DE2152280C3 - Sprach-Multiplex-Vorrichtung zur Mehrfachnutzung von Fernsprechkanälen - Google Patents

Description

2t 52 280

Systemen eine kleinere Bandbreite je Kanal erzielt werden. Es ist jedoch offensichtlich, daß bei solchen Anordnungen for die Sprachinterpolation eine Wirtschaftlichkeit der Übertragung nur während der Zeitspannen verwirklicht werden kann, in denen die Anzahl der Teilnehmer die Anzahl der Kanäle Qberschreitet, denn nur in solchen Zeiträumen werden stille Intervalle genutzt Gleichzeitig gibt dies jedoch Anlaß zu momentanem »Ausfrieren« wenn die Nachfrage nach verfügbaren Kanälen groß ist

Bei einem anderen Typ von Systemen zur Verminderung dpr Bandbreite wird die Bandbreite auf Kosten jedes einzelnen Gespräches anstatt auf Gruppenbasis vermindert, so daß die Bandbreite ohne Rücksicht auf die Anzahl der sprechenden Teilnehmer in einem beliebigen Augenblick erhalten bleibt Eines der ältesten Verfahren zur Verminderung der für die Übertragung eines einseinen Zwiegesprächs erforderlichen Bandbreite istin der US-PS 1336 824 (J. CSt ein berg, 15. Dezember 1931) offenbart Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Sprache aus zwei grundlegenden Geräuschtypen, nämlich aus Selbstlauten und Mitlauten besteht und daß das Sprachgeräusch eines Selbstlautes ein Energiespektrum hat, in dem im wesentlichen die ganze Energie durch Komponenten niedriger Frequenz übertragen wird, während andererseits ein Mitlaut ein Energiespektrum hat in dem im wesentlichen die ganze Energie durch Komponenten hoher Frequenz übertragen wird. Da diese zwei Geräusche unterschiedlicher Frequenz nicht gleichzeitig auftreten, werden nach Steinberg diese beiden Geräuschtypen auf Zeitbasis getrennt und eine Verminderung der Bandbreite wird dadurch erzielt, daß die Mitlautkomponenten niedriger Frequenz und die Selbstlaufkomponenten hoher Frequenz ausgeschieden werden. Dieses System ist zwar wirtschaftlich, führt jedoch leider zu einer Qualitätsminderung der übertragenen Sprache.

Ein anderes System zur Vermindertung der Bandbreite ist in US-PS 3158693 (J. L Flanagan, 24. November 1964) beschrieben, nach dem die Bandbreitenverminderung, wie bei TA.S.I. auf der Tatsache beruht, daß aktive Sprachausbrüche, die Silben oder Wörter darstellen, nur einen Teil der Gesamtzeit einnehmen, während der Rest des scheinbar fortlaufenden Redeflusses in Wirklichkeit aus stillen Intervallen besteht Nach Flanagan wird die Bandbreite vermindert, indem die Sprachausbrüche in zwei Frequenzbänder, ein hohes und ein niedriges, zerlegt werden und von diesen das eine sofort übertragen und das andere verzögert wird und schließlich der Vorgang am anderen Ende reversie^rt wird. Dieser Typus einer Anordnung erfordert jedoch häufig den Verzicht auf Teile des Frequenzbandes, die die erwarteten verzögerten Teile überschreiten, so daß die Sprachqualität leidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese angedeuteten Nachteile herkömmlicher Systeme der beschriebenen Typen zu beseitigen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mit der Vorrichtung zum Erzeugen der Datenbitfolge und der Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes gekoppelte Einrichtung zum Auf' teilen der vorherbestimmten Bitfolge in Abhängigkeit von den tätigen Sprechquellen und zum möglichst gleichmäßigen Verteilen der Datenbitzeiten auf die aktiven Kanäle.

Die Erfindung übet windet den hohen Bandbreitenbedarf für digitalisierte Sprechkanäle durch Verminderung der für eine gegebene Qualität der Sprachumwandlung

erforderlichen Bitfolge je Kanal

Die Erfindung schafft eine Anordnung des angedeuteten Typs, die nicht von einer Schwankung der Folge der Nachrichtenübermittlung abhängt, d, h., die Nachrichtenübertragungsfolge für einen beliebigen Kanal ist konstant

Dies wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung erzielt, die verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich ist und die aus herkömmlichen und leicht erhältlichen Bausteinen zusammengesetzt ist

