DE2701814B2

DE2701814B2 - Elektrischer Kanalvokoder

Info

Publication number: DE2701814B2
Application number: DE2701814A
Authority: DE
Inventors: Nico Valentinus Franssen; Karel Elbert Kuijk; Johannes Willem Arnhem Siebelink
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-18
Publication date: 1979-02-15
Also published as: GB1563628A; DE2701814A1; DE2701814C3; JPS5294004A; FR2339924A1; NL7600932A; US4086431A

Description

Die Erfindung betrifft«inen elektrischen Kanalvokoder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Kanalvododer mit Spracherregung zur

Verringerung der Bandbreite bei der Übertragung von Sprachsignalen, bei dem das Band niederfrequenter Anteile etwa bis 800 Hz reicht und die Teilbänder mit Hilfe einer Filterbank gewonnen werden, ist bekannt aus der US-PS 3030450. Darin können die Mittel zum Erzeugen des Erregungssignals für die hochfrequenten Anteile aus dem empfangenen Band niederfrequenter Anteile ein nichtlineares Netzwerk enthaken, dessen Ausgangssignal einem von einm Sägezahngenerator gesteuerten Impulsbreitenwandler zugeführt wird. Das Ausgangssignal dieses Wandlers wird einer Anzahl von Kanalmodulatoren zugeführt, denen auch die Steuersignale mit verringerter Bandbreite zugeführt werden. Die Ausgangssignale der Kanalmodulatoren werden unter Zwischenschaltung von Kanalfiltern zu einer genauen Wiedergabe des Bandes von hochfrequenten Anteilen der Originalsprache miteinander kombiniert.

Eine alternative Anordnung ist aus der US-Patentschrift 31 39 487 bekannt Diese enthält hintereinander einen Gleichrichter, einen Differentiator, eine Filterbank und einen an jedes Filter der Filterbank angeschlossenen Amplitudenbegrenzer oder einen Kreis mit automatischer Verstärkungsregelung. Die Ausgangssignale der Amplitudenbegrenzer bzw. der Kreise mit automatischer Verstärkungsregelung werden den Kanalmodulatoren zugeführt, denen auch die Steuersignale mit verringerter Bandbreite zugeführt werden. Die Ausgangssignale der Kanalniodulatoren werden auf dieselbe Art und Weise, wie in der US-Patentschrift 30 30 450 beschrieben wurde, kombiniert

Für ein einwandfreies Funktionieren dieser Vokoder ist es von Bedeutung, daß das Frequenzspektrum des Erregungssignals flach verläuft. Die obenstehend beschriebenen Anordnungen liefern nur eine Annäherung eines flachen Spektrums, die übrigens noch von der Art des nichtmodifizierten niederfrequenten Teils des Sprachsignals abhängig ist.

Weiter ist es zum einwandfreien Funktionieren dieser Vokoder von Bedeutung, daß die Kanalmodulatoren über einen bereiten dynamischen Bereich von etwa 60 dB eine lineare Übertragungskennlinie aufweisen.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen Kanalvokoder mit Spracherregung zu schaffen, in dem das Erregungssignal kein flaches Spektrum zu haben braucht, wodurch eine einfache nichtlineare Verarbeitung des nicht modifizierten niederfrequenten Teils des Sprachsignals ausreicht und wobei die Kanalmodulatoren keine lineare Übertragungskennlinie zu haben brauchen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet s

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kanalvokoders,

F i g. 2 ein Schaltbild einer Anordnung zum Erzeugen eines Steuersignals mit verringerter Bandbreite für ein Teilband zur Verwendung in der Sendestelle des Systems nach F ig. 1,

Fig.3 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Anordnung zum Erzeugen eines Steuersignals mit verringerter is Bandbreite.

Der Kanalvokoder nach Fig. 1 enthält eine Sendestelle 1 und eine^ Empfangsstelle 2, die aber einen Fernsprechkanal 3 mit einer verringerten Bandbreite miteinander verbunden sind.

In der Sendestelle wird das Sprachsignal dem Eingang 4 zugeführt und vom Filter_5 und von den Filtern 6 bis U der Filterbank 12 in ein Band niederfrequenter Anteile von 300 bis 800 Hz und in ein Band hochfrequenter Anteile mit Frequenzen über 800 Hz aufgeteilt

Das Band niederfrequenter Anteile (Basisbandsignal) wird nicht modifiziert zur Empfangsstelle übertragen, und dazu ist der Ausgang des Filters 5 unmittelbar an den Multiplexer 13 angeschlossen.

