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Schaltungsanordnung für sprachgesteuerte Freisprech-
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geräte Freisprechgeräte werden bekanntlich von den Sprechspannungen
des Sende- und des Empfangskanals derart gesteuert, daß in dem Kanal mit der höheren
Sprechspan nung die Dämpfung verringert und in dem Kanal mit der niedrigen Sprechspannung
die Dämpfung entsprechend erhöht wird; den Betrag, der in beiden Kanälen in gleicher
Größe, aber gegensinnig bewirkten Veränderung der Dämpfung bei der Sprechrichtungsumschaltung
bezeichnet man als Dämpfungshub. Mit Hilfe der Sprachsteuerung ist es möglich, das
Auftreten von Rückkopplungspfeifen zu unterdrücken. Der Umstand, daß bei einem normalen
Gespräch meist abwechselnd gesprochen wird, wird dazu ausgenutzt, den jeweils nicht
benötigten Kanal um einen bestimmten Betrag zu dämpfen, wodurch bei ständig gleichbleibender
Dämpfung zwischen den beiden Kanälen eine Erhöhung der Verstärkung im jeweils anderen
Kanal um den selben Betrag möglich wird. Ein wichtiger Aspekt einer derartigen Sprachsteuerung
ist ihr optimales zeitliches Verhalten, d. h., daß insbesondere die Sprechrichtungsumschaltung
mit sehr kurzen Zeitkonstanten der Sprachsteuerung realisierbar ist.
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Neben einer Vielzahl unterschiedlicher, analog arbeitender Sprachsteuerungen
sind auch bereitw Einrichtungen bekannt, bei denen der Vergleich zwischen den Sprachpegeln
des Sendekanals und des Empfangskanals in digitaler Arbeitsweise durchgeführt wird.
Die Erfindung geht aus von einer derartigen Schaltungsanordnung für sprachgesteuerte
Freisprechgeräte mit einer den digitalisierten Betrag von Sprachpegeln im Sende-
und Empfangskanal
auswertenden digitalen Vergleichereinrichtung,
deren Vergleichsergebnisse zur Einstellung unterschiedlicher Dämpfungen (Dämpfungshub)
im Sende- und Empfangskanal dienen.
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Bei einer aus der DE-PS 24 36 956 bekannten derartigen Schaltungsanordnung
befinden sich sowohl im Sendekanal als auch im Empfangskanal Analog~Digital~Wandler,
deren digitale Ausgangswerte einer digitalen Vergleichereinrichtung zugeführt werden.
Aus dem Vergleichsergebnis werden Stellbefehle für analog arbeitende Dämpfungsglieder
im Sendekanal und im Empfangskanal abgeleitet, wodurch die Dämpfungsglieder wirksam
oder unwirksam geschaltet werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine digital arbeitende
Sprachsteuerung ohne Verwendung speziell auf diese Aufgabe zugeschnittener Bauteile,
sondern mit universell verwendbaren Bauteilen durchzuführen, die eine optimale Anpassung
an die vielfältigen Anforderungen an eine Sprachsteuerung ermöglichen, wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß zwischen eine analoge Mikrofonausgangssignale in digitale Pegelwerte
und digitale Empfangskanalpegelwerte in analoge Lautsprechereingangssignale umwertende
Codier-Decodier-Einrichtung und eine Anschlußleitungsschnittstelle ein einer programmgesteuerten
Anderung des Dämpfungshubs dienender Mikroprozessor derart eingefügt ist, daß mittels
einer durch den Mikroprozessor gesteuerten Richtungssteuereinrichtung ein einem
Eingangsport des Mikroprozessors vorgeschalteter Seriell-Parallel-Wandler an den
Empfangs kanalausgang der Anschlußleitungsschnittstelle oder den Sendekanalausgang
der Codier-Decodier-Einrichtung und ein einem Ausgangsport des Mikroprozessors nachgeschalteter
Parallel-Seriell-Wandler an den Sendekanaleingang der Anschlußleitungsschnittstelle
oder an den
Empfangskanaleingang der Codier-Decodier-Einrichtung
anschaltbar ist.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung anordnung ist
darin zusehen, daß die wesentlichen Aufgaben der Sprachsteuerung, nämlich der Vergleich
des Empfangskanalpegels mit dem Sendekanalpegel sowie die dynamische Hubregelung
und die Einhaltung zeitlicher Bedingungen, insbesondere unterschiedlicher Zeitkonstanten
während bestimmter Phasen einer Gesprächsver bindung, auf einfache Weise mittels
eines Mikroprozessors erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann vorzugsweise in digitalen
Freisprechgeräten eingesetzt werden, so daß die Anschlußleitungsschnittstelle als
digital arbeitende Einheit aufgebaut ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jedoch auch
innerhalb von Analogfernsprechern möglich. Hierzu ist die Anschlußleitungsschnittstelle
als Codier-Decodier-Einrichtung mit nachgeschaltetem Analogfilter ausgebildet.
