DE19803760A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von gesprochenen Worten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von gesprochenen Worten, insbesondere zur Verwen­ dung in einem Telekommunikationssystem.

In Telekommunikationssystemen ist die Anzahl der erreichbaren Teilnehmer unter anderem durch die Übertragungsbandbreiten begrenzt. Insbesondere bei Mobilfunksystemen und Satelliten­ übertragungssystem limitiert die zur Verfügung stehende Band­ breite die Gesamtkapazität des Systems.

In derzeitigen GSM Mobilfunksystemen wird durch einen Trans­ coder die Datenrate der Gespräche reduziert. Dabei werden aus der Sprache die relevanten Anteile herausgefiltert und über­ tragen. Die redundanten Sprachanteile werden entfernt. Der Empfänger verfügt ebenfalls über einen Transcoder, der aus den übertragenen Parametern wieder das Sprachsignal rekon­ struiert.

Bei GSM Half Rate Sprachkanälen wird eine Reduktion der Da­ tenrate von ursprünglich 64 kbit/s (ISDN Standard) um einen Faktor von etwa 10 auf 6,5 kbit/s durchgeführt. Die heute üb­ licherweise genutzten Verbindungen, die GSM Full Rate Sprach­ kanäle, erreichen allerdings nur eine Reduktion auf 13 kbit/s, also einen Reduktionsfaktor von etwa 5. Eine weitere Reduktion der Daten von Sprachsignalen wird nicht erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von gesprochenen Worten bereitzustellen, mit dem eine verfügbare Übertragungsband­ breite effizienter genutzt wird. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Über­ tragung von gesprochenen Worten bereitzustellen, bei der bei gegebener Übertragungsbandbreite mehr Gespräche übertragen werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfah­ ren zum Übertragen von gesprochenen Worten in einem Telekom­ munikationssystem gelöst, wobei die gesprochenen Worte in Symbole transformiert werden, die zu einzelnen Buchstaben der gesprochenen Worte korrespondieren, und die Symbole empfän­ gerseitig in gesprochene Worte zurücktransformiert werden. Durch dieses Verfahren wird bei gegebener Übertragungsband­ breite die Datenrate der einzelnen Verbindungen reduziert, da ein Text einen deutlich geringeren Informationsinhalt hat, als dessen akustische Aufzeichnung. Durch die Übertragung von Symbolen anstatt akustischen Sprachparametern wird eine fort­ laufende Folge von Symbolen erzeugt, die zu dem gesprochenen Text korrespondieren. Diese Symbole, die den gesprochenen Text repräsentieren, nehmen deutlich weniger Daten ein, als Sprachsignale. Auf diese Weise kann bei gegebener Übertra­ gungsbandbreite ein Verfahren zur Übertragung von gesproche­ nen Worten bereitgestellt werden, bei der die Datenrate der einzelnen Verbindung reduziert ist.

Bei einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die gesprochenen Worte senderseitig oder an einem Kno­ tenpunkt des Telekommunikationssystems in Symbole transfor­ miert werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Er­ findung werden die Symbole vor der Übertragung komprimiert. Dadurch ist es möglich, die Datenreduktion nochmals zu erhö­ hen, indem die Symbole, die zu einzelnen Buchstaben der ge­ sprochenen Worte korrespondieren, nochmals - bevorzugt mit­ tels Software - datenreduziert werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Er­ findung werden die Symbole bei einem Empfänger in gesprochene Worte zurücktransformiert. Dies ist insbesondere dann vor­ teilhaft, wenn auf der Empfängerseite ebenfalls ein gespro­ chener Text gewünscht wird. Hierbei werden bevorzugt Sprech­ parameter genutzt, um die gesprochenen Worte bei einem Emp­ fänger in demselben Sprechrhythmus und mit derselben Sprach­ melodik wiederzugeben, wie der Text beim Sender ausgesprochen wurde.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Er­ findung sind die Symbole Schriftzeichen. Dadurch können die Symbole direkt verständlich den Text wiedergeben, der gespro­ chen wurde. Die Schriftzeichen können sich anstatt auf Buch­ staben auch auf Silben beziehen.

