DE2345980C2

DE2345980C2 - Mehrfachausnutzung einer Laufzeitkette für eine Schaltungsanordnung zur Sprachauswertung

Info

Publication number: DE2345980C2
Application number: DE19732345980
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. 8000 München Kersten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-12
Filing date: 1973-09-12
Publication date: 1983-04-14
Also published as: DE2345980A1

Description

verzögert ist und daß über die Trennverstärker nacheinander jeder Ausgang der Stufen 10 bis 42 mit dem Anschluß für das Bezugssignal über den Trennverstärker und mit dem Eingang der Laufzeitkette direkt kombiniert ist und dadurch verzögerte Signale mit jeweils um einen halben Stufenwert steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 9,5 τ bis 42 τ entnehmbar sind.

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signals, insbesondere eines Sprachsignals, das durch Begrenzung des Frequenzbandes die Grundfrequenz nicht mehr enthält, und eine Ausgestaltung dieses Verfahrens zur Unterscheidung eines stimmhaften von einem stimmlosen Laut sowie Schaltungsanordnungen zur Durchführung dieser Verfahren. Eine der Schaltungsanordnungen nach dem Hauptpatent besteht aus einer Laufzeitkette mit mehreren Stufen, aus Trennverstärkern, die an die Ausgänge der einzelnen Stufen angeschaltet sind, aus Differenzverstärkern, deren einer Eingang mit dem Eingang der Laufzeitkette und deren anderer Eingang mit jeweils einem der Trennverstärker verbunden ist, aus Gleichrichteranordnungen, Summiergliedern, einem Abtastschalter, einer Vergleichsspannungsquelle, einem Taktgenerator und einem Zähler, der bestimmte Takte des Taktgenerators zählt.

Das Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signals nach dem Hauptpatent beruht auf dem Prinzip, den zeitlichen Abstand der einzelnen periodischen »Schwingungspakete« zu messen. Zu diesem Zweck werden dem Signal zur vorzugsweise äquidistanten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Proben entnommen und für eine vorbestimmte Zeit in den einzelnen Stufen einer Laufzeitkette gespeichert. Nach der Speicherung werden die Proben mit dem Eingangssignal unter Differenzbildung verglichen und dabei die kürzeste Zeitspanne zwischen der Entnahme der ersten Probe und dem Auftreten eines Minimalwertes bei der Differenzbildung festgestellt und diese Zeitspanne als Periode der Grundfrequenz 11 angenommen.

Die Laufzeitkette in den Schaltungsanordnungen nach dem Hauptpatent hat die Aufgabe, das Sprachsignal oder zumindest Teile davon für vorher festgelegte

Zeiten zu verzögern — also zu speichern. Zu diesem Zweck ist in den Schaltungsanordnungen nach dem Hauptpatent eine Laufzeitkette mit η Stufen vorgesehen, wobei die einzelnen Stufenausgänge mit Anschlüssen versehen sind, an die Trennverstärker angeschlossen sind. Für die gewünschte Zahl an Verzögerungsstufen ist eine entsprechende Zahl an Stufen der Laufzeitkette vorgesehen. Weiterhin sind bei der Laufzeitkette in der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent zusätzliche Stufen vorgesehen, die im

Signalweg vor den Stufen mit den Trennverstärkern angeordnet sind und eine festgelegte Grundverzögerung bewirken.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Schaltungsan

Ordnung zur Auswertung eines Sprachsignals mit einer mehrstufigen Laufzeitkette, an deren Eingang die Spannung des unverzögerten Sprachsignals anliegt und von deren Stufenausgängen jeweils über einen Trennverstärker um gleich große Zeitabschnitte verzögerte Signale abnehmbar sind nach einem der Ansprüche 4 bis 7 von Patent 20 62 589.