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Das analoge Empfangssignal wird also digital umgesetzt, dem Mikroprozessor
zugeführt und, ggf. bedämpft, an die der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit vorgeschaltete
Codier-Decodier-Einrichtung abgegeben.
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Die Einstellung der Schaltungsanordnung auf unterschiedliche Betriebsarten,
z. B. das Lauthören und/oder Freisprechen bzw. den Einsatz eines üblichen Handapparats
wird vorteilhafterweise derart realisiert, daß der Mikroprozessor durch einen Lauthören
und/oder Freisprechen einleitenden Betriebsartenschalter gesteuert ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet zweckmäßigerweise
in einem durch die Zeitdauer eines Abschnitts
der Abtastung der
Sprachpegel vorgegebenen Programmzyklus. Bei einer üblichen Abtastfrequenz des Sprachbandes
von 8 kHz ergibt sich eine Zeitdauer der Abtastabschnitte von jeweils 125 psec.
Eine Anpassung an übliche Taktfrequenzen und Befehlslängen von Mikroprozessoren
kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erfolgen, daß
in aufeinanderfolgenden Abtastabschnitten alternierend der Sendekanalanschluß der
Codier-Decodier-Einrichtung und der Empfangskanalanschluß der Anschlußleitungsschnittstelle
an den Eingangsport des Mikroprozessors angeschaltet sind.
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Bei einer Taktfrequenz von etwa 2 MHz und einer mittleren Befehlslänge
des Mikroprozessors von etwa 2 sec kann das Ein- bzw. Auslesen der digital dargestellten
Sprachpegelinformation - übliche Datentransferverfahren vorausgesetzt - in etwa
100 psec erfolgen. Bei einer zeitlichen Dauer des Abtastabschnittes von 125 psec
stehen damit jeweils etwa 25 psec während jedes Abtastabschnitts zur Bearbeitung
der Informationen, insbesondere zur Beeinflussung des Dämpfungshubes, zur Verfügung.
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In Anpassung an diese alternierende Anschaltung wird auch die Ausgabe
der bewerteten bzw. geänderten Sprachpegelinformationen realisiert. Demgemäß sind
in auf~ einanderfolgenden Abtastabschnitten alternierend der Empfangskanalanschluß
der CodierDecodier-Einridhtung und der Sendekanalanschluß der Anschlußleitungsschnittstelle
an den Mikroprozessor angeschaltet.
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Während in jedem Abtastabschnitt alternierend der Sprachpegel im Empfangskanal
und im Sendekanal in den Speicher des Mikroprozessors übernommen wird, wird nicht
in jedem Abtastabschnitt die vorliegende Sprechrichtung ermittelt, sondern es wird
nach jeweils mehreren Abtastabschnitten eine Mittelwertbildung der Abtastwerte durch-
geführt.
Die Abtastwerte können dabei derart frequenzgangbewertet verglichen werden, daß
Sprachanteile mit einer Schwerpunktfrequenz um 800 Hz besonders berücksichtigt werden.