Das Band hochfrequenter Anteile des Sprachsignais ab 800 Hz wird durch die Filter 6 bis 11 der Filterbank 12 in eine Anzahl (sechs) Teilbänder aufgeteilt

Für jedes Teilband des Sprachsignals wird ein Steuersignal mit einer verringerten Bandbreite von etwa 25 bis 50 Hz erzeugt Diese Steuersignale werden durch die Anordnungen 14 bis 19 dem Multiplexer 13 zugeführt

Der Multiplexer 13 überträgt das Basisbandsignal und die Steuersignale in einem Band von etwa 1000 Hz zur Empfangsstelle 2.

Der Demultiplexer 20 der Empfangsstelle 2 liefert an den Ausgängen das Basisbandsignal und die sechs Steuersignale.

Das Basisbandsignal wird einer Anordnung 21 zugeführt, die durch eine nichtlineare Verarbeitung des Basisbandsignals ein Erregungssignal mit hochfrequenten Anteilen erzeugt Diese nichtlineare Verarbeitung kann beispielsweise aus einer Gleichrichtung des Basisbandsignals mit einer nachfolgenden Differenta- so tion bestehen.

Das Erregungssignal wird durch die Filter 22 bis 27 der Filterbank 28 in eine Anzahl Teilbänder aufgeteilt. Diese Filterbank entspricht der Filterbank J2~ der Sendestelle.

Die Teilbänder des Erregungssignals werden den Kanalmodulatoren 29 bis 34 zugeführt denen auch die entsprechenden Steuersignale mit verringerter Bandbreite zugeführt werden. Das Ausgangssignal eines Kanalmodulators bildet die Rekonstruktion des entsprechenden Teilbandes des originalen Sprachsignals.

Die Zusammenfiigungsanordnung 35 fügt das Basisbandsignal mit den rekonstruierten Teilbändern des hochfrequenten Teils des Sprechsignals zur Bildung einer Wiedergabe des originalen Sprachsignals am Ausgang 36 zusammen.

Die Verbesserung dieses Kanalvokoders besteht darin, daß in der Sendestelle 1 Anordnungen 14 bis 19 vorgesehen sind, die ein Steuersignal erzeugen, das ein Maß für das Verhältnis zwischen der Leistung in einem Teilband der hochfrequenten Anteile des Sprachsignals und der Leistung im entsprechenden Teilband eines Bezugssigwals ist das dem Erregucgssignal der Empfangsstelle 2 entspricht

Die Sendestelle T enthält eine Anordnung 37, die der Anordnung 21 der Empfangsstelle 2 entspricht

Der Anordnung 37 wird das Basisbaneisignal zugeführt, wodurch am Ausgang ein Bezugssignal mit hochfrequenten Anteilen entsteht das dem Erregungssignal der Empfangsstelle entspricht

Das Bezugssignal wird durch die.Filter 38 bis 43 der Filterbank 44, die der Filterbank 28 der Empfangsstelle 2 entspricht in sechs Teilbänder aufgeteilt _

Das ,Ausgangssigna] eines Filters der Filterbank 12 und das Ausgangssigna] des entsprechenden Filters der Filterbank 44 wird einer der Anordnungen 14 bis 19 zugeführt

Die Anordnungen 14 bis 19 erzeugen ein Steuersignal mit verringerter Bandbreite, das ein Maß für das Verhältnis der Leistung in einem Teilband des Sprachsignals und der Leistung im entsprechenden Teilband des Bezugssignals ist

Eine Ausführungsform der Anordnungen 34 bis 19 ist in F i g. 2 dargestellt

In F i g. 2 wird das Teilband des Sprachsignals dem Eingang 45 und das Teilband des Bezugssignals dem Eingang 46 zugeführt

Das Teilband des Sprachsignals wird vom Gleichrichter 47 gleichgerichtet und danach über ein Tiefpaßfilter 48 einem Differenzverstärker 49 zugeführt Am Ausgang des Differenzverstärkers wird das Steuersignal mit verringerter Bandbreite gebildet

Das Teilband des Bezugssignals wird in einem Multiplizierer 50 mit dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 49 multipliziert und danach über ein Tiefpaßfilter 52 einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 49 zugeführt

Die Regelschleife, die durch die Elemente 49, 50,51 und 52 gebildet wird, hat die Neigung, die Ausgangsspannung des Filters 52 der Ausgangsspannung des Filters 48 gleich zu machen.

