DE3323608C2

DE3323608C2 - Method for suppressing quantization noise during the transmission of sinusoidal audio tones in a digital telecommunications system

Info

Publication number: DE3323608C2
Application number: DE19833323608
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Dr. 8000 München Rudolf; Monika 8164 Hausham Stadler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1987-05-14
Also published as: AT387681B; CH663506A5; DE3323608A1; ATA139184A

Abstract

Hörtöne, deren Frequenz keine Subharmonische der Abtastfrequenz ist, werden durch einen digitalen Tongenerator durch zyklisch wiederholte Aussendung solcher PCM-Worte erzeugt, so daß eine Aneinanderreihung kurz vor oder kurz nach Erreichen des Periodenendes abgebrochener Sinusschwingungszüge entsteht. Die Frequenz der solcherart erzeugten Hörtöne weicht zwar geringfügig von der Sollfrequenz ab und ist keine Sinusschwingung mehr, dafür aber eine Subharmonische der Abtastfrequenz, die physiologisch als störungsfrei empfunden wird.Audible tones whose frequency is not a subharmonic of the sampling frequency are generated by a digital tone generator by cyclically repeating the transmission of such PCM words, so that a series of broken sinusoidal oscillations is created shortly before or shortly after the end of the period is reached. The frequency of the audible tones generated in this way deviates slightly from the target frequency and is no longer a sinusoidal oscillation, but is instead a subharmonic of the sampling frequency, which is perceived physiologically as being free of interference.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Quantisierungsgeräuschen, die sinusförmigen Hörtönen bei deren Übertragung in einem digitalen Fernmeldesystem überlagert sind, sofern die Frequenz der Hörtöne keine Subharmonische der dem Betrieb des Fernmeldesystems zugrunde liegenden Abtastfrequenz ist.The invention relates to a method for suppressing quantization noises which are superimposed on sinusoidal audible tones during their transmission in a digital telecommunications system, provided that the frequency of the audible tones is not a subharmonic of the sampling frequency underlying the operation of the telecommunications system.

Bei der Übertragung von Sprachsignalen in digitalen Vermittlungssystemen, denen eine Abtastfrequenz von beispielsweise 8 kHz zugrundegelegt ist, werden codierte Abtastproben in Zeitabständen von jeweils 125 µsec übertragen. Da die genannte Abtastfrequenz für die Frequenz der üblicherweise verwendeten Hörtöne kein ganzzahliges Vielfaches ist, entstehen Quantisierungsgeräusche, die insbesondere auf die mit relativ hohen Amplituden auftretenden gemeinsamen Subharmonischen der Hörfrequenz und der Abtastfrequenz zurückzuführen sind. Diese gemeinsamen Subharmonischen sowie deren Oberwellen sind im engen Abstand über das ganze Sprachband verteilt und können daher nicht durch Filter unwirksam gemacht werden. Gerade bei Signalen mit sinusförmigem Verlauf, wie sie die Hörtöne darstellen, machen sich derartige Quantisierungsgeräusche besonders störend bemerkbar. Es wäre nun zwar möglich, solche Störungen dadurch zu vermeiden, daß lediglich Hörtöne erzeugt werden, deren Frequenz eine Subharmonische der Abtastfrequenz ist. Wegen der bestehenden Vorgaben für Fernmeldesysteme sowie im Hinblick auf die technische Realisierung läßt sich dies jedoch nicht in jedem Fall verwirklichen.When transmitting voice signals in digital switching systems based on a sampling frequency of, for example, 8 kHz, coded samples are transmitted at intervals of 125 µsec. Since the sampling frequency mentioned is not an integer multiple of the frequency of the audible tones commonly used, quantization noises arise, which are particularly due to the common subharmonics of the audible frequency and the sampling frequency, which occur with relatively high amplitudes. These common subharmonics and their harmonics are distributed at close intervals across the entire speech band and therefore cannot be rendered ineffective by filters. Such quantization noises are particularly disruptive in the case of signals with a sinusoidal shape, such as those represented by audible tones. It would be possible to avoid such interference by only generating audible tones whose frequency is a subharmonic of the sampling frequency. However, due to the existing specifications for telecommunications systems and with regard to technical implementation, this cannot be achieved in every case.