Dies kann mit ähnlichen Verfahren wie bei bekannten Digitalfiltern geschehen. Damit
kann eine Verringerung des Programmaufwandes und eine Anpassung an die Anforderungen
bezüglich der Schnelligkeit der Erkennung der Sprechrichtungsumkehr erfolgen.
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Bei dieser Arbeitsweise ist demgemäß als ein Merkmal der Schaltungsanordnung
anzusehen, daß mittels eines Vergleichs der Mittelwerte eine Bestimmung der Sprechrichtung
erfolgt.
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Die Einstellung des Dämpfungshubes erfolgt vorzugsweise in zwei Schritten
derart, daß zunächst der Mikroprozessor nach Signalisierung eines Sprechbetriebs
auf einen programmierten Anfangswert des Dämpfungshubs eingestellt wird. Dabei wird
der Empfangskanal vorzugsweise nur gering - beispielsweise 6 dB - bedämpft, um bei
geringem ankommenden Sprachpegel bereits in der Anfangsphase des Gesprächs eine
ausreichende Lautstärke zu gewährleisten. In nachfolgenden Abschnitten der Abtastung
des Empfangskanalpegels erfolgt jeweils nach einer unter Berücksichtigung gewünschter
Änderungszeitkonstanten programmäßig definierten Zahl von Abtastabschnitten eine
Dämpfungshubänderung.
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Diese Änderung erfolgt vorzugsweise derart, daß die Dämpfungshubänderungen
konstant sind, d. h., daß in den Abtastabschnitten, in denen eine Dämpfungshubände
rung vorgenommen wird, jeweils die Dämpfung um den gleichen Betrag verändert wird.
Bei Berücksichtigung schneller Zeitkonstanten erfolgt diese konstante Änderung in
entsprechend verhältnismäßig dicht aufeinanderfolgenden Abtastabschnitten, während
langsamere Zeitkonstanten
zu einer entsprechend selteneren Änderung
des Dämpfung hubs führen.
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Ebenso möglich ist eine Änderung des Dämpfungshub derart, daß jeweils
nach einer vorher bestimmten Zahl von Abtastabschnitten eine Anderung erfolgt und
daß je nach Zeitkonstante der gewünschten Änderung der Betrag der Dämpfungshubänderung
unterschiedlich ist.
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Ergibt der unter Berücksichtigung des aktuellen Dämpfungshubs durchgeführte
Vergleich der Pegel im Empfangs und im Sendekanal zwei unter einer vorbestimmten
Minimalschwelle liegende Pegelwerte, so wird die Sprachsteuerung auf ihre Ruhelage
geschaltet. Die Verwendung eines Mikroprozessors zur Einstellung bzw. Änderung des
Dämpfungshubs ermöglicht dabei auf einfache Weise die Festlegung beliebiger Abhängigkeiten
der der Ruhelage zuzuordnenden Dämpfungen im Sende- und im Empfangskanal von dem
jeweils bei Beginn einer Sprechpause vorliegenden aktuellen Dämpfungshub. Um eine
größere Sicherheit gegen durch Leitungsstörungen hervorgerufene fälschliche Sprechpausenerkennungen
zu erzielen, kann die Umschaltung in die Ruhelage erst nach mehreren - vorzugsweise
zwei -Abtastwerten unterhalb der Minimalschwelle erfolgen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in zwei Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert.
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Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer schaltungstechnischen
Realisierung, während in der Figur 2 die zeitliche Folge und Relation einzelner
wesentlicher Sprachsteuerungsaufgabe veranschaulicht ist.
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In der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind als wesentliche
Bestandteile eines digitalen Fernsprechers mit Freisprecheinrnchtung eine Einkanal-Codier-
Decodier-Einrichtung
CODEC und eine digitale Anschluß~~ leitungsschnittstelle STID dargestellt. Die digitale
Anschlußleitungsschnittstelle STID verbindet den digi talen Fernsprecher mit einer
digitalen Anschlußleitung 1, während die Codier-Decodier-Einrichtung CODEC über
ein Analogfilter A an ein Mikrofon M und einen Lautsprecher L angeschaltet ist.