In der Laufzeitkette nach dem Hauptpatent ergibt jede einzelne Stufe eine Erhöhung der Verzögerungszeit um τ, so daß die Signalverzögerung stufenweise, also diskontinuierlich zunimmt Bei einer gewünschten Grundverzögerung von beispielsweise 1Or, einer maximalen Verzögerung von 42 τ und einzelnen Verzögerungsstufen von τ bedeutet dies, daß die Laufzeitkette über 42 Stufen verfugen muß, von denen 33 Stufen mit Anschlüssen für jeweils einen Trennverstärker versehen sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer bestimmten vorgegebenen Anzahl an Verzögerungsstufen den Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Zahl der Anschlüsse der Laufzeitkette und damit der Trennverstärker zu verringern oder entsprechend bei gleichem Aufwand eine größere Anzahl an Verzögerungsstufen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Verminderung der Anzahl der Trennverstärker bei einer fest vorgegebenen Anzahl von Verzögerungsstufen bzw. zur Erhöhung der Anzahl der Verzögerungsstufen bei einer fest vorgegebenen Anzahl von Trennverstärkern als Zeitbezugssignal für die einzelnen in der Laufzeitkette erzeugten verzögsrten Signale außer der am Eingang der Laufzeitkette anliegenden unverzögerten Spannung des Sprachsignals auch eine am Ausgang einer der Stufen der Laufzeitkette entstehende Spannung des verzögerten Sprachsignals Verwendung findet und daß diese Stufe im Signalweg vor den übrigen Stufen für die verzögerten Spannungen des Sprachsignals angeordnet ist.

Zwar ist es z. B. aus der DE-OS 20 21 126 bekannt, bei Spracherkennungsvorrichtungen eine mehrstufige Verzögerungseinrichtung zu verwenden, deren Ausgängen an mit unterschiedlichen Signalen beaufschlagbare elektrische Bauteile (z. B. Mischer, Verstärker, Gleichrichter) angeschlossen sind. Doch ist bei einer derartigen Verzögerungseinrichtung keine zahlenmäßige Einsparung dieser elektrischen Bauteile vorgesehen. Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt in der Mehrfachausnutzung einzelner Anschlüsse der Laufzeitkette und damit in der Einsparung derartiger Anschlüsse und der entsprechenden Trennverstärker.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß eine Laufzeitkette mit 42 Stufen vorgesehen ist und jede Stufe das Signal um die Zeit τ verzögert, daß die Ausgänge der Stufen 22 bis 42 mit Anschlüssen versehen sind, von denen über Trennverstärker das verzögerte Signal entnehmbar ist, daß der Ausgang der Stufe 21 mit einem Anschluß versehen ist, von dem über einen weiteren Trennversiärker ein Bezugssignal entnehmbar ist und dieser Ausgang mit den Ausgängen der Stufen 31 bis 42 nacheinander kombiniert ist und dadurch über die Trennverstärker ein verzögertes Signal mit stufenweise steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 10 τ bis 21 r entnehmbar ist, daß der Eingang der Laufzeitkette mit den Ausgängen der Stufen 22 bis 42 kombiniert ist und dadurch über die Trennverstärker verzögerte Signale mit stufenweise steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 22 τ bis 42 τ entnehmbar sind.

Bei dieser Variante der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden gegenüber dem Hauptpatent 11 Anschlüsse der Laufzeitkette und damit 11 Trennverstärker eingespart, wobei die Stufung der Verzögerungszeiten und der gesamte Verzögerungsbereich gleich bleibt

ίο Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ergibt sich dadurch, daß eine Laufzeitkette mit 42 Stufen vorgesehen ist und jede Stufe das Signal um die Zeit τ verzögert, daß die Ausgänge der Stufen 10, 12, 14 und jeder weiteren geradzahligen Stufe bis zur Stufe 42 mit Anschlüssen versehen sind, von denen über Trennverstärker das verzögerte Signal entnehmbar ist, daß der Ausgang der ersten Stufe der Laufzeitkette über einen Trennverstärker mit einem Anschluß für das Bezugssigna! verbunden ist und daß die Ausgänge der Stufen 10, 12, f4 bis 42 nacheinander jeweils mit dem Anschluß für das Bezugssignal und mit dem Eingang der Laufzeitkette kombiniert sind und dadurch verzögerte Signale mit jeweils um einen Stufenwert steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 9 τ bis 42 τ entnehmbar sind. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine besonders erhebliche Verringerung des Aufwandes, da fast die halbe Anzahl der Anschlüsse der Laufzeitkette und damit auch der Trennverstärker bei gleicher Stufung der Verzögerungszeiten und gleichem Verzögerungsbereich gegenüber der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent eingespart werden.

