DE3022766A1

DE3022766A1 - Geraet zur transformation, uebertragung und ruecktransformation eines abgetasteten signals

Info

Publication number: DE3022766A1
Application number: DE19803022766
Authority: DE
Inventors: Tore Torstensson P Fjaellbrant
Original assignee: FJAELLBRANT TORE TORSTENSSON PROF
Current assignee: FJAELLBRANT TORE TORSTENSSON PROF
Priority date: 1979-06-19
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1981-01-15
Also published as: GB2055026A; SE417475B; SE7905408L; FR2459587A1; GB2055026B; US4371973A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Transformation, Übertragung und Rücktransformation eines abgetasteten Sig-

präzisen

nals, insbesondere zur/Transformation eines gleichförmig abgetasteten Signals in ein nichtgleichförmig abgetastetes Signal in einem Sender, Übertragung des nichtgleichförmig abgetasteten Signals auf einen Empfänger und Rücktransformation des transformierten nichtgleichförmig abgetasteten Signals in ein gleichförmig abgetastetes Signal im Empfänger.

Es sind bereits Geräte bekannt, die empfängerseitig die folgenden Elemente umfassen:

Eine Verzögerungskette mit einer Vielzahl von Ausgängen, einen Frequenzanalysator zur Aussendung von in Frequenzsektoren unterteilten Signalen, der eingangsseitig mit den Ausgängen der Verzögerungskette und ausgangsseitig mit einer logischen Einheit verbunden ist, die zur Analysierung der Signale aus dem Frequenzanalysator dient und zur Erzeugung eines für den Empfänger bestimmten Steuersignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Analyse, sowie einen Zeit-Frequenz-Umwandler zur Transformation von Signalblöcken von Abtastwerten im Zeitbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Frequenzbereich, und einen Schalter zum Ausschließen bestimmter Abtastwerte in Blöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich.

Empfängerseitig umfassen die bekannten Geräte die folgenden Elemente:

Einen Frequenz-Zeit-Umwandler zur Rücktransformation von Signalblöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Zeitbereich, und eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruierung der vorher ausgeschlossenen Abtastwerte, welche eine Ver-

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zögerungskette mit einer Vielzahl von Ausgängen umfaßt, eine Multiplikationseinheit, die eingangsseitig mit den Ausgängen der Verzögerungskette verbunden ist und dazu dient, Abtastwerte unter der Steuerung des Steuersignals aus dem Sender mit in einem Speicher gespeicherten Koeffizienten gewichtet zu multiplizieren, sowie eine Additionseinheit, die eingangsseitig mit Ausgängen der Multiplikationseinheit verbunden ist und zur Addition der derart gewichteten Abtastwerte dient.

Bekannte Geräte dieser Art arbeiten zwar an sich zufriedenstellend, sie leiden jedoch an einem bestimmten störenden Quantisierungsrauschen bzw. Quantisierungsstörungen, die sich daraus ergeben, daß die Multiplikatiqnskoeffizienten verhältnismäßig hohe Amplitudenwerte aufweisen, wenn Signal-Abtastwerte im Zeitbereich gewichtet werden. Experimentell hat es sich auch als möglich erwiesen, eine verbesserte Sprachqualität dadurch zu erzielen, daß die Funktion der logischen Einheit derart abgewandelt wird, daß eine bessere Anpassungsfähigkeit an Veränderungen des Sprachsignals erzielt wird.

Demgemäß besteht das Ziel der Erfindung darin, das störende Quantisierungsrauschen zu beseitigen und die Sprachqualität dadurch zu verbessern, daß eine bessere Anpassungsfähigkeit an Veränderungen des Sprachsignals sichergestellt wird. Es wird eine natürlichere Sprache aufgrund der Tatsache erzielt, daß der gesamte Frequenzgehalt des Sprachsignals genauer transformiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

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Gemäß der Erfindung werden Geräte der eingangs genannten Gattung derart aufgebaut, daß empfängerseitig sowohl der Zeit-Frequenz-Umwandler als auch der Frequenz-Analysator zwischen die Verzögerungskette und die logische Einheit eingekoppelt sind, daß auch der Schalter zum Ausschließen bestimmter Abtastwerte derart angeordnet wird, daß er durch das Steuersignal aus der logischen Einheit gesteuert ist, wobei das Steuersignal Information bezüglich Frequenzsektoren umfaßt, die Abtastwerte aufweisen, deren Signalamplitude in Bezug auf Abtastwerte in anderen Sektoren klein sind, und daß empfängerseitig der Verzögerungskette eine zweite Verzögerungskette mit wenigstens so vielen Verzögerungselementen wie die erstgenannte Verzögerungskette des Empfängers vorgeschaltet ist, und die Additionsschaltung ausgangsseitig unmittelbar mit dem Ausgang des Gerätes verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Blockdiagramms für ein erfindungsgemäßes Gerät;

