f = f /S .
ο co

Das Verhältnis von f. zu ί sowie das Verhältnis von S zu S. ist jeweils so gewählt, daß es annähernd gleich der Frenuenzverschiebung ix. ist.

Da die Ausgabefrequenz kleiner als die Einnabefrequenz ist, ist eine Einrichtung vo'rgesehen, uri zu erfassen, wann der Speicher bis auf seine Kapazität aufgefüllt worden ist. Diese Erfassungseinrichtung weist einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 80 auf, der das Ausgangssignal des Eingabezählers 72 und das Ausgangssignal des Ausgabezählers 76 empfängt. Wenn der Vorv.^rts-Rückwärts-Zähler seinen Höchstzählwert noch nicht erreicht hat, der der in einem Schieberegister vorgesehenen Anzahl Flip-Flops entspricht, so wird einem UND-Gatter 83 über eine Leitung 81 ein Vorbereitungssignal zugeführt, bei dessen Anwesenheit das UND-Gatter 03 die Taktimpulse des Taktgebers 70 zu dem Eingabezähler 72 gelangen läßt. Der Ausgangsimpuls des EingabezMhlers 72 Ir ^; nicht nur dem Speicher

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'- ''·■-"■ BAD ORIGINAL·

37 ein neues Signal zukommen, sondern läßt gleichzeitig auch den Vörwärts-Rückwärts-Zähler 00 um eine Zählung vorlaufen. In ähnlicher Weise wird durch den Ausgangsimpuls des Ausgabezählers 76 nicht nur Information von dem Speicher 37 abgenommen, sondern es wird gleichzeitig für eine Paickschaltung des VorAvärts-Rückwärts-Zählers SO um einen Schritt gesorgt. Da die Vorwärtsimpulse entsprechend der Eingabefrequenz und die Rückwärtsimpulse entsprechend der Ausgabefrequenz zugeführt werden, zeigt der Zähler SO nach Erreichen des Zählwertes 49 an, daß die Schieberegister bis zu ihrer Kapazität aufgefüllt sind und sorgt demgemäß dafür, daß das Vorbereitungssignal der Leitung 81 verschwindet, so daß der Eingabezähler 72 keine weiteren Taktimpulse erhält und dementsprechend dem Speicher 37 auch keine weitere Information zugeführt wird. Der Ausgabezähler 76 wird jedoch weiterhin mit Taktimpulsen gespeist, so daß auch die gespeicherte Information weiter ausgegeben wird, bis der Speicher 37 ganz geleert worden ist.

Beim Ausgeben der Information zählt der zuvor aufgefüllte Vorwärts-Rückwärts-Zähler 80 rückwärts, und sobald dabei der Zählwert Null erreicht worden ist, erscheint das Vorbereitungssignal wieder in der Leitung 81, so daß anschließend Information in der zuvor beschriebenen V/eise in den Speicher 37 eingespeist wird. Wenn ein neues Informations-bit in das Flip-Flop ffl eingeleitet werden soll, so ist es wichtig, daß das bit im Flip-Flop ff49 daran gehindert wird-, über die Leitung 68 zu dem Flip-Flop ffl zurückgeführt wird. Daher ist ein UND-Gatter 85 vorgesehen, das mit seinem einen Eingang an dem Atisgang des Flip-Flops 49 liegt und mit einem Vorbereitungssignal des Eingabezählers 72 gespeist wird. Grundsätzlich soll, wenn der Eingabezähler 72 kein Ausgangssignal liefert, der Rückumlauf stattfinden. Eine Umkehrstufe 87 liefert ein Vorbereitungssignal an das UND-Gatter 85, wenn der Eingabezähler 72 kein Ausgangssignal erzeugt. Für den Fall der Eingabe gibt der Eingabezähler 72 einen Impuls ab, der von der Umkehrstufe 87 invertiert wird, so daß das Vorbereitungssignal für das UND-Gatter 85 verschwindet und eine Rückführung des bits des Flip-Flops ff49 verhindert wird.

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• * ( I

Obwohl das frequenzverschobene Signal kontinuierlich zugeführt wird, werden kleine Teile davon nicht abgetastet und in den Speicher eingegeben, da der Eingabezahler während eines Zeitabschnittes, der mit der Auffüllung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (und damit der Auffüllung des Speichers 37) beginnt und bis zu dem Zeitpunkt dauert, zu dem der Vorwärts-Rückwärts-Zähler SO bis auf Null zurückgezählt hat (und dementsprechend der zuvor aufgefüllte Speicher 37 geleert worden ist), kein Eingabesignal abgibt.