Es ist schon vorgeschlagen worden, dieses Problem in der Form zu lösen, daß zwar das Entstehen von Quantisierungsgeräuschen nicht verhindert wird, durch Überlagerung eines Oberwellentons des Hörtons mit gegenüber der Hörtonamplitude wesentlich geringerer Amplitude aber ein Klangeindruck erzeugt wird, bei dem die Quantisierungsgeräusche nicht mehr störend wirken (DE-A 32 35 881.4).It has already been proposed to solve this problem in such a way that, although the occurrence of quantization noise is not prevented, a sound impression is created by superimposing a harmonic tone of the auditory tone with an amplitude that is significantly lower than the auditory tone amplitude, in which the quantization noise no longer has a disturbing effect (DE-A 32 35 881.4).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ebenfalls darin, ein Verfahren anzugeben, durch das die Auswirkung von Quantisierungsgeräuschen, die sinusförmigen Hörtönen bei deren Übertragung in einem digitalen Fernmeldesystem überlagert sind sofern die Frequenz der Hörtöne keine Subharmonische der den Betrieb des Fernmeldesystems zugrundeliegenden Abtastfrequenz ist, zumindest verringert wird.The object of the present invention is also to provide a method by which the effect of quantization noises which are superimposed on sinusoidal audible tones during their transmission in a digital telecommunications system is at least reduced, provided that the frequency of the audible tones is not a subharmonic of the sampling frequency underlying the operation of the telecommunications system.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß solche Hörtöne unter Verwendung eines digitalen Tongenerators in der Weise erzeugt werden, daß von in einem Speicher des digitalen Tongenerators zur Bildung von Sinustönen enthaltenen codierten Amplitudenwerten in periodischer Wiederholung jeweils dieselben Amplitudenwerte ausgesendet werden, die so gewählt sind, daß nach einer Digital-Analog-Wandlung eine Aneinanderreihung von vor Erreichen des Nullwerts am Periodenende oder nach Durchschreiten desselben abgebrochenen Sinusschwingungszügen entsteht.According to the invention, this object is achieved in that such audible tones are generated using a digital tone generator in such a way that the same amplitude values are emitted in periodic repetition from coded amplitude values contained in a memory of the digital tone generator for forming sine tones, which are selected in such a way that after a digital-analog conversion a sequence of sine wave trains is created which are interrupted before reaching the zero value at the end of the period or after passing through it.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens ergeben sich Hörtonsignale, die keine reinen Sinusschwingungen mehr sind, deren Frequenz aber eine Subharmonische der Abtastfrequenz des Fernmeldesystems ist. Dasselbe gilt dann auch für die Oberwellen dieser nichtsinusförmigen Schwingung. Der psychologische Eindruck ist daher der eines Klangs im Gegensatz zu dem störenden Geräuscheindruck, der ohne die erfindungsgemäße Maßnahme oder ohne die vorerwähnte vorgeschlagene Maßnahme aufgrund der Quantisierung bei der Tonerzeugung bzw. digitalen Tonübertragung zustande kommt.The procedure according to the invention results in audio signals that are no longer pure sinusoidal oscillations, but whose frequency is a subharmonic of the sampling frequency of the telecommunications system. The same applies to the harmonics of this non-sinusoidal oscillation. The psychological impression is therefore that of a sound, in contrast to the disturbing noise impression that arises without the measure according to the invention or without the aforementioned proposed measure due to the quantization during sound generation or digital sound transmission.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Figur noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a figure.

Für die Erzeugung von Hörtönen und Signalisierungszeichen sind in einem digitalen Tongenerator, wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens infrage kommt, zur Darstellung einer Sinusschwingung z. B. 2¹³ (= 8192) binärcodierte Amplitudenwerte gespeichert. Bei der Hörtonerzeugung werden dann solche Amplitudenwerte jeweils mit der Abtastfrequenz des Fernmeldesystems, zu dem der Tongenerator gehört, hier 8 kHz, also im Abstand von 125 µs ausgelesen. Werden sämtliche der 8192 Amplitudenwerte ausgelesen, siehe die Figur, dann ergibt sich ein Ton von 0,976 Hz. Höhere Sinustonfrequenzen werden durch entsprechendes Auslassen einzelner der Amplitudenwerte erzeugt.To generate audible tones and signalling symbols, a digital tone generator, such as that used to carry out the method according to the invention, stores 2 ¹³ (= 8192) binary-coded amplitude values to represent a sinusoidal oscillation. When generating audible tones, such amplitude values are then read out at the sampling frequency of the telecommunications system to which the tone generator belongs, here 8 kHz, i.e. at intervals of 125 µs. If all of the 8192 amplitude values are read out, see the figure, then a tone of 0.976 Hz is produced. Higher sinusoidal tone frequencies are generated by omitting individual amplitude values.