Fig. 2 ein Abtastdiagramm in Bezug auf den Senderteil· des Geräts der Fig. 1;

Fig. 3 eine Abwandlung des Senderteils des Geräts der Fig. 1; und

Fig. 4 ein Abtastdiagramm des abgewandelten Senderteils.

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Das in der Fig. 1 dargestellte Gerät umfaßt einen Senderteil und einen Empfängerteil.

Der Senderteil umfaßt eine Verzögerungskette Fa, die mit dem Eingang 1 des Geräts verbunden ist und die eine Vielzahl von Ausgängen aufweist, sowie einen Wellenanalysator bzw. Frequenzanalysator zur Aussendung von Signalen, die in Frequenzsektoren unterteilt sind, und einen Zeit-Frequenz -Umsetz er zur Umwandlung von Signalblöcken aus Abtastwerten im Zeitbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Frequenzbereich (in der Fig. insgesamt mit dem Bezugszeichen TFC bezeichnet), weiter eine logische Einheit LO zur Analysierung der Signale aus der Einheit TFC und zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Analyse, und einen Schalter 01 zum Ausschließen gewisser Abtastwerte in Blöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich. Der Zeit-Frequenz-Umwandler und der Frequenzanalysator können (müssen jedoch nicht notwendigerweise) die gleiche identische Einheit sein, da die Frequenzsektoren des Analysators identisch sein können mit den Frequenzen der einzelnen Abtastwerte im Frequenzbereich am Ausgang des Zeit-Frequenz-Umwandlers. Die Einheit TFC ist daher zwischen die Verzögerungskette Fa und die logische Einheit LO eingekoppelt. Der Schalter 01 ist zwischen die Ausgangsseite der Einheit TFC und dem Übertragungsmedium L zum Empfängerteil eingekoppelt, und durch das Steuersignal aus der logischen Einheit LO gesteuert. Das Steuersignal enthält Information über Frequenzsektoren, die Abtastwerte mit Signalamplituden umfassen, die gering in Bezug auf Abtastwerte in anderen Sektoren sind, beispielsweise eine momentane Information auf drei Blöcken von einer Gesamtzahl von neun Blöcken. Der Empfängerteil umfaßt

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eine Rekonstruktionseinheit F-M-S, die zur Rekonstruktion von vorher ausgeschlossenen Abtastwerten bestimmt ist und die eine Verzögerungskette F mit einer Vielzahl von Ausgängen umfaßt, sowie eine Multiplikationseinheit M, die an ihrer Eingangsseite mit den Ausgängen der Verzögerungskette F verbunden ist und für eine gewichtete Multiplikation von Abtastwerten mit in einem Speicher gespeicherten Koeffizienten unter der Steuerung durch das Steuersignal aus der Logikeinheit LO bestimmt ist, und eine Additionseinheit S, die an ihrer Eingangsseite mit den Ausgängen der Multiplikationseinheit M verbunden und zur Addition von auf diese Weise gewichteten Abtastwerten dient. Der Speicher kann zusammen mit den Multiplikatorschaltungen in den Kreisen in der Einheit M angeordnet sein. Der Verzögerungskette F ist eine zweite Verzögerungskette Fb vorausgeschaltet, die wenigstens soviele Verzögerungselemente aufweist, wie die Verzögerungskette F. Die Additionschaltung S ist an ihrer Ausgangsseite unmittelbar mit dem Ausgang U des Geräts verbunden.

In der Fig. 2 ist ein Abtastwerte-Diagramm a für Blöcke von Abtastwerten im Zeitbereich an der Eingangsseite der Verzögerungskette Fa dargestellt, sowie ein Abtastwerte-Diagramm b im Frequenzbereich an der Ausgangsseite der Einheit TFC, und ein Abtastwerte-Diagramm c im Frequenzbereich hinter dem Schalter 01. Die Diagramme a und b beziehen sich auf ein gleichförmig abgetastetes Signal, welches in Blöcke 1,11 ... mit neun Abtastwerten in jedem Block unterteilt ist, während das Diagramm c ein nicht gleichförmig abgetastetes Signal betrifft, bei dem drei Abtastwerte in jedem Block ausgeschlossen sind.