Wenn das Signal im Teilband des Sprachsignals durch A cos HV und das Signal im Teilband des Bezugssignals durch B cos WV dargestellt wird, erscheint am Ausgang des Differenzverstärkers 49 ein dem Wert A/B proportionales Signal.

Die Tiefpaßfilter 48 und 52 haben dieselbe Grenzfrequenz von etwa 25 bis 50 Hz, wodurch das Steuersignal, das vom Differenzverstärker 49 erzeugt wird, ebenfalls eine (verringerte) Bandbreite von 25 bis 50 Hz hat.

Wenn U\ und U₂ die Signale darstellen, die dem Multiplizierer 50 zugeführt werden, kann für die Übertragungsfunktion des Multiplizierers folgendes geschrieben werden:

U₃ = CUi ■ U₂,

wobei Ceine Konstante ist.

Durch Verwendung eines sogenannten exponentiellen Multiplizierers kann die logarithmische Kompression des Steuersignals verwirklicht werden.

Für die Übertragungsfunktion dieses exponentiellen Multiplizierers läßt sich Folgendes schreiben:

U₄= QUt
in der Ci und C₂ Konstanten sind.

Mit den Gleichstellungen:
U₁ = B

U₂ = Ausgangssignal des Differenzverstärkers 49 und unter Anwendung der Tatsache, daß die Regelschleife dazu neigt, die Amplitude von Ui gleich A zu machen, führt zu:

U₂ = C₃InAZB + G,

wobei C₃ und O, Konstanten sind.

Die Verwendung von Steuersignalen mit einer logarithmischen Kompression in bezug auf das Verhältnis der Leistungen in den entsprechenden Teilbändern des Sprachsignals und des Bezugssignals hat den deutlichen Vorteil, daß zur Übertragung des Steuersignals ein kleinerer dynamischer Bereich in der Übertragungsstrecke ausreicht. Wenn eine Übertragung in digitaler Form gewählt wird, sind weniger Bits pro Sekunde notwendig, um die Steuersignale zu übertragen. Andererseits kann bei einer gegebenen Bitgeschwindigkeit eine genauere Übertragung über einen großen dynamischen Bereich des Leistungsverhältnisses verwirklicht werden.

Die Verwendung eines exponentiellen Multiplizierers in der Anordnung nach F i g. 2, die eine Ausführungsform der Anordnungen 14 bis 19 nach Fig.! ist, führt zwangsläufig dazu, daß jiie Kanalmodulatoren 29 bis 34 in der Empfangsstelle 2 ebenfalls vom exponentiellen Typ sind.

Diese Kanalmodulatoren erhalten als Eingangssignal U\ das Teilband des Erregungssignals, obenstehend durch B cos Hy dargestellt, und als Eingangssignal U₂ das Steuersignal mit verringerter Bandbreite, das dem Wert In A/B proportional ist, so daß das Ausgangssignal Ui dem Wert A cos WV proportional ist, wie dies erwünscht ist.

Fig.3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Anordnungen 14 bis 19 der Sendestelle 1 des Kanalvokoders nach Fig. 1. In dieser Ausführungsform wird ebenfalls eine logarithmische Kompression des

Leistungsverhältnisses verwirklicht.

Das Teilband des Sprachsignals wird dem Eingang 53 und das Teilband des Bezugssignals dem Eingang 34 zugeführt.

Das Teilband des Sprachsignals wird vom Gleichrichter 55 gleichgerichtet, danach vom Tiefpaßfilter 56 gefiltert und weiterhin über einen logarithmischen Verstärker 57 einem Eingang des Differenzverstärkers 58 zugeführt.

Das Teilband des Bezugssignals wird vom Gleichrichter 59 gleichgerichtet, danach vom Tiefpaßfilter 60 gefiltert und weiterhin über einen logarithmischen Verstärker 61 einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 59 zugeführt.

Die Tiefpaßfilter haben eine Grenzfrequenz von etwa 25 bis 50 Hz. Am Ausgang des Differenzverstärkers 58 entsteht ein Steuersignal, das dem Logarithmus des Verhältnisses zwischen den Leistungen in den zwei Teilbändern proportional ist und eine Bandbreite von 25 bis 50 Hz hat.