Die Technik der asynchronen Mehrfachnutzung mit variabler Folge gemäß der Erfindung unterscheidet sich von allen oben beschriebenen Techniken und beruht auf einer Eigentümlichkeit des hörenden Menschen, die in diesem Zusammenhang bisher nicht bemerkt noch wirksam genutzt worden ist Im menschlichen Ohr werden Geräuschschwingungen in der Ohrmuschel gesammelt und dann durch Luft in dem Gehörgang weitergeleitet Das Trommelfell wird in Schwingungen versetzt und die mechanischen Auslenkungen werden durch kleinste, gelenkig verbundene Knöchelchen zu einem Durchlaß an der Basis der Schnecke übertragen, worauf die Schwingungen der Schnecke in dem Cortischen Organ in Nervenimpulse umgewandelt werden, das ein Komplex von Wahrnehmungszellen an der Bodsnmembran ist Die geringfügigen Schwingungen können wahrgenommen werden, wenn die Lymphe eine Verschiebung von kaum mehr als dem Durchmesser eines Wasserstoffatomes erfahrt

Die beschriebene Ansprechcharakteristik des menschlichen Ohres ist derart daß beim Hören der gefilterten Rekonstruktion einer Wellenform, von der Proben genommen wurden und mit einer schnell wechselnden Folge digitiert wurden, die Gehör-Gehirn-Kombination der rekonstruierten Wellenform eine Qualität zuschreibt, die annähernd äquivalent dem Durchschnitt der unterschiedlichen Qualitäten ist die den verschiedenen Schrittfolgen der Probenahme zugeordnet sind.

Die im folgenden beschriebene Erfindung nutzt diese Eigenschaft des Gehörs, und dies führt zu einer Technik, die weit weniger kompliziert als die oben beschriebenen Systeme ist und durch die für die Übertragung digitierter Sprache eine erhebliche Bandbreitenverminderung erzielbar ist

Abgesehen von den auffälligeren wirtschaftlichen Vorteilen dieser »VRAM«-Technik krankt das System gemäß der Erfindung nicht an den Unzulänglichkeiten der bekannten Systeme, bei denen eine Interpolation in den Sprechpausen vorgenommen wird. Ein Ausfrieren oder Beschneiden von Wörtern oder Sätzen, zu dem solche Systeme von Natur aus neigen, kann dort nur unter erheblichem Aufwand und unter erhöhter Kompliziertheit vermieden werden. Die Gefahr des Ausfrierens besteht bei dem System gemäß der Erfindung nicht, und Wörter und Sätze werden niemals in nennenswertem Maß beschnitten, noch gehen Wortoder Satzteile bei Belastung verloren. Infolgedessen erreicht das System gemäß der Erfindung eine Leistung mit hoher Qualität in unkomplizierter Weise und ist daher wirtschaftlich und vorteilhaft gegenüber bekannten Systemen, die auf die gleiche Wirkung abzielen.

Zur Erleichterung des Verständnisses des asynchronen Mehrfachnutzung mit variabler Schrittfolge sei ein System mit »/7« Kanälen angenommen, bei dem »n« Teilnehmer sprechen. Wie erwähnt, werden normalerweise nur 40% der Zeit von einer sprechenden Person zum Ausprechen von Wörtern aufgewendet und

erfordern die Umwandlung für die übertragung. Die restlichen 60% nehmen Pausen zwischen den Wörtern und Silben sowie das Zuhören ein. Durchschnittlich sprechen also in Wirklichkeit nur 0,4 η Teilnehmer in einem gegebenen Augenblick.

In einem digitalisierten System muß die Sprache jedes Teilnehmers in ein digitales Format umgewandelt werden. Bei dem Sprechsystem gemäß der Erfindung werden nun die Stimmwandler nicht mit unveränderlicher Schrittfolge getaktet, sondern mit veränderlichen in Schrittgeschwindigkeiten, die genügend rasch wechseln, so daß das menschliche Ohr und Gehirn die einzelne Probenahmegeschwindigkeit nicht feststellen kann, sondern lediglich die Gruppen- oder Durchschnittsqualität wahrnimmt Es hat sich gezeigt, daß eine is Probenahmegeschwindigkeit, die sich in Zeitabständen von I ms ändert, dem Wahrnehmungsvermögen des

dazu führt, daß das Mittel gebildet wird.