Diese nicht abgetasteten Teile des Sprachsignals sind .jedoch sehr klein, so daß trotzdem ein verständliches Signal erhalten werden kann. Der nicht abgetastete Anteil des Sprachsignals, die Eingabefrequenz sowie die Ausgabefrequenz werden durch die Größe der FrequenzverSchiebung des Sprachsignals und die Taktfrequenz f bestimmt.

Nachstehend ist als Beispiel eine Tabelle für 49-bit-3chieberegister wiedergegeben, mit der verschiedene Einstellungen zusammengestellt sind, wie sie für unterschiedliche Frequenzverschiebungen bei einer typischen Taktfrequenz f von 2 MHz (entsprechend einem alle 0,5/usec auftretenden Taktimpuls) vorzunehmen sind.

BAD ORIGINAL Ü098 Ί kl 1363

1	2	3
Frequenzver- schiebung ³H	Eingabe A	Ausgabe S ο
1,0	100	100
1,3	164	213
1,4	124	173
1,5	09 197	14 G 295

1,P-

1,9

2,0

2,1

OO L'«J

IGi-

71 141

124 105

110 164

99

A. σ

90

135

239

222 332

104 208

197

235

ISS 282

1	2	3
Fi'equenzver- schiebung ³II	Eingabe ³i	Ausga ³O
ο υ	83 124 164	181 271 360
2,3	114 152	261 343
2,4	106 141	253 337

2,5

f?

2,7

2,9

3,0

93

124

87
116

145

110
137

78
104
130

75

99
124

104 24 G

240 320

234

390

230 306 382

225 300

222' 295

369

In Spalte 1 sind verschiedene Frequenzverschiebungswerte zwischen 1,0 und 3,0 aufgeführt. Spalte 2 gibt die Anzahl der Taktimpulse S. an, die der Zähler 72 zählt, ehe er einen Ausgangsimpuls abgibt, v/ährend in Spalte 3 die jeweilige Anzahl an Taktimpulsen j angegeben ist, die der Ausgabezähler 76 vor \bgabe eines Ausgangs-

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_■:.:..-,- ': ·=: . ■ BAD ORiGINAt

impulses ziihlt. Beispielsweise kann der Eingabezähler 72 für eine Frequenzverschiebung von 2,0 so eingestellt v/erden, daß er für jeweils 99 zugeführte Taktimpulse einen Ausgangsimpuls liefert, Avährend der Ausgabeziihler 76 dann so eingestellt ist, daß er für ,je 197 empfangene Taktimpulse einen Ausgangs impuls erzeugt (wobei ebenso ein zweites Viertepaar S. ^ 143 und 8 ^; 295 verwendet v/erden kann). Nachdem derEingabezähler 72 mit ')9 Taktimpulsen gespeist worden ist, wird in jedes erste Flio-Flop ffl der Schieberegister GO - 64 ein erstes Informations-bit eingespeist. Nach dem 100. Taktimpuls wird die in dem ersten Flip-Flop ffl gespeicherte Information zu dem zweiten Flip-Flop ff2 verschoben. Nach dem 3 01. Taktimpuls wird die Information des Flip-Flops ff2 an das nächstfolgende Flip-Flop ff3 abgegeben. Die anschließenden Taktimpulse bringen das Informations-bit schließlich bis zu dem letzten Flip-Flop ff49 und danach wieder zu dem Flip-Flop ffl zurück. Beim Auftreten dos 197. Taktimoulses befindet sich das bit in dem Flip-Flop ff49, und der Ausgabeznhler 76 liefert seinen ernsten Ausgangsimpuls, so daß die Information des Flip-Flops ff49 an den D-A-Wandler «10 abgegeben wird. Nach dem unmittelbar anschließenden 198. Taktimpuls erzeugt der Eingabezähler 72 einen zweiten Ausgangsimpuls, so daß ein zweiter Wert in den Speicher eingeführt wird. Nach dem 296. Taktimpuls wird ein weiterer Wert eingegeben, wobei der zuvor gespeicherte zweite 'V'ert nicht ausgegeben wird, bis der 394. Taktimpuls auftritt. Allgemein ist das Verhältnis 3 /S. -= S.., und um sicherzustellen, daß ein in das Flip-Flop ffl eingespeistes bit von dem letzten Flip-Flop axisgegeben wird, muß gelten S - S. = aN, worin a eine ganze Zahl und N die Anzahl in den einzelnen Schieberegistern gespeicherter bits ist.