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Die Anschlüsse der Codier-Decodier-Einrichtung CODEC bzw. der digitalen
Anschlußleitungsschnittstelle STID an den Sendekanal bzw. den Empfangskanal sind
mit S bzw. s und mit E bzw. e bezeichnet. Die Anschlüsse S,E bzw. s,e der Codier-Decodier-Einrichtung
CODEC und der Anschlußleitungsschnittstelle STID sind an eine Richtungssteuereinrichtung
RS angeschlossen. Der Richtungssteuereinrichtung RS sind ein Parallel-Seriell-Wandler
P/S und ein Seriell-Parallel-Wandler S/P nachgeschaltet, die mit einem Ausgangsport
bzw. einem Eingangsport eines Mikroprozessors pP verbunden sind. Die Richtungssteuerung
mittels der Richtungssteuereinrichtung RS erfolgt derart, daß in aufeinanderfolgenden
Abtastabschnitten - von jeweils 125 psec - der Sendekanalanschluß S der Codier-Decodier-Einrichtung
CODEC und der Empfangskanalanschluß e der Anschlußleitungsschnitt stelle STID an
den Seriell-Parallel-Wandler S/P und der Empfangskanalanschluß E der Codier-Decodier-Einrichtung
CODEC bzw. der Sendekanalanschluß s der Anschlußleitungsschnittstelle STID an den
Parallel-Seriell-Wandler P/S angeschlossen sind.
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Der Mikroprozessor pP weist drei weitere Steuereingänge I, II, III
auf, die auf den Programmablauf des Mikroprozessors pP einwirken. Über den Steuereingang
I wird ein an einem nichtdargestellten Lautstärkeregler manuell einstellbarer Lautstärkesollwert
eingegeben; über den Steuereingang II wird dem Mikroprozessor pP ein Signal
zugeführt,
das die Betriebsart Lauthören/Freisprechen des Fernsprechers anzeigt und über den
Eingang III wird ein Startsignal bei Beginn des Sprechbetriebs bzw. ein Stopsignal
bei Beendigung des Sprechbetriebes abgegeben.
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Die Arbeitsweise der in der Figur 1 dargestellten Schaltung ist der
in Figur 2 gezeigten zeitlichen Abfolge der einzelnen Teilaufgaben der Sprachsteuerung
zu entnehmen.
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Während jedes Abtastabschnittes von 125 psec Dauer erfolgt ein Datentransfer
von der Codier-Decodier-Einrichtung bzw. von der Anschlußleitungsschnittstelle zum
Mikroprozessor.
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Der Datentransfer geschieht derart, daß in jedem Abtastabschnitt '2n'
der digital dargestellte Pegel am Empfangskanalanschluß e und in jedem Abtastabschnitt
'2n+1' der Pegel am Sendekanalanschluß S in den Speicher über nommen wird. In allen
weiteren Abtastabschnitten für die 'm = 8n' gilt, wird alternierend in allen '2n'-Abtastabschnitten
der Dämpfungshub gesetzt und in allen '2n+l'-Abtastabschnitten eine eventuelle Änderung
des Dämpfungshubs bestimmt.
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Nach jeweils 8 Abtastabschnitten 'm = 8n' werden die vorhergehend
bestimmten und abgespeicherten Pegelwerte am Empfangskanalanschluß e bzw. Sendekanalanschluß
S unter Berücksichtigung der für den Empfangskanal errechneten Dämpfung miteinander
verglichen und daraus die Richtung des Sprec.hverkehrs erkannt.
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In jedem Abtastabschnitt '2n' wird der Pegel für den Sendekanalanschluß
s der Anschlußleit.ungsschnittstelle und in jedem Abtastabschnitt '2n+1' der Pegel
für den Empfangskanalanschluß E der Codier-Decodier-Einrichtung
CODEC
in den Ausgabespeicher übernommen und'an schließend innerhalb des gleichen Abtastabschnittes
in einer erneuten Datentransfer-Phase abgegeben.
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2 Figuren 10 Patentansprüche
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