Bei dem »VRAM«-Sprechsystern ist die Probenahmegeschwindigkeit für jeden Modulator eine Funktion der Anzahl der Teilnehmer in einem beliebigen gegebenen Augenblick. In einem System mit 10 Kanälen können von 0 bis 10 Teilnehmer sprechen, die durchschnittliche Anzahl (die sich aus der obigen Formel ergibt) ist jedoch :> vier. Wenn nur ein Teilnehmer spricht, ist sein Modulator mit einer Schrittgeschwindigkeit getaktet, die dem gesamten Datenfluß (der Bitfolge), geteilt durch 1 gleich ist. Der Datenfluß ist die Anzahl der Bits je Sekunde, die für die digilierte Umwandlung aller die \o Gruppe bildenden Sprechkanäle (in diesem Fall 10) verfügbar ist. Wenn während eines nachfolgenden Augenblickes gleichzeitig acht Personen sprechen, so ist die Probenahmegeschwindigkeit für jeden der entsprechenden acht Modulatoren der gesamte Datenfluß geteilt durch 8.

Daraus ergibt sich für den Fachmann, daß die Kanäle in wiederkehrenden Zeitabständen durch Signalabfühlschaltungen abgetastet werden müssen, um festzustellen, welche Kanäle sich in Benutzung befinden. Wie oben erwähnt, sind Intervalle von 1 ms ausreichend kurz, um eine durchschnittliche Qualität zu gewährleisten. Die gleichen Intervalle sind auch genügend kurz, um sicherzustellen, daß keine bedeutsame Sprachnachricht zwischen den Abtastvorgängen verlorengeht.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. la und Ib sind schematische Blockdiagramme zur Veranschaulichung des VRAM-Senders und des VRAM-Empfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines digital kompandierten Delta-Sigma-Modulators, der in dem betreffenden Kästchen in F i g. 1 verwendet werden kann;

Fig.3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines stimmbetätigten Schalters zur Verwendung gemäß der Erfindung;

Fig.4 veranschaulicht schematisch in Blockform einen einstellbaren Ringzähler zur Verwendung bei dem Sender gemäß F i g. la;

Fig.5 ist eine Einzelheit der Formatregister zur Verwendung bei der AusfOhrungsform gemäß F i g. 1 a und Ib;

Fig.6 veranschaulicht schematisch einen digital 6s kompandierten Delta-Sigma-Demodulator zur Verwendung in dem Empfänger gemäß F i g. 1 b, und

F i g. 7 veranschaulicht die Beziehung der logischen Zeitsteuerung zwischen T₁, Ti, T₃, Ta und C in Fig. la und Fig. Ib.

Zur Veranschaulichung einer AusfOhrungsform der Erfindung wurde eine spezifische Schaltungsanordnung ausgewählt, die auf der Technik der digital kompandierten Delta-Sigma-Modulation beruht; es ist jedoch »1 bemerken, daß die dargestellten Anordnungen lediglich als Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform zu verstehen sind.

Gemäß Fig. ta und Ib werden die Signale von Sprachquellen 1 bis N (nicht dargestellt) zunächst in zugeordnete Signalformerkreise 101 bis iONeingeführt, die in herkömmlicher Weise die Nachricht durch Eingangsvorverzerrung, Amplitudenbegrenzung und Filtern gesondert in dem gewünschten Frequenzbereich trennen. Die von den betreffenden Signalformungsschaltungen ausgehenden Signale werden den Analog-Digi'.al-Konvertern 20! bis 20Λ/ zugeführt. Bei Her bevorzugten Ausführungsform sind die Analog-Digital-Umsetzer Delta-Sigma-Modulatoren vom digital kompandierten Typ, die durch Taktimpulse gesteuert sind, die vom einstellbaren Ringzähler 30 geliefert werden und an den betreffenden Konvertern erscheinen.