Bei einem weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung wer­ den die Symbole, insbesondere die Schriftzeichen beim Empfän­ ger angezeigt, insbesondere auf einem Display dargestellt. Dadurch ist es möglich, daß der Empfänger die gesprochene Nachricht lesen kann. Dies kann parallel zu einer Wiedergabe des gesprochenen Textes beim Empfänger auf einem Display ge­ schehen. Bevorzugt ist auf der Empfängerseite ein Display vorgesehen, auf dem die Schriftzeichen dargestellt werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Er­ findung werden die zu übertragenden Symbole zwischengespei­ chert und sind von dem Empfänger abrufbar. Dadurch kann eine Anrufbeantworterfunktion geschaffen werden, die ebenfalls mit einem geringen Speicherbedarf auskommt, da hier nicht die Sprachsignale an sich gespeichert werden müssen, sondern le­ diglich der zu übertragende Text mit den Sprechparametern. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen Anrufbeantwor­ terservice einzurichten, der mit einem geringeren Speicherbe­ darf auskommt, als dies bei Sprachaufzeichnungsdaten der Fall ist.

Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Telekommunikationssystem zur Übertragung von ge­ sprochenen Worten gelöst, das eine Sendeeinrichtung umfassend eine Spracherfassungseinrichtung, eine Interleavereinrich­ tung, eine Chiffriereinrichtung und einen Modulator und eine Empfangseinrichtung, umfassend eine Demodulator/Entzerrein­ richtung, eine Dechiffriereinrichtung, eine Fehlererkennungs­ einrichtung und eine Aufbereitungseinrichtung aufweist, wobei das Telekommunikationssystem mindestens einen Transcoder nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt. Auf diese Weise wird ein Telekommunikationssystem zur Übertragung von gespro­ chenen Worten bereitgestellt, bei dem die Datenrate der ein­ zelnen Verbindungen reduziert ist. Durch diese Datenreduktion der Sprachsignale ist die Kapazität des erfindungsgemäßen Te­ lekommunikationssystems gegenüber herkömmlichen Telekommuni­ kationssystemen deutlich erhöht. Ein Telekommunikationssystem kann ein Mobilfunknetz, ein Satellitenkommunikationssystem oder ein Festverbindungssystem, insbesondere ein Unterseeka­ bel umfassendes Kommunikationssystem sein. Die hier vorge­ schlagenen Kommunikationssysteme haben alle gemeinsam, daß ihre Übertragungsbandbreiten sehr teuer sind, weshalb sie so gut wie möglich genutzt werden sollten.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Telekommunikationssystem vorgesehen, bei dem der Trans­ coder in dem Telekommunikationssystem senderseitig oder an einem Knotenpunkt des Telekommunikationssystems vorgesehen ist, um das Kommunikationssystem kostengünstiger zu gestal­ ten.

Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Transcoder zur Ver­ wendung in einem Telekommunikationssystem gelöst, das minde­ stens eine Basisstation und mindestens eine Mobilstation um­ faßt und gesprochene Worte überträgt, wobei durch den Trans­ coder die gesprochenen Worte in eine Folge von Symbolen transformierbar sind, die zu einzelnen Buchstaben und/oder Silben der gesprochenen Wörter korrespondieren und/oder durch den Transcoder eine Folge von Symbolen, die zu einzelnen Buchstaben und/oder Silben der gesprochenen Worte korrespon­ dieren, in gesprochene Worte transformierbar sind. Auf diese Weise wird die Datenrate der einzelnen Verbindungen redu­ ziert, da eine Symbolfolge, insbesondere ein Text, einen deutlich geringeren Informationsinhalt als dessen akustische Aufzeichnung aufweist. Bei dieser Art der Datenreduktion von Sprachsignalen werden nicht akustische Sprachparameter über­ tragen, sondern Symbole, die den gesprochenen Text repräsen­ tieren. Der Transcoder nimmt folglich nicht nur eine Filte­ rung des akustischen Sprachsignals vor, sondern er erkennt die Wörter und Sätze, um daraus einen fortlaufenden Text zu erzeugen. Algorithmen zur Spracherkennung beziehungsweise Sprachsynthese sind bekannt, und solche Algorithmen werden bevorzugt in den Transcoder integriert. Mit dem erfindungsge­ mäßen Transcoder wird das Datenaufkommen drastisch reduziert.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ist ein Transcoder vorgesehen, bei dem die Symbole Schriftzeichen sind. Dadurch kann der Text mit den entspre­ chenden Schriftzeichen kodiert werden und als solcher bevor­ zugt verschlüsselt und/oder verschleiert an den Empfänger übertragen werden. Die Schriftzeichen können als solche beim Empfänger angezeigt werden. Bevorzugt kann ein solcher durch Schriftzeichen repräsentierter Text auch zwischengespeichert werden. Besonders bevorzugt ist ein solcher zwischengespei­ cherter Text durch den Empfänger abrufbar. Dadurch besteht der Vorteil für den Empfänger, daß er den Text nicht abhören muß, sondern ihn auch lesen kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung ist ein Transcoder vorgesehen, der eine Einrichtung zur Übermittlung von Sprechparametern aufweist, mit der zusätzliche Parameter aus den gesprochenen Worten er­ mittelbar sind, insbesondere mit der Parameter über Sprech­ lautstärke, Sprechgeschwindigkeit und/oder Stimmhöhe ermit­ telbar sind. Diese Parameter können mit dem Text übertragen beziehungsweise übermittelt werden und im Transcoder auf der Empfangsseite eingesetzt werden, um die Natürlichkeit des übertragenen Textes zu erhöhen. Der beim Empfänger wiederge­ gebene Text entspricht dann bezüglich der Sprechlautstärke, der Sprechgeschwindigkeit und/oder der Stimmhöhe dem ur­ sprünglich beim Sender gesprochenen Text.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegen­ den Erfindung ist ein Transcoder vorgesehen, der einen Syn­ thesizer, bevorzugt einen Sprachsynthesizer, aufweist. Hier­ durch kann insbesondere beim Empfänger aus dem Text und den Sprechparametern eine natürlich gesprochene Nachricht nachge­ bildet werden. Hierdurch gewinnt der wiedergegebene Text zu­ sätzlich an Natürlichkeit.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung ist ein Transcoder vorgesehen, der zu­ sätzlich eine Einrichtung zum Komprimieren der erhaltenen Symbole aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, den in der ersten Stufe reduzierten Datenfluß an Sprachsignalen zusätz­ lich zu komprimieren und dadurch eine nochmalige Datenreduk­ tion der Sprachsignale durchzuführen. Bevorzugt wird eine solche Komprimierung durch entsprechende Software bewerkstel­ ligt, die die Textdaten und/oder die Sprechparameter nochmals reduziert.

Im folgenden wird eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung an Hand von Fig. 1 erläutert, die eine schematische Darstellung der Signalprozeß-Funktionen eines Telekommunika­ tionssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.

Eine Sendeeinrichtung 20 umfaßt gemäß Fig. 1 eine Spracher­ fassungseinrichtung 22, einen Transcoder 10, eine Interlea­ vereinrichtung 24, eine Chiffriereinrichtung 26 und einen Mo­ dulator 28 für das Senden des Bitstroms.

Der Transcoder 10 kann netzseitig in der Basisstation oder an einem Knotenpunkt des Telekommunikationssystems angeordnet sein. Um Leitungskapazitäten zu sparen, sind die gegenwärtig bei Mobilfunksystemen genutzten Transcoder in aller Regel an einem Knotenpunkt, wo die Leitungen vieler Basisstationen an das Festnetz, in Deutschland beispielsweise Telekom, ange­ schlossen sind. Dadurch nutzt der Netzbetreiber die Leitungen zwischen den Basisstationen und dem Festnetz effizienter, was auch zu geringeren Kosten führt. Bei der Mobilstation ist selbstverständlich in jedem Fall ein Transcoder erforderlich.

