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Verfahren zur Nachrichtenübertragung unter Anwendung einer Frequenzbandverengung
Bei der Nachrichtenübertragung über elektrische Übertragungswege, beispielsweise
Kabel, können mit Vorteil Verfahren unter Anwendung einer Frequenzbandverengung
benutzt werden, d. h. am Eingang des elektrischen Übertragungsweges erfolgt eine
Frequenzpressung und am Ausgang wiederum eine entsprechende Frequenzdehnung. Auf
diese weise läßt sich eine bessere Ausnutzung der elektrischen Übertragungswege
ermöglichen.
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Es ist bereits bekannt, das zu übertragende Frequenzband in höhere
Frequenzen herauf zu transponieren und dann ein Bandfilter vorzusehen, welches aus
dem vor dem Frequenzbereich des Bandfilters gewobbelten Frequenzband jeweils einen
Teil herausschneidet, der über den Übertragungsweg dem Ausgang zugeführt wird, wo
eine entsprechende Frequenzumsetzung vorgenommen wird. Ferner ist bereits ein Verfahren
zur Änderung der Frequenzbandbreite elektrisch übertragener Nachrichten unter Verwendung
von Zeitdehner- bzw. Zeitrafferanordnungen bekanntgeworden, bei dem das in seiner
Frequenzbandbreite zu verändernde Frequenzgemisch außer einer Zeitdehnung bzw. Zeitraffüng
einer Phasen- oder Frequenzmodulation unterworfen wird. Dieses Verfahren benutzt
als Zeitdehner- oder Zeitrafferanordnungen elektrische Siebketten, künstliche Leitungen
oder Schallröhren, an denen galvanisch, elektrisch, magnetisch oder akustisch angekoppelte
Koppler entlanglaufen oder an denen hintereinander angeordnete Anschlußstellen fortlaufend
elektrisch, magnetisch oder mechanisch umgeschaltet werden, Es läßt sich theoretisch
feststellen, daß bei sämtlichen Verfahren zur Frequenzbandverengung der
Sprache
ein Teil der Sprachfunktion f (t) unterdrückt werden muß: Eine -auf das -Frequenzband
0 bis B beschränkte Zeitfunktion f (t) läßt sich bekanntlich mathematisch in folgender
Form darstellen:
Diese Entwicklung besagt, daß eine derartige Funktion durch eine diskrete Folge
von Probewerten der Funktion, die zu Argumentwerten im Abstand
gehören, eindeutig festgelegt ist. In ein T Sekunden langes Zeitintervall fallen
demnach zwei BT Probewerte der Funktion. .
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,Jede Methode zur Frequenzbandverengung der Sprache läuft darauf hinaus,
eine auf ein kleineres Band 0 bis b (wobei b < B) beschränkte
Funktion f" (t)
zu erzeugen,. die in derselben Zeit möglichst denselben Nachrichteninhalt
übermitteln soll, wie die von der ursprünglichen Sprache erzeugte Funktion
-f (t).
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Die Funktion f" (t) läßt sich entsprechend (i) in der Form
entwickeln. - Sie ist durch eine diskrete . Folge von Probewerten festgelegt, die
zu Argumentwerten im Abstand
gehören. In ein T Sekunden langes Zeitintervall fällen demnach zwei bT-Probewerte
der Funktion f" (t).
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Da von einer für Telephoniezwecke_geeigneten Methode zur Frequenzbandverengung
der Sprache gefordert werden muB, daß der zeitliche Ablauf nicht geändert wird und
ZbT<2BT ist, ist es unmöglich,- f (t) nachrichtentechnisch eindeutig auf f"
(t) abzubilden. Diese Unterdrückung geschieht aber bei allen bisher bekanntgewordenen
Methoden zwar- nach einem für die betreffende Methode charakteristischen Prinzip,°jedöch.ohne
jede Rücksicht darauf, ob der unterdrückte Teil für den Nachrichteninhalt der Sprache
besonders wesentlich ist oder nicht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachrichtenübertragung unter
Anwendung einer Frequenz-. bandverengung, welches sich dadurch auszeichnet, daß
-solche Teile von der gegebenen Sprachfunktion zur Unterdrückung ausgesucht werden
können, die für den Nachrichteninhalt nicht wesentlich sind. Nach der Erfindung
_ wird die Frequenzbandverengung sprachgesteuert. Mit besonderem Vorteil können
also nur solche Teile der Sprachfunktion der Frequenzbandverengung unterworfen und
übertragen werden, in denen sich das Zeitfrequenzspektrum merklich ändert. Zur Unterdrückung:
kommen somit vorzugsweise die Vokale in Betracht, da in der Länge der Vokale in
jeder Sprache eine Weitschweifigkeit steckt. Die während eines langgesprochenen
Vokals. erzeugten Probewerte tragen nichts zu dem durch die Sprache zu übermittelnden
Nachrichteninhalt bei. Sie erleichtern lediglich ihre Verständlichkeit in dem Sinne,
wie eine langsam gesprochene Sprache leichter zu verstehen ist, als eine schnell
gesprochene.
