DE2313009A1 - Grundfrequenzermittlung mit ausblendung von subharmonischen der grundfrequenz - Google Patents

Grundfrequenzermittlung mit ausblendung von subharmonischen der grundfrequenz

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DE2313009A1 DE19732313009 DE2313009A DE2313009A1 DE 2313009 A1 DE2313009 A1 DE 2313009A1 DE 19732313009 DE19732313009 DE 19732313009 DE 2313009 A DE2313009 A DE 2313009A DE 2313009 A1 DE2313009 A1 DE 2313009A1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS OR SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L25/00Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
    • G10L25/90Pitch determination of speech signals

Description

  • Grundfrequenzermittlung mit Ausblendung der Subharmonischen der Grundfrequenz.
  • Zusatz zu VPA 70/6823 (Akt.z.P 20 62 589.2) Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signals, insbesondere eines Sprachsignals und Verfahren zur Unterscheidung eines stimmhalften von einem stimmlosen Laut sorcie Schaltungsanordnungen zur Durchführung dieser Verfahren.
  • Die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent besteht aus einer Laufzeitkette mit mehreren Stufen, aus Differenzverstärkern mit jeweils zwei Anschlüssen, aus Gleichrichteranordnungen, Summiergliedern, einem Abtastschalter, einer Vergleichsspannungsquelle, einem Vergleicher, einem Takte generator und einem Zähler, der durch den Vergleicher gesteuert bestirimte Takte des Taktgenerators zählt. Die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpaten. beruht auf dem Prinzip, den zeitlichen Abstand der einzelnen periodischen "Schzingungspaxete" zu messen, indem die Schwingung über einzelne, bestimmte Zeitabschnitte verzögert und dann die Differenz Zwischen der verzögerten und der unverzögerten Schwingung festgestellt, gleichgerlchtet, gespeichert und durch einen Schalter abgefragt wird. Die "Schwingungspakete" bestehen das bei aus einzelnen Sch.ringungen, deren Frequenz bei Sprachsignalen wesentlich über der im Bereich von etwa 70 Hz bs 300 Hz befindlichen Grundfrequenz liegen.
  • Die Erfindung betrifft also eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise Deriodischen Signals, insbesondere eines Sprachsignals, mit einer Laufzeitkette mit n Stufeij, mit Differenzverstarkern, die mit ihrem Jeweils ersten Eingang an die Ausgänge der Stufen.der Laufzeitkette angeschaltet sind und deren jeweils zweiter Eingang direkt mit dem Eingang der Låufzeitkette verbunden ist, mit Summiergliedern, die mit Masse verbunden sind und zumindest jeweils einen Kondensator enthalten und über eine Gleichrichteranordnung mit den Ausgängen der bifferenzverszarker verbunden sind, mit einem Abtastschalter, dessen feste Ar£-schlüsse mit den Kondensatoren der Su:nmierglieder verbunden sind, mit einem Vergleicher, dessen einer Eingang mit dem Ausgang ces Abtastschalters und dessen anderer sGang m lt einer Vergleichsspannungsquelle verbunden ist, mit einem Taktgenerator, dessen Takte den Abtastschalter steuern und mit einem Zähler, der die dem Abtastschalter zugeführten Takte zählt, nach Patent . ... ... (Akt.Z.: P 20 62 589,2).
  • Es ist bekannt, daß stimmhafte Laute aus einzelnen Schwingungspaketen bestehen, die sich mit der Periode der Grunafrequenz tl wiederholen. Bei vielen Übertragungsarten, eispielsweise bei der Telefonübertragung, wird der übertragene Frequenzbereich so weit eingeengt, daß die eigentliche Grundfrequenz stlmmhafter Laute nicht übertragen wird. Bei der weiteren Signalübertragung ergeben sich aadurch Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Grundfrequenz.