Eine Empfangseinrichtung 30 umfaßt einen Demodulator/Entzerr­ einrichtung 40, eine Dechiffriereinrichtung 38, eine Deinter­ leavereinrichtung 36, eine Fehlererkennungseinrichtung 34, einen Transcoder 12 und eine Aufbereitungseinrichtung 32. Zu­ sätzlich kann die Sendeeinrichtung noch eine Fehlerschutzein­ richtung, insbesondere einen Kanalcodierer, aufweisen. Mit der Interleavereinrichtung 24 wird die Performance der Über­ tragung durch verschiedene Interleaver-Algorithmen verbes­ sert. Die Interleavereinrichtung kann auch eine Einrichtung für die Durchführung eines Diversity-Verfahrens, insbesondere einer Schmalbandspreizung sein, mit der eine zusätzliche Feh­ lerschutzmaßnahme auf der Funkstrecke realisiert werden kann. Als Chiffriereinrichtung 26 wird bevorzugt ein Encryptor ein­ gesetzt.

Die Empfangseinrichtung 30 umfaßt die entsprechenden Bau­ teile, mit denen der empfangene Bitstrom entsprechend wieder in die gesendete Information zurückübertragen werden kann. Als Dechiffriereinrichtung 36 wird beispielsweise ein Decryp­ tor eingesetzt, die Aufteilung der gespreizten Signale er­ folgt mit einem Deinterleaver. Als Fehlererkennungseinrich­ tung 34 wird beispielsweise ein Kanaldecodierer eingesetzt.

Das gesprochene Wort wird von der Sendeeinrichtung 20 verar­ beitet, an die Empfangseinrichtung 30 übermittelt und von der Empfangseinrichtung 30 wieder in einen Text zurückverarbei­ tet. Insbesondere wird das gesprochene Wort von der Spracher­ fassungseinrichtung 22, beispielsweise einem Mikrofon, erfaßt und an den Transcoder 10 weitergegeben. Durch den Transcoder wird das erfaßte gesprochene Wort in eine Folge von Symbolen, bevorzugt in Schriftzeichen, transformiert und als Text zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus werden auch erfaßte Sprechparameter wie Sprechgeschwindigkeit, -höhe oder -laut­ stärke erfaßt und zur Verfügung gestellt. Diese Daten, die weit weniger Umfang aufweisen, als es entsprechende sprachco­ dierte Daten würden, können dann an die Interleavereinrich­ tung 24 weitergegeben werden, um dort gespreizt zu werden. Ein Interleaver nimmt entsprechend vorbestimmten Verschachte­ lungsalgorithmen eine Spreizung der zu übertragenden Daten vor. Zusätzlich können Maßnahmen für den Fehlerschutz getrof­ fen werden, indem beispielsweise ein Kanalcodierer vorgesehen wird. Die so erhaltenen Daten werden daraufhin in der Chif­ friereinrichtung 26 chiffriert, wobei ein Encryptor vorgese­ hen ist. Der Bitstrom wird in dem Modulator 28 in ein HF-Si­ gnal umgesetzt und daraufhin gesendet.

In der Empfangseinrichtung 30 wird das empfangene Signal in der Demodulator/Entzerrereinrichtung 40 demoduliert bezie­ hungsweise entzerrt, beispielsweise in einem De-MUX. Damit ist das HF-Signal wieder als Bitstrom zur Verfügung gestellt. Das hierdurch zur Verfügung gestellt Signal wird an die De­ chiffriereinrichtung 38, einem Decryptor, übergeben und ent­ sprechend der Chiffrierung durch die Chiffriereinrichtung 26 dechiffriert und in der Deinterleavereinrichtung 36 einem Deinterleaving unterzogen. Das so erhaltene Signal wird an die Fehlererkennungseinrichtung 34 übergeben. In der Feh­ lererkennungseinrichtung 34, beispielsweise einem Kanaldeco­ dierer, wird das Signal überprüft und an den Transcoder 12 übergeben. Hier wird die Folge von Symbolen beziehungsweise der wiederhergestellte Text aufbereitet, um auf einem Display angezeigt zu werden. Der Transcoder 12 umfaßt einen Sprach­ synthesizer, der den Text und die Sprechparameter wieder in gesprochene Worte überträgt. Diese werden dann mittels der Aufbereitungseinrichtung 32, beispielsweise einem Lautspre­ cher, in gesprochene Worte umgesetzt.