Eine weitere günstige Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ergibt sich dadurch, daß eine Laufzeitkette mit 42 Stufen vorgesehen ist und jede Stufe das Signal um die Zeit τ verzögert, daß die Ausgänge der Stufen 10 bis 42 mit Anschlüssen versehen sind, von denen über Trennverstärker das verzögerte Signal entnehmbar ist, daß in der Stufe 1 der Laufzeitkette ein Anschluß 53 vorgesehen ist, durch den über einen Trennverstärker ein Bezugssignal entnehmbar ist, daß um eine halbe Stufenverzögerung gegenüber dem Signal am Eingang verzögert ist und daß über die frennverstärker nacheinander jeder Ausgang der Stufen 10 bis 42 mit dem Anschluß für das Bezugssignal über den Trennverstärker und mit dem Eingang der Laufzeitkette direkt kombiniert ist und dadurch verzögerte Signale mit jeweils um einen halben Stufenwert steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 9,5 τ bis 42 τ entnehmbar sind.

Bei dieser Schaltungsanordnung ergibt sich bei nur unerheblich gesteigertem Aufwand eine wesentlich feinere Stufung der Verzögerungszeiten, die sich in einer wesentlichen Erhöhung der Meßgenauigkeit der gesamten Anordnung äußert.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. Dabei zeigt F i g. 1 den typischen Spannungsverlauf eines stimmhaften Lautes in unverzögerter und in unterschiedlich verzögerter Form,

F i g. 2 eine Laufzeitkette mit angeschlossenen Trennverstärkern nach dem Hauptpatent, F i g. 3 eine Laufzeitkette mit einem zusätzlichen, um 21 r verzögerten Bezugssignal,

F i g. 4 eine Laufzeitkette mit einem zusätzlichen, um τ verzögerten Bezugssignal und

F i g. 5 eine Laufzeitkette mit einem zusätzlichen, um

■ 0,5 τ verzögerten Bezugssignal.

Der in Fig. 1 bei a dargestellte typische Spannungsverlauf eines stimmhaften Lautes wurde bei der Erörterung des Hauptpatentes näher erläutert, bei b und c sind die gleichen Spannungsverläufe jedoch in unterschiedlich verzögerter Form dargestellt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es unerheblich ist, an welcher Stelle der Spannungsverläufe der Vergleich zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Signal erfolgt und daß folglich zum Vergleich das Bezugssignal nicht unbedingt am Eingang der Laufzeitkette, also bei einer Verzögerung von Null, abgenommen werden muß, sondern daß auch ein verzögertes Signal unter Einrechnung der Verzögerungszeit als Bezugssignal dienen kann.

Die Fig.2 zeigt die Laufzeitkette Z mit den angeschlossenen Trennverstärkern VlOl bis V133 nach dem Hauptpatent, bei der als Bezugssignal S das unverzögerte Eingangssignal verwendet wird und sich die Verzögerung des Signals an jedem der Anschlüsse der Laufzeitkette bzw. an den Ausgängen der Trennverstärker aus der Laufzeit von dem Eingang der Laufzeitkette bis zu dem jeweiligen Stufenausgang ergibt.

Die Verzögerungszeit τ in jeder Stufe der Laufzeitkette beträgt 0,3 ms, die Gesamtverzögerung der Laufzeitkette beträgt etwa 12,5 ms. Da im vorliegenden speziellen Fall Verzögerungszeiten unter 3 ms nicht interessieren, wurden die Anschlüsse der ersten neun Stufen der Laufzeitkette weggelassen und erst ab der zehnten Stufe jede Stufe mit Anschlüssen versehen und an diese einer der Trenn verstärker VlOl bis V133 angeschlossen.