In der Einheit TFC werden die Signal-Abtastwerte im Zeitbereich in bekannter Art blockweise (aus beispielsweise

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neun Abtastwerten) in entsprechende Abtastwerte im Frequenzbereich umgewandelt, und zwar mittels einer diskreten Fouriertransformation oder einer diskreten Cosinus-Transformation, oder durch Transformation entsprechend der Veröffentlichung "A system for data-reduced transmission of speech signals", T. Fjällbrandt, ISY Report 0304 7/6/1979, Institute for System Technology, University in Linköping. Durch die letztgenannte Transformation können Abtastwerte in jedem Block im Frequenzbereich ungleichförmig verteilt werden, obwohl entsprechende Abtastwerte im Zeitbereich gleichförmig innerhalb der Blöcke vertei.lt sind.

Aufgrund der Funktion des Schalters 01, werden diejenigen Abtastwerte im Frequenzbereich in jedem Block ausgeschlossen, die verhältnismäßig geringe Amplituden im Bezug zu den anderen Abtastwerten in dem Block aufweisen. In der Fig. 2 ist angezeigt, daß Abtastwerte mit den Positionsnummern 4,5 und 9 durch den Schalter 01 in den Blöcken I und II ausgeschlossen wurden.

Auf der Empfängerseite sind die Multiplikationskoeffizienten, die im Speicher gespeichert sind, so gewählt, daß die gewünschte Rücktransformation in den Zeitbereich erzielt wird, beispielsweise die inverse diskrete Fourier-Transformation oder die inverse diskrete Cosinus-Transformation oder eine ähnliche inverse Transformation, und zwar in Abhängigkeit von dem für die Einheit TFC auf der Senderseite gewählten Verfahren.

Wie bereits erwähnt, weisen die Verzögerungsketten Fb und F eine gleiche Anzahl von Verzogerungselementen auf. Wenn die Verzögerungskette Fb mit in einem Block empfangenen Abtastwerten gefüllt worden ist, werden diese Abtastwerte rasch zur Verzögerungskette F hinübergeschoben und dort als Eingangssignale zur Multiplikationseinheit M genutzt, während die Kette Fb wieder mit Abtastwerten aus dem nächst-

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folgenden Block gefüllt wird. Da das Steuersignal aus der logischen Einheit LO anzeigt, welche Abtastwerte in einem Block von Abtastwerten im Frequenzbereich ausgeschlossen bzw. ausgelassen wurden, ist es möglich, Koeffizienten für die in dem Block verbleibenden Abtastwerten in geeigneter Weise zu wählen.

In der Fig. 3 ist eine Abwandlung des Senderteils des Geräts dargestellt. Der Verzögerungskette Fa ist hier ein zweiter Schalter 02 vorausgeschaltet, der Gruppen von Abtastwerten ausschließen kann. Diese Gruppen können, müssen jedoch nicht, eine genau gleiche Anzahl von Abtastwerten wie die Blöcke enthalten. Auf der Empfängerseite kann der Frequenz-Zeit-Umsetzer F-M-S sowohl Signalblöcke von Abtastwerten im Frequenzbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Zeitbereich umwandeln, als auch die von dem zweiten Schalter 02 ausgeschlossenen Gruppen von Abtastwerten rekonstruieren. Die Verzögerungsketten Fb und F haben jeweils eine Anzahl von Verzögerungselementen, die gleich der Anzahl von Positionen in zwei Blöcken von Abtastwerten ist, so daß zwei übertragene Blöcke von Abtastwerten gleichzeitig in jeder der Verzögerungsketten gehalten werden können, beispielsweise die Blöcke I und II gemäß der Fig. 4. Abtastwerte in fehlenden Abtastwert-Blöcken, die durch die Funktion des Schalters 02 ausgeschlossen wurden, werden in der Einheit F-M-S in der gleichen Weise rekonstruiert, wie die Abtastwerte in den angrenzenden Blöcken durch inverse Transformation aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich; hierdurch werden jedoch diese fehlenden Abtastwerte als die Mittelwerte zwischen Abtastwerten im Zeitbereich in den angrenzenden zwei Blöcken geformt. Jeder Abtastwert im Frequenzbereich in beispielsweise dem Block II, wird daher als der Mittelwert zwischen entsprechenden Abtastwerten in den angrenzenden Blöcken I und III geformt. Dies ist das einfachste Verfahren zur Interpolation der ausgeschlossenen Abtastwerte. Ein genaueres

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Verfahren besteht darin, Abtastwerte in mehr als den ganz nächstgelegenen Blöcken mit Interpolations-Koeffizienten zu gewichten, wobei jedoch die Verzögerungsleitungen langer sein müssen.