Somit ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von gesprochenen Worten bereitgestellt, mit der das Datenauf­ kommen drastisch reduziert wird. Geht man im Rundfunk von etwa 900 Zeichen pro Minute - bei normaler Sprechgeschwindig­ keit - aus, so entspricht dies bei einer Kodierung mit 8 bit pro Zeichen einer Datenrate von 120 bit/s. Selbst bei einem Sicherheitszuschlag von 100% ergibt sich eine Gesamtübertra­ gungsrate von unter 500 bit/s.

Eine Datenübertragungsrate von 500 bit/s bedeutet gegenüber dem GSM Half Rate Speech Sprachkanal eine Kapazitätssteige­ rung um einen Faktor 13, gegenüber der ISDN Kanal Sprachkapa­ zität eine Steigerung um den Faktor 128.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es somit möglich, ein bestimmtes zur Verfügung stehendes Fre­ quenzband von mehr Teilnehmern nutzen zu lassen, als das bis­ her möglich war.

Claims (15)

1. Verfahren zum Übertragen von gesprochenen Worten in einem Telekommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die gesprochenen Worte in Symbole transformiert werden, die zu einzelnen Buchstaben der gesprochenen Worte korres­ pondieren, und daß die Symbole empfängerseitig in gesprochene Worte zurücktransformiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesprochenen Worte senderseitig oder an einem Knoten­ punkt des Telekommunikationssystems in Symbole transformiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole vor der Übertragung komprimiert werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole bei einem Empfänger in gesprochene Worte zurücktransformiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole Schriftzeichen sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole, insbesondere die Schriftzeichen, beim Emp­ fänger angezeigt werden, insbesondere auf einem Display dar­ gestellt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragenden Symbole zwischengespeichert werden und von dem Empfänger abrufbar sind.

8. Telekommunikationssystem zur Übertragung von gesprochenen Worten, umfassend eine Sendeeinrichtung (20) umfassend eine Spracherfassungseinrichtung (22), eine Interleavereinrichtung (24), eine Chiffriereinrichtung (26) und einen Modulator (28) und eine Empfangseinrichtung (30) umfassend eine Demodula­ tor/Entzerreinrichtung (40), eine Dechiffriereinrichtung (38), eine Deinterleavereinrichtung (36) eine Fehlererkennungsein­ richtung (34) und eine Aufbereitungseinrichtung (32) dadurch gekennzeichnet, daß das Telekommunikationssystem mindestens einen Transcoder (10, 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

9. Telekommunikationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transcoder (10) in dem Telekommunikationssystem sen­ derseitig oder an einem Knotenpunkt des Telekommunikations­ systems vorgesehen ist.

10. Transcoder zur Verwendung in einem Telekommunikationssy­ stem, das mindestens eine Basisstation und mindestens eine Mobilstation umfaßt und gesprochene Worte überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Transcoder (10) die gesprochenen Worte in eine folge von Symbolen transformierbar sind, die zu einzelnen Buchstaben und/oder Silben der gesprochenen Worte korrespon­ dieren und/oder durch den Transcoder (10) eine Folge von Symbolen, die zu einzelnen Buchstaben und/oder Silben der gesprochenen Worte korrespondieren, in gesprochene Worte transformierbar sind.

11. Transcoder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in dem Telekommunikationssystem senderseitig oder an einem Knotenpunkt des Telekommunikationssystems vorgesehen ist.

12. Transcoder nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole Schriftzeichen sind.

13. Transcoder nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Ermittlung von Sprechparametern vor­ gesehen ist, mit der zusätzliche Parameter aus den gesproche­ nen Worten ermittelbar sind, insbesondere mit der Parameter über Sprechlautstärke, Sprechgeschwindigkeit und/oder Stimm­ höhe ermittelbar sind.

14. Transcoder nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Transcoder (10) einen Synthesizer, insbesondere einen Sprachsynthesizer, aufweist.

15. Transcoder nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Einrichtung zum Komprimieren (13) der er­ haltenen Symbole vorgesehen ist.