Um zu bestimmen, welche Sprechsignalquellen sich im Betrieb befinden, ist mit jedem Umsetzer ein stimmbetätigter Schalter 401 bis 4ON verbunden. Es ist also zu '>hen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die stimmbetätigten Schalter nicht direkt von der ankommenden Welle steuerbar angeschlossen sind, sondern die Kompandierungsschleife des Delta-Sigma-Modulators genutzt wird. Ein Beispiel ein«:s solchen Modulators ist in F i g. 2 gezeigt. F i g. 2 zeigt einen Delta-Sigma-Modulator. in dem ein Spannungspunkt (abbestellt, der der durchschnittlichen Amplitude der Sprachhüllkurve folgt. Die Spannung an diesem Punkt ist zweiweggleichgerichtet, so daß sie eine ideale Spannung zur Nutzung bei der Bestimmung des Vorhandenseins oder des Fehlens eines Sprachsignals darstellt Der Spannungspunkt (a) wird als Zapfstelle für die Speisung eines stimmbetätigten Schalters verwendet, von dem F i g. 3 ein Beispiel zeigt. Es handelt sich um eine herkömmliche Schaltanordnung mit einem über einen Kegelwiderstana R\ voreingestellten Schwellenwert Die Spannung (a) wird einem Schalter zugeführt, der aus Transistoren Q, und Qt sowie einem WC-Filter besteht Dieser Typ einer Schalterausbildung bietet von Natur aus den Vorteil, daß der Schalter infolge eines eingehenden Lärmgeräusches allein nicht eingeschaltet bleibt Das Ausgangssignal einer logischen Vergleichsschaltung 33 ist in herkömmlicher Weise derart eingerichtet d 3 es niedrig ist wenn die Spannung (a) den voreingestellten Schwellenwert überschreitet, wodurch angezeigt wird, daß ein Sprachsignal vorhanden ist

Die Ausgänge der stimmbetätigten Schalter (deren je einer jedem Umsetzer zugeordnet ist und), die als logische Ausgänge bezeichnet werden können, speisen die auslösbaren Speicher eines einstellbaren Ringzählers 30. Ein Beispiel eines solchen Ringzählers ist in F i g. 4 gezeigt Einmal in jeder Millisekunde steuert ein Taktimpuls T₁ die Speicherfallen 501 bis 5ON an und ermöglicht die Speicherung der ihnen von dem zugeordneten stimmbetätigten Schalter 401 bis 4OW dargebotenen Nachricht ht Der primäre Ausgang »<?« der Speicher wird in herkömmlicher Weise durch negierte UND-Gatter π (NAND gates) zur Bildung eines Ringzählers mit Flip-Fk>p-Schaltungen 601 bis 6OA/genutzt, die den aktiven Kanälen entsprechen. Die dargestellte Anordnung ist ein herkömmlicher Ringzäh-

ler, dar derart angeordnet lit, daB, wenn ein Speicher bzw. Schalter (latch) einen flieht aktiven Kanal anzeigt, die betreffend« FUpflopOshaltung Ml bis MA/ wirksam aus der Ringanordnung abgezogen wird, wie dies bei Betrachtung der PI g. 4 zu erkennen ist

Zu Beginn jeder Millisekunde stellt ein Zeitsteue· runir*feefehl 71 slmtllche Filp-Flop-Sehaitungen des Rings vor ein. Vorzugsweise fahrt zu diesem Zeitpunkt der Zeltsteuerungsimpuls bzw. Taktimpuls Ti einen »niedrigen« Zustand hl die erste Flip-Flop'Schaltung des Ringes, beginnend von 601, ein, deren Speicher anzeigt, daB der zugeordnete Kanal sich in Tätigkeit befindet. Weitere Zeitsteuerungsimpulse T₃ bewirken, daß der eingeführte niedrige Zustand der Reihe nach durch die aktiven Stufen der Flip-Flop-Schaltungen 601 ... 60/V hindurchgeführt wird. T₃ erscheint mit der Schrittfolge des Systems, jedoch wird zu jedem /Men Bitzeitpunkt ein Impuls ausgelassen. Dieser »fehlende« impulse wird in der Pufferschaltung für die Unterbringung von Format- und Synchronnachrichten genutzt. Der andere Ausgang ~Q der Flip-Flop-Schaltungen gestattet die Anschaltung bzw. Aktivierung der Gatter »0« durch den »niedrigen« Zustand, die in herkömmlicher Weise die Zulieferung der Taktimpulse zu den zugeordneten aktiven Delta-Sigma-Modulatoren ermöglichen.

Um zu gewährleisten, daB die Delta-Sigma-Modulatoren bereit sind, auf die Sprachsignale anzusprechen, sind die Schalter bzw. Speicher SOl ... 50Λ/ derart angeordnet, daß, wenn ein Speicher anzeigt, daß der zugeordnete Delta-Sigma-Modulator kein Sprachsignal empfängt, dieser Modulator die Impulsfolge T₃ empfängt, so daß er, wie angedeutet, ungefähr auf Erdpotential genullt bleibt