Die F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einer Laufzeitkette mit 42 Stufen, wobei die Stufen 21 bis 24 mit Anschlüssen versehen sind und an diese Anschlüsse Trennverstärker V201 bis V222 angeschlossen sind. Diese Schaltungsanordnung nach der F i g. 3 gibt die verzögerten Signale mit den gleichen Verzögerungsstufen und dem gleichen Verzögerungsbereich wie die Anordnung nach der F i g. 2 ab. Während aber bei der Anordnung nach der F i g. 2 33 Anschlüsse und damit 33 Trennverstärker benötigt werden, sind es bei der Anordnung nach der F i g. 3 nur 22 Anschlüsse und damit 22 Trennverstärker. Dies wird dadurch erreicht, daß Signale mit den Verzögerungsstufen 10 τ bis 21 τ nicht durch Kombination des Eingangssignals der Laufzeitkette mit den Ausgangssignalen der Stufen 10 bis 21 gewonnen werden, sondern durch Kombination des Ausgangssignals der Stufe 21 als Bezugssignal 51 mit dem Ausgangssignalen der Stufen 31 bis 42. Aus der Fig.3 ist ersichtlich, daß ohne wesentliche Erhöhung des Aufwandes durch Kombination des Ausgangssignals der Stufe 21 mit den Ausgangssignalen der folgenden Stufen 22 bis 30 auch Signale mit kleineren Verzögerungszeiten als 10 τ entnehmbar sind, für den vorliegenden Fall der Sprachfrequenzauswertung ist dies jedoch nicht interessant, da Sprachgrundfrequenzen mit einer derart kleinen Periode, also einer Frequenz von über 300 Hz praktisch nicht auftreten.

Die Signale mit den Verzögerungsstufen 22 τ bis 42 τ werden entsprechend der Schaltungsanordnung nach der F i g. 2 durch Kombination des Eingangssignals der Laufzeitkette als Bezugssignal S mit den Ausgangssignalen der Stufen 22 bis 42 gewonnen.

F i g. 4 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einer Laufzeitkette mit ebenfalls 42 Stufen, die Signale mit den gleichen Verzögerungsstufen und dem gleichen Verzögerungsbereich wie die beiden vorstehend geschilderten Schaltungsanordnungen abgeben kann. Bei dieser Schaltungsanordnung sind nur an die Ausgänge 10, 12., 14., und jeder weiteren

lu geradzahligen Stufe bis zur Stufe 42 der Laufzeitkette Trennverstärker angeschlossen, während die Ausgänge der dazwischen liegenden Stufen nicht besonders herausgeführt sind. Durch Kombination mit dem Eingangssignal der Laufzeitkette als Bezugssignal S sind

zunächst Signale mit den Verzögerungsstufen 10 t, 12 τ, 14 _v h[c 42 τ entnehmbar. Zusätzlich ist aber der Ausgang der ersten Stufe der Laufzeitkette mit einem Trennverstärker V400 verbunden worden und gibt das zweite Bezugssignal S 2 ab. Durch Kombination der Ausgänge der Trennverstärker V401 bis V417mitdem Ausgang des Trennverstärkers V400 und damit der um 10 t, 12 t, 14 t verzögerten Signale mit dem um τ verzögerten Bezugssignal S 2 ergeben sich die um 9r, 11t, 13 t bis 41t verzögerten Signale. Mit dieser Anordnung nach der Fig.4 sind also bei gleichen Verzögerungsstufen und gleichem Verzögerungszeitraum wie bei den vorstehend aufgeführten Schaltungsanordnungen nur 18 Stufenanschlüsse und damit 18 Trennverstärker nötig.

Fig.5 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, bei der das Schaltungsprinzip nach der F i g. 4 benutzt wurde, um kleiner gestufte verzögerte Signale für genauere Messungen zu erhalten. Zu diesem Zweck sind die Anschlüsse der Ausgänge der Stufen 10, 11 bis 42 der Laufzeitkette mit Trennverstärkern V301 bis V333 verbunden und außerdem ist ein Anschluß in der ersten Stufe der Laufzeitkette vorgesehen, der mit dem Trennverstärker V300 verbunden ist und ein um 0,5 t verzögertes Bezugssignal abgibt. Falls aus schaltungstechnischen Gründen ein Anschluß in der ersten Stufe zur Abgabe eines um 0,5 τ verzögerten Bezugssignals nicht möglich ist, wird auch von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, zwischen dem Eingang der Laufzeitkette und dem Trennverstärker V300 eine zusätzliche Verzögerungsstufe vorzusehen, die ein um 0,5 τ verzögertes Bezugssignal abgibt. Durch Kombination der Signale an den Ausgängen der Trennverstärker V301 bis V333 mit dem Signal am Eingang der Laufzeitkette ergeben sich analog der Schaltungsanordnung in F i g. 2 um r gestufte verzögerte Signale. Durch zusätzliche Kombination der Signale an den Ausgängen der Trennversiärker V30! bis V333 mit dem Signal am Ausgang des Trennverstärkers V300, also mit dem um 0,5 τ verzögerten Bezugssignal 53, sind nun auch die um 9,5 r, 10,5 τ bis 41,5 τ verzögerten Signale entnehmbar, so daß sich insgesamt eine Stufung der verzögerten Signale um 0,5 τ ergibt Daraus ergibt sich eine Möglichkeit zu einer um eine halbe Stufe genaueren Messung der Sprachgrundfrequenz. Diese Möglichkeit