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Da bei dem Verfahren nach der Erfindung nur solche Teile; in denen
sich das Zeitfreqüenzspektrum merklich ändert, der. Frequenzbandverengung unterworfen
und übertragen werden, kommen also beispielsweise hierfür die Konsonanten und die
Anfänge der Vokale und langgezogenen tischlaute oder die Übergänge von einem Vokal
zu einem anderen in Betracht. Der Anfang eines konstanten Spektrums wird immer noch
mit übertragen. Der unterdrückte Rest am Empfangsort kann somit gegebenenfalls in
einfacher Weise durch eine ein- oder mehrfache Wiederholung des Anfangs rekonstruiert
werden. Auf diese Weise läßt sich eine Verbesserung der Verständlichkeit am Ausgang
erreichen. Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich eine etwa
zehnfach bessere Ausnutzung der elektrischen Übertragungswege - ermöglichen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an dem in den Abbildungen
in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Bei der in der Abb. i dargestellten Schaltungsanordnung wird am Sendeort
die Sprachfunktion mit der Bandbreite B auf eine an ihrem Ende El mit ihrem Wellenwiderstand
abgeschlossene Verzögerungskette K, gegeben. Diese Kette hat eine genügend hohe
Grenzfrequenz und ist so lang bemessen, daß in ihr in jedem Zeitmoment ein hinreichend
Langes Stück der Sprachfunktion gespeichert vorliegt. Als hinreichend lang ist hierbei
die bei mittlerer Sprachgeschwindigkeit sich ergebende Länge eines Konsonanten und
ein zur Charakterisierung des darauffolgenden Vokals oder langgezogenen tischlautes
notwendiges Zeitintervall anzusehen.
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Auf der Kette K, befinden sich in gleichmäßigen, einer Laufzeitdifferenz
von entsprechenden Abständen Abgriffe Al', A2 . . .
A",', die mit den ebenfalls gleichmäßig auf einer Kette K2 verteilten Abgriffen
A.1", A2" . . : An" über Schaltorgane Si, S2... Sn. verbunden sind. Die Kette
K2 ist an ihrem Anfang A2 mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen. Die Gesämtverzögerungszeit
der Kette K2 ist das a-fache derjenigen der Kette Ki, wobeia der Reziprokwert des
Faktors ist, um den das Frequenzband der Sprache komprimiert wird. Es ist also
Die Spannung am Ende der Kette K; wird leistungslos einer Vorrichtung R zugeführt,
die auf die Änderung des Spektrums von f (t) reagiert und im Augenblick einer
hinreichend starken Änderung einen sehr ,kurzen Impuls abgibt. Dieser Impuls öffnet
kurzzeitig gleichzeitig sämtliche Schalter S1 . . . S,Z. Dadurch gelangen an die
Stellen A,"... .An" der Kette K2 kurze Impulse, deren Höhe
den in dem Schaltmoment an den Stellen A;'... A,i der Kette K1 befindlichen
Werten von f (t) proportional sind.
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Auf der Kette K2 wandern diese Impulse in einem zeitlichen Abstand
von
Sie bestimmen also eindeutig eine auf das Frequenzband 0 bis b beschränkte Funktion,
die man in bekannter Weise
dadurch erhält, daß man die Impulse über
einen Tiefpaß F von der Bandbreite b leitet.
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Auf der Empfangsseite befindet sich praktisch die gleiche Vorrichtung.
Es sind lediglich die Ketten K1 und K2 miteinander vertauscht, und der Tiefpaß F
erhält die Grenzfrequenz B. Die Steuervorrichtung R reagiert auf der Empfangsseite
einfach auf die Anfänge der ankommenden Wellenpakete.
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Damit entsteht auf der Empfangsseite eine stückweise Rekonstruktion
der auf der Sendeseite aufgesprochenen Funktion f (t). Da aber diü fehlenden Stücke
nur Zeitintervallen mit unveränderlichem Zeitfrequenzspektrum entsprechen, können
sie in bekannter Weise durch eine Vorrichtung, die einen Teil des letzten Intervalles
wiederholt, aufgefüllt werden.
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Die Steuervorrichtung R setzt auf der Empfangsseite die Wiederholeinrichtung
für die Dauer des Eintreffens eines Wellenpaketes außer Betrieb. Die Steuervorrichtung
R kann beispielsweise gemäß Abb. 2 und 3 ausgebildet werden. Der zur Steuerung zu
verwendende Sprachanteil wird durch ein Bandfilter F ausgesiebt. Darauf werden in
einer Differenzierschaltung y' Impulse erzeugt, die nach entsprechender Umkehrung
und Verstärkung die Schalter S1 ... S" betätigen.
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Die Differenzierschaltung y' ist bekannt und in der Abb.3 dargestellt.
Das aus dem Filter erhaltene Sprachband erzeugt über die z. B. Graetz-Gleichrichterschaltungen
Gleichspannungen, die über Widerstände R1, R2 die Kondensatoren Cl, C2 aufladen.
Dabei sind die Gleichrichter so geschaltet, daß die Spannungen an den Kondensatoren
entgegengesetzte Polarität besitzen. Die Zeitkonstanten der beiden RC-Glieder sind
verschieden (-cl < z2). Dadurch wird erreicht, daß bei Amplitudenänderungen (positiv
oder negativ) des Sprachanteils, die schneller vor sich gehen als es den Zeitkonstanten
z1 entspricht, der Spannungsanstieg bzw. -abfall an den Kondensatoren verschieden
groß wird, d. h. es tritt an den Punkten A und B eine Differenzspannung 4- A U auf.
Aus dieser können in bekannter Weise durch Verstärken, Begrenzen und weiteres Differenzieren
die erforderlichen Impulse erzeugt werden. Damit bei allen Sprachänderungen Impulse
ausgelöst werden, wird diese Steuervorrichtung doppelt ausgeführt dergestalt, daß
aus dem Sprachband an der oberen, z. B. 27oo bis 3ooo Hz, und unteren, z. B. 3oo
bis 6oo Hz, Grenze Sprachanteile durch Bandfilter herausgeschnitten werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann nicht nur in der Weise durchgeführt
werden, daß Laufzeitketten zur Frequenzpressung bzw. -dehnung benutzt werden. Es
können natürlich auch andere bekannte Zeitdehner- bzw. Zeitrafferanordnungen, beispielsweise
Speicherröhren, zur Anwendung kommen.