Die Speicher bzw. Schalter des einstellbaren Ringzählers sind auch derart angeordnet daß sie das Formatregister 31 speisen, das eingehender in Fig.5 gezeigt ist Das Formatregister 31 ist ein herkömmlicher Baustein vom Typ des Parallel-Serien-Schieberegisters für die Aufnahme der Nachricht über den Betriebszustand des betreffenden Kanals vom Ringzähler 30 bei Auftreten einp« Ilj«fphU«ignalc mn H*r Zcitste'jsruü;;;-logik 35. Das Synchronregister 32 ist ein weiterer herkömmlicher Baustein vom Typ des Parallel-Serien-Schieberegisters, der bei Auftreten eines Befehles von den Zeitsteuersignalen 7} und Cc einen »hart-gedrahteten« (hardwired) Synchronisierungscode empfängt der anschließend in dem Empfänger für Bildsynchronisierungszwecke verwendet wird Die Format- und Synchrondaten werden bei Auftreten eines weiteren Befehls von der logischen Zeitsteuerungsschaltung zeitgerecht in die Kombinator-Pufferschaltung 33 eingeführt

Der Kombinatorteil der Kombinator- und Pufferschaltung 33 besteht aus herkömmlichen digitalen Schaltungsbausteinen einer Parallel-Serien-Gatteranordnung, bei der die Datenbits aus den aktiven Modulatoren (Analog-Digital-Umsetzern) in zeitlicher Reihenfolge in einem seriellen Datenfluß gebracht und anschließend der PufferschaJtung zugeführt werden. Die Pufferschaltung besteht aus zwei Registern, in deren einem die aufeinanderfolgenden Datenimpulse zusammengesetzt werden und in deren anderem die Format- und Synchrondaten zusammengesetzt werden. Diese beiden Datenblocks werden getaktet aus dem System herausgeführt, wobei vorzugsweise die Synchron- und Formatdaten den Daten des Analog-Digital-Umsetzers vorangehen. Diese Tätigkeit die die herkömmliche wirtschaftliche Verfahrensweise der Umwandlung vor Datenströmen einer Datenanordnung in einen Daten strom einer anderen Datenanordnung lsi, verschiebt di< ineinandergeschachtelte Anordnung von Analog-Digital* und Format'Synehrondaien in eine Datenblockanordnung for die Übertragung. Die verschachtelte Anordnung Ist ursprünglich erforderlich, um eine ir vernünftigen Grenzen gleichmäßige Taktimpulsfolge 2t den Analog'Digital-UfflMtzern und somit eine Umsetzung guter Qualität aufrechtzuerhalten, Die Format und Synchrondaten, für deren Unterbringung durch Benutzung des /Men Datenbits der Wellenform 7j ir der bereits beschriebenen Weise gesorgt wurde, werden über die Pufferschaltung derart umgeordnet, daß sie zeitlich vor den Analog-Digital-Umsetzerdaten auftreten. Der Fachmann erkennt, daß der Empfänger durch diese Maßnahme in die Lage versetzt wird, die Formatdaten dazu zu verwenden, daß er sich der jeweiligen Kombination aktiver Kanäle des Übertragungssystems anpaßt bevor er die Kanaldaten empfängt Die logische Zeitsteuerungsschaltung 35 ist eine herkömmliche Impulsformungsschaltung, die von dem Taktgeber 36 des Systems angetrieben ist. Die Beziehung zwischen den Ausgängen Ti, T₂. T₃ und Γ< dieser Schaltung ist in F i g. 7 veranschaulicht.

Soweit das beschriebene System sich herkömmlicher Bauteile bedient deren jeder für sich zwar in herkömmlicher Weise funktioniert die jedoch derart angeordnet sind, daß sie in neuer Art gemäß der Erfindung zusammenwirken, wurden die Schaltungen nicht eingehend erläutert sondern es wurden geeignete Beispiele von Bauteilen der in Rede stehenden Kategorie gezeigt So zeigt Fig.2 beispielsweise als bevorzugte Einrichtung zum Umsetzen der analogen Sprechnachricht in Digitaldaten einen digital kompandierten Delta-Sigma-Modulator.