  • Die Bestimmung der Periode der Grundfreouenz t1, beispielsweise eines Sprachsignals, geht nach dem Hauptpatent so vor sich, daß das Sprachsignal verzögert und dann mit dem unverzögerten Sprachsignal verglichen wird. Zu diesem Zweck wird das Sprachsignal einer Laufzeitkette mit mehreren Stufen zugeführt, wobei es nach einer bestimmten Verzögerungszeit an den Ausgängen der einzelnen Stufen erscheint. Der Vergleich zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Sprachslgnal geschieht in Differenzverstärkernq die tnit ihrem jeweils ersten Eingang an die Ausgänge der einzelnen Stufen der Laufzeitkette angeschaltet sind und deren jeweils zweiter Eingang direkt mit dem Eingang der Laufzeitkette zur Zuführung des unverzögerten Sprachsignals verbunden sind. Nach dem Hauptpatent können weiterhin die Ausgänge der Differenzverstärker über Gleichrichteranordnungen mit Summiergliedern verbunden sein. Diese speichern für eine gewisse Zeit, beispielsweise 20 Millisekunden, die Differnezspannung zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Sprachsignal. Die Anschlüsse der einzelnen Summierglieder sind mit den festen Anschlüssen eines Abtastschalters verbunden, der die einzelnen Anschlüsse der Summierglieder im Rhythmus der Speicherzeit, also beispielsweise alle 20 Millisekunden mit dem einen Eingang eines Vergleichers nacheinander verhältnismäßig kurzzeitig verbindet. Die Speicherzeit darf dabei nur so lang sein, daß Grundfrequenzänderungen praktisch noch nicht oder nicht im wesentlichen Maße auftreten, da sonst Keßunsicherheiten möglich sind.
  • Der andere Anschluß des Vergleichers ist mit einer Vergleichsapannungsquelle verbunden. Der Abtastschalter wird durch die Takte eines Taktgenerators gesteuert, wobei ein Zähler die dem Abtastuchalter zugeführten Takte zählt, bis vom Vergleicher ein Minimum zwischen den zu verleichenden Spannungen festgestellt ist und der Zähler gestoppt wird.
  • Bei bestimmten Signalformen kann es nun geschehen, daß einzelne Subharmonische der Grundfrequenz des zu untersuchenden Signals deutlicher ausgeprägt sind als die eigentliche Grundfrequenz. In diesen Fällen treten beim Vergleich mehrere '!minima aur, als Grundfrequenz würde dann nur eine Subharmonische, also. ein Bruchteil der tatsächlichen Grundfrequenz erkannt werden. Damit können erhebliche Fehler bei der Grundfrequenzbestimmüng auftreten.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent so zu verbessern, daß auch bei ungünstigen Signalverläufen und dem Auftreten bestimmter uharmonischer der Grundfrequenz eine sichere Ermittlung der Grundfrequenz gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird gemaß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Gatter, ein Zwischenspeicher und eine digitale Ausolendschaltung vorgesehen sind, daß der eine Eingang des Gatter mit dem Ausgang des Vergleichers verbunden ist, daß der andere Eingang des Gabtes mit dem Ausgang der digitalen Ausblendschaltung verbunden ist, daß der Ausgang des Gatters mit einem Eingang des Zwischenspeich und mit dem Zähler verbunden ist, daß der andere Eingang des Zwischenspeichers mit einem Eingang der digitalen Ausblendschaltung und mit dem Ausgang des Zählers verbunden ist und daß der Ausgang des Zwischenspeichers mit dernj anderen Eingang der digitalen Ausblendschaltung und tqit dererdigitalen Ausgang für die Grundfrequenz verbunden ist.
  • Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber dem bekannten Stand der Technik liegt darin, das die eigentliche Grundfrequenz mit Sicherheit als solche erkannt wird, Wobei VC mieden wird, daß Subharmonische der Grundfrequen als eigentliche Grundfrequenz definiert werden. Dadurch wird verhindert, daß beispielsweise in Vocodersystemen das erzeugte Sprachsignal zwischen verschiedenen Stimmlagen hin und her springt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die digitale Ausblendschaltung nach Art eines an sich bekannten digitalen Rechners so eingerichtet, daß sie vom ersten Minimum ab d @jenigen Anzapfungen der Verzögerungsleitung bestirnt, die der zwei-und dreifachen Periodendauer der Grundfrequenz entsprechen und veranlaßt, daß diese Anzapfungen nicht berücksichtigt werden.
  • Eine derartig aufgebaute digitale Ausblendschaltung bietet gegenüber anderen In Frage kommenden öglichketten besondere Vorteile hinsichtlich ihres einfachen Aufbaues und der Übersichtlichkeit. Es ist natürlich möglich die digitale Ausblendschaltung so einzurichten, daß weitere Vielfache der Periodendauer der Grundfrequenz berücksichtigt werden.
  • Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. Dabei zeigt die Figur das Blockschaltbild einer Anordnung zur Ermittlung der Grundfrequenz nach der ErfIndung.