Das frequenzverschobene Sprachsignal wird für eine Zeitdauer T. alle 49,5 /usec (99 Taktimpulse χ 0,5 /usec je Taktimpuls) abgetastet, bis der Speicher auf seine Kapazität aufgefüllt ist. Da die Ausgabe gleichzeitig mit der Eingabe erfolgt, gilt T_L = N/ (f.-f ). Nach Auffüllung des Speichers 37 gilt für die für die Ausgabe erforderliche Zeit Ty = N/f_Q. Das frequenzverschobene Sprachsignal wird-während der Zeit Ϊ abgetastet, und die Abtastwerte werden.in der gleichen Reihenfolge, in der sie eingegeben wurden,

D ü 9 8 U / 1 3 6 3

BAD ÖftlGfNAL

- 12 - .

während eines Zeitabschnittes T_ + T_TT ausgegeben.

J-· U

Für das betrachtete Beispiel wird nachstehend eine Zusammenstellung der gewählten und errechneten Werte gegeben (wobei bei den Berechnungen jeweils auf das nächste Zehntel abgerundet wurde):

Frequenzverschiebung EL· 2

Anzahl von bits N im Schieberegister .................. 49

Taktfrequenz f 2 MHz

^c _#
Taktdauer 0,5 yusec

S₁ 99

S 197

Eingabefrequenz f. = f /S. 20,2 kHz

Ausgabefrequenz f = f /S_ · 10,1 kHz

1 Eingabe je 49, 5/usec

1 Ausgabe je 98, 5yusec

Zeit T_T für die Auffüllung des Speichers 4,8 msec

Li

Zeit T_TI für die Entleerung des vollen Speichers ....... 4,8 msec

Das zugeführte Sprachsignal wird für die Zeitdauer T_L abgetastet, und die aufeinanderfolgenden Abtastsignale werden über den Zeitabschnitt T_T + T_TT gespreizt. Diese Verhältnisse sind grafisch mit

ii U

dem Diagramm A der Fig. 4 veranschaulicht. Der sich von dem Zeitpunkt T_ bis zu dem Zeitpunkt T- erstreckende Block 90 entspricht einer Gruppe aufeinanderfolgender Abtastsignale desSprachsignals, die in den Speicher eingegeben werden. Zum Zeitpunkt T₁ ist der Speicher bis auf seine Kapazität aufgefüllt, so daß der Eingang für einen Zeitabschnitt T« gesperrt wird, έ /usec nach dem Zeitpunkt T_Q beginnt die Ausgabe der mit einem Block 90' des Diagramms B der Fig. 4 dargestellten Abtastsignale, die bis über den Zeitpunkt T₁, zu dem der Speicher aufgefüllt ist, hinaus andauert, bis der letzte Wert der ersten Gruppe ausgegeben worden ist. Es ist daher ersichtlich, daß die Gruppe der -während des Intervalls zwischen dem Zeitpunkt T_Q und dem Zeitpunkt T₁ in den Speicher eingegebenen Abtastsignale während des zwischen den Zeitpunkten T_ + ο (wobei c vernachlässigbar klein ist) und Tp liegenden Zeitabschnittes ausgegebenivird. Zum Zeitpunkt T„ wird der

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' vorangegangene Ablauf wiederholt, so daß im Ausgangssignal praktisch keine Diskontinuitäten auftreten. Die Zeitverzögerung kann gewünschtenfalls beispielsweise mit Hilfe zusätzlicher Schaltungslogik, die die Auffüllung des Speichers 37 vor dessen vollständiger Entleerung beginnen läßt, eliminiert werden.

Das Diagramm A zeigt, daß das frequenzverschobene Sprachsignal während der Perioden T nicht abgetastet wird. Obwohl dadurch die Auflösung des Ausgangssignals etwas herabgesetzt wird, wird dennoch eine verständliche Umsetzung des ursprünglichen frequenzverschobenen Sprachsignals erzielt. Die Arbeitsfrequenzen sind so gewählt, daß die ausgelassenen bzw. nicht abgetasteten Teile des frequenzverschobenen Sprachsignals zu kurz sind, um Silben enthalten zu können, und daß andererseits jede Gruppe mit Abtastsignalen lang genug dauert, um mehrere Perioden der Sprachfrequenzen einzuschließen.

Damit ist ein Gerät beschrieben worden, das sich zur Entzerrung von "HeIium"-Sprache eignet und aus herkömmlichen Schaltelementen aufgebaut werden kann, die sich etwa in Form integrierter Schaltungen herstellen lassen, so daß man ein kompaktes, bequem von einem Taucher mitführbares Gerät erhält.