Die Fig. 4 zeigt ein Abtastwerte-Diagramm a¹ im Zeitbereich, wobei ein Block II ausgeschlossen wurde, ein entsprechendes Abtastwerte-Diagramm b¹ im Frequenzbereich, und ein Abtastwerte-Diagramm c¹ im Frequenzbereich, wobei drei Abtastwerte (Positionen 4,5,9) in den Blöcken I und III ausgeschlossen wurden.

Durch die Erfindung wird also ein Gerät zur Umwandlung eines gleichförmig abgetasteten Signals in ein nicht gleichförmig abgetastetes Signal in einem Sender geschaffen, wobei das derart nicht gleichförmig abgetastete Signal an einen Empfänger übertragen und das übertragene nicht gleichförmig abgetastete Signal wieder in ein gleichförmig abgetastetes Signal im Empfänger rücktransformiert wird. Senderseitig umfaßt das Gerät die folgenden Bestandteile:

Eine Verzögerungskette Fa mit einer Vielzahl von Ausgängen, einen Wellenanalysator bzw. Frequenzanalysator zur Aussendung von Signalen, die" in FrequenzSektoren unterteilt sind, der eingangsseitig mit den Ausgängen der Verzögerungskette Fa und ausgangsseitig mit einer logischen Einheit LO zur Analysierung der Signale aus dem Frequenzanalysator und zur Erzeugung eines für den Empfänger bestimmten Kontrollsignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Analyse verbunden ist, weiterhin einen Zeit-Frequenz-Umsetzer zur Umwandlung von Signalblöcken von Abtastwerten im Zeitbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Frequenzbereich, sowie einen Schalter 01 zum Ausschließen bestimmter Abtastwerte in Blöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich;

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Empfängerseitig umfaßt das Gerät die folgenden Bestandteile:

Einen Frequenz-Zeit-Umsetzer zur Rücktransformation von Signalblöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Zeitbereich, sowie eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruktion vorher ausgeschlossener Tastwerte, die eine Verzögerungskette F mit einer Vielzahl von Ausgängen umfaßt, eine Multiplikationseinheit M, die eingangsseitig mit den Ausgängen der Verzögerungskette F verbunden ist und dazu dient, die Abtastwerte gewichtet unter der Steuerung des Steuersignals aus dem Sender mit in einem Speicher gespeicherten Koeffizienten zu multiplizieren, und eine Additionseinheit S, die eingangsseitig mit Ausgängen der Multiplikationseinheit M verbunden ist, und dazu dient, die derart gewichteten Abtastwerte zu addieren. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig sowohl der Frequenzanalysator als auch der Zeit-Frequenz-Umsetzer (die zusammen mit dem Bezugszeichen TFC bezeichnet sind) zwischen die Verzögerungskette Fa und die logische Einheit LO eingekoppelt sind, und daß der Schalter 01 zum Ausschließen bestimmter Abtastwerte derart angeordnet ist, daß er vom Steuersignal aus der logischen Einheit LO gesteuert wird, wobei das Steuersignal Information bezüglich Frequenzsektoren enthält, die Abtastwerte mit Signalamplituden umfassen, welche klein im Bezug auf Abtastwerte in anderen Sektoren sind, und daß empfängerseitig der Verzögerungskette F eine zweite Verzögerungskette Fb vorgeschaltet ist, die wenigstens ebenso viele Verzögerungselemente aufweist, wie die erstgenannte.Verzögerungskette F des Empfängers, und die Additionsschaltung S ausgangsseitig direkt mit dem Ausgang des Geräts verbunden ist.