In Fällen in denen durch ein solches Auslassen Sinusschwingungen entstehen, deren Frequenz keine Subharmonische der Abtastfrequenz von 8 kHz ist, wurde bisher so vorgegangen, daß bei der wiederholten Aussendung von einzelnen Amplitudenwerten entsprechender PCM-Worte eine zyklische Verschiebung vorgenommen wurde, mit jedem Durchlauf also andere PCM-Worte ausgelesen wurden. Wenn es hierdurch auch möglich war, verzerrungsfreie Hörtöne zu erzeugen, so blieb doch das eingangs erwähnte Problem der Quantisierungsgeräusche.In cases where such omissions result in sinusoidal oscillations whose frequency is not a subharmonic of the sampling frequency of 8 kHz, the procedure used to date was to carry out a cyclic shift when individual amplitude values of corresponding PCM words were repeatedly transmitted, meaning that different PCM words were read out with each pass. Even though this made it possible to generate distortion-free audio tones, the problem of quantization noise mentioned at the beginning still remained.

Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, daß beginnend vom Amplitudenwert Ao unter der gewünschten Hörtonfrequenz entsprechenden Auslassung von Amplitudenwerten die nachfolgenden Amplitudenwerte ausgelesen werden, bis ein Amplitudenwert Ax erreicht ist, der dem das Periodenende markierten Amplitudenwert Ae mittelbar oder unmittelbar vorangeht oder nachfolgt, mit diesem aber nicht zusammenfällt, sofern es sich um einen Hörton handelt, dessen Frequenz keine Subharmonische der Abtastfrequenz ist. Im Anschluß daran wird die Aussendung der genannten Amplitudenwerte zyklisch wiederholt, das heißt es wird wieder mit der Aussendung des Amplitudenwertes Ao begonnen. Steuerungsmäßig ist ein derartiger Betrieb des digitalen Tongenerators einfacher als bei der genannten periodischen Verschiebung des Anfangswertes. Es entsteht hierbei zwar ein nicht streng sinusförmiger Ton, seine Frequenz entspricht aber der Anzahl der zwischen den Amplitudenwert Ao und Ax liegenden Ausleseschritten und ist damit eine Subharmonische der Abtastfrequenz, was auch für seine Oberwellen mit dem 2-, 3-, n-fachen dieser Frequenz gilt. Die Abweichung von der Sinusform ist physiologisch daher nicht störend, was auch für die Abweichung von der Sollfrequenz gilt, die je nachdem ob der genannte Amplitudenwert Ax vor oder nach dem Periodenende liegt, positiv oder negativ ist. Dafür ist aber das Auftreten von Quantisierungsgeräuschen verhindert.According to the invention, the following amplitude values are read out starting from the amplitude value Ao , with the omission of amplitude values corresponding to the desired audio tone frequency, until an amplitude value Ax is reached which directly or indirectly precedes or follows the amplitude value Ae marked at the end of the period, but does not coincide with it, provided that it is an audio tone whose frequency is not a subharmonic of the sampling frequency. After this, the transmission of the amplitude values mentioned is repeated cyclically, i.e. the transmission of the amplitude value Ao is started again. In terms of control, this type of operation of the digital tone generator is simpler than with the periodic shift of the initial value mentioned. This does indeed produce a non-strictly sinusoidal Tone, but its frequency corresponds to the number of reading steps between the amplitude values Ao and Ax and is thus a subharmonic of the sampling frequency, which also applies to its harmonics with 2, 3, n times this frequency. The deviation from the sinusoidal shape is therefore not physiologically disturbing, which also applies to the deviation from the target frequency, which is positive or negative depending on whether the amplitude value Ax lies before or after the end of the period. However, the occurrence of quantization noise is prevented.

Claims

Method for suppressing quantization noise which is superimposed on sinusoidal audible tones during their transmission in a digital telecommunications system, provided that the frequency of the audible tones is not a subharmonic of the sampling frequency underlying the operation of the telecommunications system, characterized in that such audible tones are generated using a digital tone generator in such a way that the same amplitude values are emitted in periodic repetition from coded amplitude values (Ao to Ae) contained in a memory of the digital tone generator for forming sinusoidal tones, which are selected in such a way that after a digital-analog conversion a sequence of sinusoidal oscillation trains which are broken off before reaching the zero value at the end of the period or after passing through it is created.