Patentansprüche;

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Claims

• M Λ Λ

- 14 -

Patent an sprüche

Gerät zur Umsetzung eines frequenzverschobenen Sprachsignals, gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme von Digitalinformation geeigneten Speicher (37), einen dem Speicher (37) vorgeschalteten A-D-Wandler (29) für die Umwandlung des analogen Sprachsignals (10, 12», 14·, 16») in Digitalform sowie einen dem Speicher (37) nachgeschalteten D-A-Wandler (4O) für die Rückwandlung der abgetasteten Signale in Analogform sowie einen Steuerkreis (31), der über einen ersten Ausgang den A-Dr-Wandler (29) so steuert, daß dessen Ausgang den Speicher (37) mit einer ersten Frequenz (f.) mit einer Gruppe (90) aufeinanderfolgender, in Digitalform umgewandelter Abtastsignale speist, und der über einen zweiten Ausgang den D-A-Wandler (40) so steuert, daß die aufeinanderfolgenden Abtastsignale den Speicher (37) in der Reihenfolge ihrer Eingabe als Gruppe (90·) mit einer etwa um den Faktor S₁₁ der Frequenzverschiebung abweichenden zweiten Frequenz (f_Q) verlassen.

Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A-D-Wandler (29) von einem Sprachsignal beaufschlagt ist, für das der Faktor S_n der Frequenzverschiebung größer als Eins und dementsprechend die erste Frequenz (f.) größer als die zweite Frequenz (f ) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (37) Rückumlauf-Verzögerungsglieder aufweist und daß der Steuerkreis (31) den A-D-Wandler (29) einen ersten digi talen Zahlwert in die Rückumlauf-Verzögerungsglieder eingeben und den Speicher (37) diesen ersten Zahlwert nach Ausführung einer vorgegebenen Anzahl von Rückumläufen ausgeben läßt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Zahlwert η Binär-bits hat und daß die Rückumlauf-Verzögerungsglieder η einzelne Rückumlauf-Verzögerungsglieder für die , Aufnahme je eines der η Binär-bits enthalten.

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5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rückumlauf-Verzögerungsglieder von Schieberegistern (60 64) gebildet sind.

6. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der A-D-Wandler (29) für jedes Abtastsignal ein digitales Ausgangssignal mit η Binär-blts abgibt.

7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (31) während der Zeit, in der der erste digitale Zahlwert in dem Speicher (37) gespeichert wird, einen folgenden digitalen Zahlwert eingibt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (31) einen Taktgeber (70) aufweist, der mittels von ihm erzeugter Taktirapulse einen Eingabezähler (72), der nach je S. erhaltenen Taktimpulsen ein Ausgangssignal abgibt, sowie einen. Ausgabezähler (76), der nach je S Taktimpulsen ein Ausgabesignal liefert, speist, und daß dabei S. und S ganze Zahlen sind und das Verhältnis S /S. annähernd gleich dem Viert S.. ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Schalteinrichtung, um zu erfassen, wann der Speicher (37) voll ist und damit den Eingabezähler (72) daran zu hindern, ein Freigabesignal für die Eingabe weiterer Information in den Speicher (37) abzugeben, ehe der Speicher wieder entleert worden ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Vorwärts-Rückr/ärts-Zähler (80) enthält, der in Abhängigkeit von dem Eingabezähler (72) bei jeder Abgabe eines Freigabesignals für die Eingabe von Information in den Speicher einen Vorwärtszählschritt, bei jeder Abgabe eines Freigabesisnais für die Ausgabe von Information von dem Speicher (37) dagegen einen Rüekwärtszälilschritt ausführt und ein Vorbereitungs-Ausgangssignal .abgibt, solange er sich nicht im aufgefüllten Zustand befindet, und daß die Schalteinrichtung

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BAD ORIGINAL

ferner ein UND-Gatter (83) enthält, die die Taktimpulse des Taktgebers (70) während der Anwesenheit des Vorbereitungssignals zu dem Eingabezähler (72) gelangen läßt.

11. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem von dem Sprachsignal (10, 12·, 14·, 16») beaufschlagten A-D-Wandler (29) ein Bandfilter (24) für die Aussiebung derGrundwelle des zugeführten Sprachsignals vorgeschaltet ist. _f

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Summierglied (50) für die Überlagerung der ausgesiebten Grundwelle (10) und des von dem D-A-Wandler (40) abgegebenen Ausgangssignals vorgesehen ist.

KN/sch 3

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