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Leerseite

Claims

PATFNTA N M/ A I T t HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DIPL.-INC. no-fj-11 U/m Tore Fjällbrant Gerät zur Transformation, Übertragung und Rücktransformation eines abgetasteten Signals P a te ntansprüche s-—\

1. Gerät zur Transformation eines gleichförmig abgetasteten Signals in ein nichtgleichförmig abgetastetes Signal in einem Sender, Übertragung dieses nichtgleichförmig abgetasteten Signals auf einen Empfänger und Rücktransformation des übertragenen nichtgleichförmig abgetasteten Signals in ein gleichförmig abgetastetes Signal im Empfänger, wobei das Gerät senderseitig die folgenden Elemente umfaßt:

- Eine Verzögerungskette (Fa) mit einer Vielzahl von Ausgängen,

- einen Frequenzanalysator zur Aussendung von in FrequenzSektoren unterteilten Signalen, der eingangsseitig mit den Ausgängen der Verzögerungskette (Fa)

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D-7070 SCHWA3ISCH GMÜND GEMEINSAME KONTEN: D - 8000 MÜNCHEN

Telefon: (07171) 56 90 Deutsche Bank AG Postscheckkonto Telefon: (089) 725 20

H. SCHROETER Ti-Icgramme: Schrocpat Mimchen 70/37 369 München K.LEHMANN Telegramme: Schrocpat

Bocksgasse 49 Telex: 7 248 868 pagd d (BLZ 700 700 10) 167941-804 Lipowskystnße 10 Telex: 5212248 pawe d

ORIGINAL INSPECTED

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und ausgangsseitig mit einer logischen Einheit (LO) zur Analysierung der Signale aus dem Frequenzanalysator und zur Erzeugung eines für den Empfänger bestimmten Steuersignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Analyse verbunden ist,

- einen Zeit-Frequenz-Umsetzer zur Transformation von Signalblöcken von Abtastwerten im Zeitbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Frequenzbereich,

- und einen Schalter (01) zum Ausschließen bestimmter Abtastwerte in Blöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich ,

und wobei empfängerseitig das Gerät die folgenden Elemente umfaßt:

- Einen Frequenz-Zeit-Umsetzer zur Rücktransformation von Signalblöcken von Abtastwerten im Frequenzbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Zeitbereich, und

- eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruierung vorher ausgeschlossener Abtastwerte, die eine Verzögerungskette (F) mit einer Vielzahl von Ausgängen umfaßt, sowie.eine Multiplikationseinheit (M), die eingangsseitig mit den Ausgängen der Verzögerungskette (F) verbunden ist und dazu dient, Abtastwerte unter der Steuerung des Steuersignals aus dem Sender mit in einem Speicher gespeicherten Koeffizienten gewichtet zu multiplizieren, und eine Additionseinheit (S), die eingangsseitig mit Ausgängen der Multiplikationseinheit (M) verbunden ist und zur Addition der derart gewichteten Abtastwerte dient,

dadurch gekennzeichnet ,

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- daß senderseitig sowohl der Frequenzanalysator als auch der Zeit-Frequenz-Umsetzer (zusammen TFC) zwischen die Verzögerungskette (Fa) und die" logische Einheit (LO) eingekoppelt sind,

- daß auch der Schalter (01) zum Ausschließen bestimmter Abtastwerte derart angeordnet ist, daß er durch das Steuersignal aus der logischen Einheit (LO) gesteuert ist, wobei das Steuersignal Information bezüglich FrequenzSektoren enthält, die Abtastwerte mit Signalamplituden enthalten, welche klein in Bezug auf Abtastwerte in anderen Sektoren sind,

- daß empfängerseitig der Verzögerungskette (F) eine zweite Verzögerungskette (Fb) vorgeschaltet ist, die wenigstens ebenso viele Verzögerungselemente aufweist wie die erstgenannte Vezögerungskette (F)- des Empfängers,

- und daß die Additionsschaltung (S) ausgangsseitig unmittelbar mit dem Ausgang des Gerätes verbunden ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß senderseitig der Verzögerungskette (Fa) ein zweiter Schalter (02) vorgeschaltet ist, der derart angeordnet ist, daß er Gruppen von Abtastwerten ausschließt,

- daß empfängerseitig der Frequenz-Zeit-Umsetzer sowohl Signalblöcke von Abtastwerten im Frequenzbereich in entsprechende Signalblöcke von Abtastwerten im Zeitbereich transformieren kann, als auch die vom dem zweiten Schalter (02) ausgeschlossenen Gruppen von Abtastwerten rekonstruieren kann,

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und daß die Verzögerungskette (F) des Empfängers und die zweite Verzögerungskette (Fb) eine gleiche Anzahl von Verzögerungselementen aufweisen, die gleich der Anzahl von Positionen in zwei Blöcken von Abtastwerten ist.

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