zur genaueren Messung erfordert gegenüber der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent nur unwesentlich erhöhten Aufwand; sie ist außerdem mit den vorher vorgestellten Schaltungsanordnungen nach der Erfindung kombinierbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung eines Sprachsignals mit einer mehrstufigen Laufzeitkette, an deren Eingang die Spannung des unverzögerten Sprachsignals anliegt und von deren Stufenausgängen jeweils über einen Trennverstärker um gleich große Zeitabschnitte verzögerte Signale abnehmbar sind nach einem der Ansprüche 4 bis 7 von Patent 2062589, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Anzahl der Trennverstärker (V) bei einer fest vorgegebenen Anzahl von Verzögerungsstufen (τ 1 ... τη) bzw. zur Erhöhung der Anzahl der Verzögerungsstufen bei einer fest vorgegebenen Anzahl von Trennverstärkern als Zeitbezugssignal für die einzelnen in der Laufzeitkette (L) erzeugten verzögerten Signale außer der am Eingang der Laufzeitkette anliegenden unverzögerten Spannung (O)des Sprachsignals auch eine am Ausgang einer der Stufen der Laufzeitkette entstehende Spannung des verzögerten Sprachsignals (S 1, S2, S3) Verwendung findet und daß diese Stufe im Signalweg vor den übrigen Stufen für die verzögerten Spannungen des Sprachsignals angeordnet ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laufzeitkette mit 42 Stufen vorgesehen ist und jede Stufe das Signal um die Zeit τ verzögert, daß die Ausgänge der Stufen 22 bis 42 mit Anschlüssen versehen sind, von denen über Trennverstärker (V202 ... V222) das verzögerte Signal entnehmbar ist, daß der Ausgang der Stufe 21 mit einem Anschluß (Si) versehen ist, von dem über einen weiteren Trennverstärker (V 201) ein Bezugssignal entnehmbar »st und dieser Ausgang mit jedem der Ausgänge der Stufen 31 bis 42 nacheinander kombiniert ist und dadurch über die Trennverstärker ein verzögertes Signal mit stufenweise steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 10t bis 21t entnehmbar ist, daß der Eingang der Laufzeitkette mit jedem der Ausgänge der Stufen 22 bis 42 kombiniert ist und dadurch über die Trennverstärker verzögerte Signale mit stufenweise steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 22r bis 42τ entnehmbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laufzeitkette mit 42 Stufen vorgesehen ist und jede Stufe das Signal um die Zeit τ verzögert, daß die Ausgänge der Stufen 10, 12,14 und jeder weiteren geradzahligen Stufe bis zur Stufe 42 mit Anschlüssen versehen sind, von denen über Trenn verstärker (V 401 ... V417) das verzögerte Signal entnehmbar ist, daß der Ausgang der ersten Stufe der Laufzeitkette über einen Trennverstärker (V400) mit einem Anschluß (52) für das Bezugssignal verbunden ist und daß die Ausgänge der Stufen 10, 12, 14 ... 42 nacheinander jeweils mit dem Anschluß (S2) für das Bezugssignal und mit dem Eingang der Laufzeitkette kombiniert sind und dadurch verzögerte Signale mit jeweils um einen Stufenwert steigender Verzögerung im Verzögerungsbereich von 9τ bis 42t entnehmbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laufzeitkette mit 42 Stufen vorgesehen ist und jede Stufe das Signal um die Zeit γ verzögert, daß die Ausgänge der Stufen 10 bis 42 mit Anschlüssen versehen sind, von denen über Trennverstärker (V301 ... V333) das verzögerte Signal entnehmbar ist, daß in der Stufe 1 der

Laufzeitkette ein Anschluß 53 vorgesehen ist, durch den über einen Trennverstärker ,Ύ300) ein Bezugssignal entnehmbar ist, das um eine halbe Stufenver- zögerungf— !gegenüber dem Signal am Eingang (O)