  • Die Figur enthält die Anoranung zur Ermittlung der Grundfrequenz nach dem Hauptpatent mit der erfindungsgemäßen Weiterbildung. Im einzelnen ist ein Eingang 8 für das wenigstens zeitweise periodische Signal vorgesehen, dessen Grundfrequenz bestimmt werden soll. Mit diesem Eingang 8 ist der Eingang eines Regelverstärkers V1 verbunden. der für eine konstante mittlere Aussteuerung der nachfolgenden Schaltung sorgt. Falls dIese konstante mittlere AussDeuerun ohnehin gegeben ist, kann dieser Regelverstärker entfallen.
  • Mit dem Ausgang des Regelverstärkers Vi oder mit dem Singang 8 ist der Eingang der ersten Stufe 71 der Laufzeitkette verbunden. Die weiteren Stufen der Laufzeitkette #2...#n sind entsprechend hintereinander geschaltet. Mit dem Ausgang jeder Stufe der Laufzeitkette ist der erste Eingang jeweils elnes Differenzverstärkers A1...An verbunden, der andere Eingang jedes der Differenzverstärker ist mit dem Ausgang des Regelverstärkers V1 oder mit dem Eingang 8 direkt verbunden und erhält so das unverzögerte Signal.
  • In jedem der i)ifferenzverstärker A1...An wird die Differenz zwischen dem unverzögerten Signal und dem Signal gebildet, das nach einer bestimmten, sich von Stufe zu Stufe steigernden Verzögerung am Ausgang der jeweiligen Stufe abgegeben wird.
  • Der Ausgang jedes der Differenzverstärker ist mit einer der Gleichrichteranordnungen G1...Gn verbunden, die vorzubsweise aus Doppelweggleichrichtern bestehen. An den Ausgang jeder der Gleichrichteranoranungen sind Summierglieder angeschlossen, die zurnindest aus jeweils einem Kondensator C1...Cn bestehen: in Parallelschaltung mit den Kondensatoren können Entladewlaerstände vorgesehen werden, aiese Widerstände können aber auch an anderer Stelle in der Schaltung auftreten. Die Widerstände können wie im vorliegenden Fall entfallen, wenn in anderer Weise für eine Entladung der Kondensatoren C1...Cn gesorgt wird.
  • Jedes der Summierglieder und damit jeder der Kondensatoren C1...Cn ist mit einem der festen Anschlüsse des Abtastschalters 5 verbunden. Durch die gestrichelt dargestellte Beitunn L1 soll angedeutet erden, daß der Abtastschalter 5 von dem mit dem Taktgenerator 4 verbundenen Zähler 6 gesteuert wird Die durch den Abtastschalter 5 von den Summiergliedern abgetasteten Spanrnrngen gelangen zu dem Eingang 71 des Vergleichers 7, der Eingang 72 des Vergleichers 7 ist mit einem Kondensator C , der hier nur als Slebkondensator wirkt und außerdem mit einer Vergleichsspannungsquelle Uri verbunden.
  • Die von dem Differenzverstärkern abgegebenen Differensspannungen werden über Gleichrichter zu Summiergliedern Sefinrt, dort gespeichert und stehen an den einzelnen Kontakten K1...Kn des Abtastschalters 5 zur Verfügung. Durch den Abtastschalter 5 werden die einzelnen Spannungen nacheinander dem einen Eingang 71 des Vergleichers 7 zugeführt, während der andere Eingang 72 des Vergleichers 7 eine Vergleichsspannung Ur1 erhält.
  • Ist die zu vergleichende Spannung gleich der Vergleichsspannung oder unterschreitet die zu vergleichende Spannung die Vergleichsspannung, tritt also ein VergleichsminI:nu:i- auf, darin gibt der Vergleicher 7 einen Impuls ab, der dem Zähler 6 und über das Gatter G dem Zwischenspeicher ZS zugeführt wird.