Fig. Ib veranschaulicht wie der Fachmann erkennt, die Inverseschaltung oder Empfangsschaltung zum Wiederumsetzen der ineinander verschachtelten, in die richtige zeitliche Reihenfolge gesetzten, digital kornpandierten Delta-Sigma-Signale in analoge Signale. Ein crttAl »in«

modulators zur Verwendung in einem Empfänger gemäß der Erfindung ist in Fig.6 gezeigt. Wie zu erkennen, arbeitet der Empfänger gemäß der Erfindung (VRAM-Empfänger) umgekehrt wie der Sender, die der Reihe nach eingehenden, verschachtelten Signale werden entflochten (dekombiniert) und in der Pufferschaltung 40 gespeichert und den Demodulatoren 701 ... 7OA/ (in diesem Fall Digital-Analog-Umsetzern) zugeführt wo sie den Signalformerschaltungen 801 ... 8OA/ unter der Steuerung des einstellbaren Ringzählers 30* und Formatregisters 31' zugeführt werden. Die Einrichtungen, die sowohl im Sender als auch im Empfänger die Ereignisse in die richtige Reihenfolge bringen, bestehen aus dem Systemtaktgeber, der logischen Zeitsteuerungsschaltung und der Kombinator-(bzw. Dekombinator-) und Pufferschaltung. Diese Schaltungsanordnung besteht aus herkömmlichen Zählwerken, Decodierern bzw. Demodulatoren und Schieberegistern.

Wie der Fachmann ebenfalls erkennt ist es erforderlich, den Sender und Empfänger auf Normzeitbasis zu verriegeln. Die Schaltungsanordnung hierfür besteht aus herkömmlichen Synchronisierungsschaltungen sowohl für die Bilder als auch die Bits, die, wie in F i g. 1 b gezeigt m einer Schaltung angeordnet sind.

Der Bitsynchronisator 39 nimmt aus dem ankommen-

den DatenfiuÖ die Systemtaktsignal· C, auf. Eine solche Schaltungsanordnung wird in herkömmlicher Weite durch die Anwendung der normalen phasenttarren Schleifentechnik erglfat Der Bikhynchronlsator Jt ist aus herkömmlichen Digiutvergleichüehalturigen aiii* sammengesem. Wenn du von dem Sender gesendete Synchronisierungscodewoft durch den Blldsynchronisator hindurchgeht, zeigt die Digitalvergleichssehaltung du Vorhandensein den Synehronleierungiworte* an, indem sie an die Zeiuteuerungilogik einen Impuls sendet, der den Umpt&figet ätlf der fichtigen Zeitbasis festlegt Sollte die Bildsynchronisierungsschaltiing nach Abtastung einer bestimmten Zeitlücke während einer genügenden Zeitspanne das Synchronisierungscodewort nicht finden, verschiebt sie ihre Abtastzeit um eine Bitperiode, so daß eine Abtastung des Datenflusses erfolgt, die es der Bildsynchronisierungsschaltung gestattet, das Synchronisierungscodewort aufzufinden

uiiu >ii«.ii UHi au! «ui«.u>M<fi«iit«.ii· numubni bullion mti

Bildsynchronisierungsschaltung 38 herkömmlicherweise zusätzliche Digitalschaltungen zum Schutz gegen Fehlsynchronisierung (Aufschaltung auf zufällige Daten, die dem Synchroncodewort zufällig ähnlich sind) sowie Schaltungen zum Schutz gegen unerwünschten Synchronisierungsverlust (Verlust der Synchronisierung infolge .von Geräuschen), die die Identifizierung des Syhchrondecodewortes stören.

F i g. 7 veranschaulicht die Formen und die zeitliche Abstimmung. Es ist ersichtlich, daß Ti und C_c mit der einzigen Abweichung übereinstimmt, daß im ersteren jeder P-te Impuls herausgenommen ist, um die Format- und Synchrondaten unterzubringen. T* ist, wie gezeigt, ein Impuls mit zwei Pegeln; beim niedrigen Pegel gestattet T₄ das Einführen von Aktivitätsdaten in das Formatregister, während es auf dem hohen Pegel die Verschiebung der Daten in das Datenregister der Kombinator- und Pufferschaltung gestattet.

Bei einer typischen Betriebsweise würde die Sprache jedes Teilnehmers durch den der betreffenden Sprachquelle zugeordneten digital kompandierten Delta-Sigma-Modulator in ein Digitalformat umgewandelt. Wie erwähnt, ist die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme durch den Delta-Sigma-Modulator schnell veränderbar, und die Qualität der Sprachumwandlung folgt dieser Schrittgeschwindigkeit Je höher die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme ist, um so besser ist die Qualität Wenn beispielsweise die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme von Millisekunde zu Millisekunde zwischen 20 kBd (kbs) und 30 kBd wechselt, beträgt die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme im Durchschnitt 30 kBd. Die Qualität, die das menschliche Gehör wahrnimmt, würde ungefähr der Qualität entsprechen, die ein Modulator bei einer konstanten Meöfolge von 3OkBd liefert Dies wire allerdings nur annähernd richtig, da die Qualität des Modulators keine rein lineare Punktion der Schrittgeschwindigkeit der Probenahme s ist

Wenn angenommen wird, däd im Durchschnitt vier Personen sprechen, ist die durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit der Probenahme für einen beliebigen der Modulatoren annähernd gleich der gesamten Datenfolge (die eine Punktion der an den einstellbaren Ringzähler angelegter) AntftebsltHpUlse Ut) geteilt durch vier. Wenn also die gesamte Datenfolge 120 kBd beträgt, beträgt die durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit der Probenahme für die Modulatoren 120.4-3OkBd.

