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Grundfrequenzermittlung mit Ausblendung der Subharmonischen der Grundfrequenz.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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2 Patentansprüche