  • Bei Auftreten eines Vergleichsminimums wird durch das Ausgangssignal des Vergleichers 7 über das Gatter G der Zähler 6 gestoppt und der Zwischenspeicher ZS eingeschaltet. Nach Abstoppen des Zählers 6 gibt dieser über den Ausgang 9 das Zählergebnis an den Zwischenspeicher ZS und außerdem an die digitale Ausblendschaltung ABS. Die digitale Ausblendschaltung ABS errechnet die Anzapfungender Verzögerungskette und damit die Kontakte des Abtastschalters 5, an denen Subharmonische der Grundfrequenz auftreten könnten. Gibt beispielsweise der Verglel cher 7 bei der Stellung des Abtastschalters auf Kontakt K4 ein Ausgangssignal ab, so bedeutet dies, aaß eine Grundfrequenz von 235 Hz vorliegen kann. Die digitale Abbleneschaltung errechnet nun die Anzapfungen, die Frequenzen von 118 bzw. 77 Hz entsprechen und sperrt- das Abtasten der entsprechenden Kondensatoren C16 und C30/31, beziehungsweise der entsprechenden Kontakte des Abtastschalters 5. Diese Sperrung wird durch einen Ausgangsimpuls der digitalen Ausblendschaltung ABS bewirkt, der dem anderen Eingang des Gatters G zugeführt wird und dieses sperrt. Nach Abschluß der Messung erfolgt die Angabe der Grundfrequenz In digitaler Form arfl Ausgang 9' des Zwischenspeichers ZS. Dieser Ausgang ist außerdem mit einem weiteren Eingang der digitalen Ausblendschaltung ABS verbunden, bei der Abgabe der Grundfrequenz wIrd dadurch außerdem die digitale Ausblendschaltung ABS auf Null zurückgestellt.
  • Diese Form der Ermittlung der Grundfrequenz von wenIgstens zeitweise periodischen Signalen unter Ausblendung von Subharmonischen der Grundfrequenz ist außerdem mit weiteren I.Iethoden der Grundfrequenzermittlung kombinierbar, bei denen beispielsweise als Verg1eiclsspannung am Vergleicherelngang 72 zunächst eine feste VergleichsspannunG Ur1 und nach Feststellung des ersten und der weiteren Vergleichsminima die verglichene Spannung verwendet wird.
  • 2 Patentansprüche

Claims (2)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signals, insbesondere eines Sprachsignals, mit einer Laufzeitkette mit n Stufen, mit Differenzverstärkern, die mit ihrem jeweils ersten Eingang an die Ausgänge der Stufen der Laufzeitkette angeschaltet sind und deren jeweils eiter Eingang, direkt mit dem Eingang der baufzeitkette verbunden ist, mit Summiergliedern, die mit Masse verbunden sind und zumindest jeweils einen Kondensator enthalten und über eine Gleichrichteranordnung mit den Ausgängen der Differenzverstecker verbunden sind. mit eine: Abtastschalter, dessen feste Anschlüsse mit den Kondensatoren der Summierglieder verbunden sind, mit einem Vergleicher, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Abtastschalters und dessen anderer Ausgang mit einer Vergleichspannungsquelle verbunden ist, mit eine Taktgenerator, dessen Takte den Abtastschalter steuern und mit einem Zähler, der die dem Abtastschalter zugeführten Takte zählt. nach Patent . ... ... (Akt.Zch.: P 20 62 589.2), a a d u r c h g e k e n n z e l c h n e t daß ein Gatter (G), ein Zwischenspeicher (ZS) und eine digitale Ausblend--schaltung (ABS) vorgesehen sind, daß der eine Eingang des Gatters (G) mit dem Ausgang des Vergleichers verbunden ist, daß der andere Eingang des Gatters (G) mit dem Ausgang der digitalen Ausblendeschaltung verbunden ist, daß der Ausgang des Gatters (G) mit einem Eingang des Zwlschenspeicjiers (ZS) und mit dem Zähler (6) verbunden Ist, daß der andere Eingang des Zwischenspeichers mit einem EIngang der digitalen Ausblendschaltung (ABS) und mit dem Ausgang des Zählers (6) verbunden ist und daß der Ausgang des Zwischenspeichers (ZS) mit dem anderen Eingang der digitalen Ausblendschaltung (ABS) und mit dem dIgitalen Ausgang 9' für die Grundfrequenz verbunden ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß die digitale Ausblendschaltung nach Art eines an sich bekannten digitalen Rechners so eingerichtet ist, daß sie vom ersten Minimum ab aiejenigen Anzapfungen der Verzögerungsleitung bestimmt, die der vwei- und dreifachen Periodendauer der Grundfrequenz entsprechen und veranlaßt, daß diese Anzapfungen nicht berücksichtigt werden.
DE19732313009 1970-12-18 1973-03-15 Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Grundfrequenzermittlung mit Ausblendung der Subharmonischen der Grundfrequenz Expired DE2313009C2 (de)

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