Die in Benutzung befindlichen Kanäle werden durch die Signalfühlschaltungen in Abständen von jeweils I ms ermittelt Um den Empfänger in die Lage zu

wird die jede Millisekunde erhaltene Kanalzustandsnachricht (ob in Benutzung oder nicht) ebenfalls in jeder Millisekunde einmal übertragen. Diese Kanalzustandsnachricht würde aus einem Formatbit für jeden Kanal zuzüglich einer beliebigen gegebenenfalls erforderli-

chen Codierung, die von der umgebungsbedingten Fehlergefahr abhängt, bestehen. Die Formatbits bezeichnen den Zustand jedes Kanals (z. B. bedeutet 1 »in Benutzung« und 0 »frei«). Es werden also je Millisekunde η Formatbits zuzüglich der Codierungsbits gesendet Zusätzlich würden in jeder Millisekunde 5 Synchronisierungsbits übertragen. Wird nun angenommen, daß 5 Codierungsbits für ein System mit 10 Kanälen ausreichen und daß 5 Bits für Synchronisierungszwecke ausreichen, dann ist die gesamte Aus-

gangsbitfolge die Summe aus Datenfolge, Formatbitfolge, Codierungsbitfolge und Synchronisierungsbitfolge, d.i. 120+10+5 + 5-140 kBd.

Teilt man nun die gesamte Bitfolge von 140 kBd durch die Anzahl der Kanäle, so erhält man für jeden Kanal eine durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit von 14 kBd. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dp β jeder Kanal etwa eine Qualität liefert, die annähernd gleichwertig derjenigen ist, die ein kompandierter Delta-Sigma-Modulator beim Betrieb mit einer kon stanten Schrittgeschwindigkeit von 30 kBd liefert Es ist ferner zu ersehen, daß die augenblickliche Probenahmeschrittgeschwindigk t für einen Kanal zu keinem Zeitpunkt unter 120/10= 12 kBd sinkt und daher kein Ausfrieren bzw. kein absoluter Verlust an Daten zu befürchten ist

Die obige Beschreibung ist rein beispielhaft und daher in keiner Weise beschränkend aufzufassen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche; schaltung der tätigen Kanäle, wobei die Abtastschrittfolge der einzelnen tätigen Kanäle von der Zahl der tätigen Kanäle abhängt.

1. Sprach-Multiplex-Vorrichtung bzw. Vorrichtung zur Mehrfachnutzung von Sprachkanälen zur Verwendung im Verein mit mehreren Spracheingangsquellen, und mit einer mit den Spracheingangsqueilen verbundenen Einrichtung zum Ermitteln ihres Tätigkeitszustandes, einer Einrichtung zum Umwandeln der analogen Sprechwellenformen von den Quellen in digitale Daten und einer Einrichtung zum Erzeugen einer vorherbestimmten Datenbitfolge, gekennzeichnet durch eine mit der Vorrichtung zum Erzeugen der Datenbitfolge und der Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes gekoppelte Einrichtung zum Aufteilen der vorherbestimmten Bitfolge in Abhängigkeit von den tätigen Sprechquellen und zum möglichst gleichmäßigen Verteilen der Datenbitzeiten auf die aktiven Kanäle.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung zum Verschachteln der den einzelnen aktiven Quellen zugeordneten digitalen Daten in eine fortlaufende Impulsreihe;

b) eine Einrichtung zum Erzeugen von Kennungen zut Identifizierung der aktiven Quellen und

c) eine Einrichtung zum Verschachteln der Kennungen in die fortlaufende Impulsreihe.