Vorteilhaft in der Ausführungsform nach F i g. 3 ist, daß die Genauigkeit der Regelung nicht von der Amplitude der Eingangssignale abhängig ist, daß ein großer dynamischer Bereich (6OdB) verwirklicht werden kann und daß es keine Rückkopplungsregelschleife gibt, sondern eine Vorwärtsregelung, so daß keine Gefahr von Unstabilität vorliegt und folglich scharf abschneidende Filter verwendet werden können. Die Verwendung der Anordnungen 14 bis 19 in der Ausführungsform nach F i g. 3 führt dazu, daß die Kanalmodulatoren 29 bis 34 der Empfangsstelle 2 vom exponentiellen Typ sind, wie obenstehend im Zusammenhang mit einer Abwandlung nach F i g. 2 beschrieben wurde.

Es ist vorteilhaft, in der Empfangsstelle 2" die Reihenfolge der Filter 22 bis einschließlich 27 und der Kanalmodulatoren 29 bis einschließlich 34 zu vertauschen, so daß etwaige Verzerrung in den Kanalmodulatoren durch die Filter ausgeglichen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Kanalvokoder zur Übertragung von Sprachsignalen mit verringerter Bandbreite, bei dem in der Sendestelle Mittel zum Aufteilen der Sprachsignale in ein Band niederfrequenter Anteile und ein Band hochfrequenter Anteile, Mittel zum Ableiten einer Anzahl Steuersignale mit verringerter Bandbreite aus dem Band hochfrequenter Anteile des Sprachsignals, die eine entsprechende Anzahl Teilbänder des Bandes hochfrequenter Anteile darstellen, sowie Mittel zum Aussenden des Bandes niederfrequenter Anteile und der Steuersignale zu einer Empfangsstelle und in der Empfangsstelle Mittel zum Erzeugen eines Erregungssignals mit hochfrequenten Anteilen aus dem empfangenen Band niederfrequenter Anteile, Mittel zum Verteilen des Erregungssignals auf der Sendeseite entsprechende < Teilbänder und Mittel zum Modulieren dieser Teilbänder mit dem entsprechenden Steuersignal vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sendestelle (1) die Mittel (37, 44, 14—19) zum Ableiten der Steuersignale für jedes Teilband eine Anordnung (14—19) zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen der Leistung im Teilband des Bandes hochfrequenter Anteile des Sprachsignals und der Leistung im entsprechenden Teilband eines Bandes hochfrequenter Anteile, das aus dem Band niederfrequenter Anteile des Sprachsignals erzeugt wird, enthalten.

2. Kanalvokoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sendestelle die Mittel (37,44,14—19) zum Ableiten der Steuersignale für jedes Teilband einen ersten Gleichrichter (47) zum Gleichrichten des Teilbandsignals, ein erstes Filter (48) zum Filtern mit verringerter Bandbreite des Ausgangssignals des ersten Gleichrichters, einen Multiplizierer (SO) zum Multiplizieren des Signals im entsprechenden Teilband des Bandes hochfrequenter Anteile, das aus dem Band niederfrequenter Anteile des Sprachsignals erzeugt wird, mit dem Ausgangssignal einer Differenzstufe (49), einen zweiten Gleichrichter (51) zum Gleichrichten des Ausgangssignals des Multiplizierers und ein zweites Filter (52) zum Filtern mit verringerter Bandbreite des Ausgangssignals des zweiten Gleichrichters enthalten, worin die Differenzstufe die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Filter bildet und die Steuersignale erzeugt.

3. Kanalvokoder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplizierer (50) ein exponentieller Multiplizierer ist.

4. Kanalvokoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sendestelle die Mittel (37,44,14—19) zum Ableiten des Steuersignals für jedes Teilbar.d einen ersten Gleichrichter (55) zum Gleichrichten des Signals im Teilband, ein erstes Filter (56) zum Filtern mit verringerter Bandbreite des Ausgangssignals des ersten Gleichrichters, einen ersten an das erste Filter angeschlossenen logarithmischen Verstärker (57), einen zweiten Gleichrichter (59) zum Gleichrichten des Signals im entsprechenden Teilband des Bandes hochfrequenter Anteile, das aus dem Band niederfrequenter Anteile des Sprachsignals erzeugt wird, ein zweites Filter (60) zum Filtern mit verringerter Bandbreite des Ausgangssignals des zweiten Gleichrichters, einen

zweiten an den Ausgang des zweiten Filters angeschlossenen logarithmischen Verstärker (61) und eine Differenzstufe (58) zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Filter und zum Erzeugen eines Steuersignals enthalten.

5. Kanalvokoder nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (29—34) zum Modulieren der Teilbänder des Erregungssignals mit dem entsprechenden Steuersignal je einen exponentiellen Multiplizierer enthalten.