3. Vorrichteng nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Empfänger mit mehreren Ausgängen mit je einer jedem Ausgang zugeordneten Einrichtung zum Wiederumwanddn digitaler Sprechwellenformen in analoge Daten und eine Einrichtung zum einzelnen Zuordnen der Quellen zu den Ausgängen in Abhängigkeit von den Kennungen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ferner eine Einrichtung zum Verteilen der empfangenen fortlaufenden Impulsreihe an die Digital-Analog-Umsetzungseinrichtungen aufweist

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verteilen der verfügbaren Datenbitzeiten auf die tätigen Kanäle folgende Teile aufweist: Einen Ringzähler, eine mit dem Ringzähler gekoppelte Einrichtung für die Impulsgabe an den Ringzähler mit der Datenbitfolge, eine Einrichtung zum Koppeln der Umsetzereinrichtung an die einzelnen Stufen des Zählers zum Takten desselben und eine Einrichtung zum Umgehen bzw. Überbrücken von Zählerstufen, die untätigen Umsetzern zugeordet sind, so daß der Ringzähler zwischen den aktiven Quellen mit der Datenbitfolge zirkuliert

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umsetzer ein digital kompandierter Delta-Sigma-Modulator ist.

7. Verrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes der Sprechquellen je einen mit jedem der Delta<Sigma*Modulatoren und den Stufen des Ringzählers zum Steuern der Umgehung derselben gekoppelten, stimmbetätigten Schalter enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für die Abtastung mit variabler Schrittfolge und für die asynchrone Mehrfach- Die Erfindung betrifft eine Sprach-Multiplex-Vorrichtung bzw. Vorrichtung zur Mehrfachnutzung von Sprachkanälen zur Verwendung im Verein mit mehreren Spracheingangsquellen, und mit einer mit den Spracheingangsquellen verbundenen Einrichtung zum Ermitteln ihres Tätigkeitszustandes, einer Einrichtung zum Umwandeln der analogen Sprechwellenformen von den Quellen in digitale Daten und einer Einrichtung zum Erzeugen einer vorherbestimmten Datenbitfolge.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Mehrkanalbetrieb von Fernsprechkanälen, nämlich ein System zur Verminderung der für eine gegebene Sprachumwandlungsqualität erforderlichen Bitfolge je Kanal unter Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die im folgenden als VRAM (variable rate asynchronous multiplexing = asynchrone Mehrfachnutzung mit variabler Folge) bezeichnet wird.

Die Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit von Nachrichtenübermittlungssystemen werden seit langem von Bandbreitenrücksichten beherrscht Im Interesse einer wirtschaftlicheren Nutzung von Sprachübertragungsmedien sind bereits mehrere Verfahren zur Verminde- rung der für die Übertragung einer gegebenen gesprochenen Nachricht erforderlichen Bandbreite entwickelt worden. Es ist bekannt die stillen Intervalle (Pausen) zu nutzen, die die Energieausbrüche im Geräusch der normalen Rede trennen. Bei bekannten Systemen nach diesem Vorschlag wird die gesprochene Nachricht in die stillen Intervalle interpoliert, so daß bei einer gegebenen Frequenzbandbreite mehr Nachrichten übermittelt werden können. Zwei Beispiele solcher Systeme zur Verminderung der Übertragungskanal bandbreite durch Redeinterpolation sind in den US-PS 25 41932 (A. E. MeIhose, 13. Februar 1951) und 28 70 260 (R. G ü η t h e r, 20. Januar 1959) beschrieben. Generell sind diese Systeme unter der Bezeichnung T.A.S.I. (Time Assignment Speech Interpolation = Sprachinterpolation mit zeitlicher Zuordnung) bekannt. Den bekannten Systemen des beschriebenen Typs zur Verminderung der Bandbreite ist gemeinsam, daß ein Energieausbruch in dem Sprachsignal eines Teilnehmers in eine Zeitspanne eingeschoben wird, die mit einem stillen Intervall oder Hiatus in dem Sprachsignal eines anderen Teilnehmers zusammenfällt Da die zeitlichen Lücken je Leitungsseite nahezu 60% der verfügbaren Zeit darstellen — 50% entfallen auf das Zuhören und 10% auf Intervalle zwischen Wörtern und Sätzen — kann eine Anzahl von Übertragur gskanälen zwischen zwei Punkten eine erheblich größere Anzahl von Teilnehmern versorgen. Die Sprachinterpolationssysteme vermindern daher den Bedarf an Bandbreite für den Nachrichtenübermittlungsdienst zwischen zwei Punkten, da bei herkömmlichen Sprachübertragungssystemen die Zahl der Teilnehmer typischerweise die Anzahl der verfügbaren Kanäle nicht überschreiten kann. Anstatt dessen kann durch diesen Typ von