DE2152280B2 - Sprach-multiplex-vorrichtung zur mehrfachnutzung von fernsprechkanaelen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprach-Multiplex-Vorrichtung bzw. Vorrichtung zur Mehrfachnutzung von Sprachkanälen zur Verwendung im Verein mit mehreren Spracheingangsquellen, und mit einer mit den Spracheingangsquellen verbundenen Einrichtung zum Ermitteln ihres Tätigkeitszustandes, einer Einrichtung zum Umwandeln der analogen Sprechwellenformen von den Quellen in digitale Daten und einer Einrichtung zum Erzeugen einer vorherbestimmten Datenbitfolge.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Mehrkanalbetrieb von Fernsprechkanälen, nämlich ein System zur Verminderung der für <:ine gegebene Sprachumwandlungsqualität erforderlichen Bitfolge je Kanal unter Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die im folgenden als VRAM (variable rate asynchronous multiplexing = asynchrone Mehrfachnutzung mit variabler Folge) bezeichnet wird.

Die Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit von Nachrichtenübermittlungssystemen werden seit langem von Bandbreitenrücksichten beherrscht. Im Interesse einer wirtschaftlicheren Nutzung von Sprachübertragungsmedien sind bereits mehrere Verfahren zur Verminderung der für die Übertragung einer gegebenen gesprochenen Nachricht erforderlichen Bandbreite entwickelt worden. Es ist bekannt, die stillen Intervalle (Pausen) zu nutzen, die die Energieausbrüche im Geräusch der normalen Rede trennen. Bei bekannten Systemen nach diesem Vorschlag wird die gesprochene Nachricht in die stillen Intervalle interpoliert, so daß bei einer gegebenen Frequenzbandbreite mehr Nachrichten übermittelt werden können. Zwei Beispiele solcher Systeme zur Verminderung der Übertragungskanalbandbreite durch Redeinterpolation sind in den US-PS 25 41932 (A. E. Melhose, 13. Februar 1951) und 28 70 260 (R. G ü η t h e r, 20. Januar 1959) beschrieben. Generell sind diese Systeme unter der Bezeichnung T.A.S.I. (Time Assignment Speech Interpolation = Sprachinterpolation mit zeitlicher Zuordnung) bekannt. Den bekannten Systemen des beschriebenen Typs zur Verminderung der Bandbreite ist gemeinsam, daß ein Energieausbruch in dem Sprachsignal eines Teilnehmers in eine Zeitspanne eingeschoben wird, die mit einem stillen Intervall oder Hiatus in dem Sprachsignal eine« anderen Teilnehmers zusammenfällt. Da die zeitlichen Lücken je Leitungsseite nahezu 60% der verfügbaren Zeit darstellen — 50% entfallen auf das Zuhören und 10% auf Intervalle zwischen Wörtern und Sätzen — kann eine Anzahl von Übertragungskanälen zwischen zwei Punkten eine erheblich größere Anzahl von Teilnehmern versorgen. Die Sprachinterpolationssysteme vermindern daher den Bedarf an Bandbreite für den Nachrichtenübermittlungsdienst zwischen zwei Punkten, da bei herkömmlichen Sprachübertragungssystemen die Zahl der Teilnehmer typischerweise die Anzahl der verfügbaren Kanäle nicht überschreiten kann. Anstatt dessen kann durch diesen Typ von

Systemen eine kleinere Bandbreite je Kanal erzielt werden. Es ist jedoch offensichtlich, daß- bei solchen Anordnungen für die Sprachinterpolation eine Wirtschaftlichkeit der Übertragung n^r während der Zeitspannen verwirklicht werden kann, in denen die Anzahl der Teilnehmer die Anzahl der Kanäle überschreitet, denn nur in solchen Zeiträumen werden stille Intervrüe genutzt Gleichzeitig gibt dies jedoch AnIaB zu momentanem »Ausfrieren« wenn die Nachfrage nach verfügbaren Kanälen groß ist

Bei einem anderen Typ von Systemen zur Verminderung der Bandbreite wird die Bandbreite auf Kosten jedes einzelnen Gespräches anstatt auf Gruppenbasis vermindert, so daß die Bandbreite ohne Rücksicht auf die Anzahl der sprechenden Teilnehmer in einem beliebigen Augenblick erhalten bleibt Eines der ältesten Verfahren zur Verminderung der für die Übertragung eines einzelnen Zwiegesprächs erforderlichen Bandbreite ist in der US-PS 18 36 824 (J. C S t e i η b e r g, 15. Dezember 1931) offenbart Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Sprache aus zwei grundlegenden Geräuschtypen, nämlich aus Selbstlauten und Mitlauten besteht und daß das Sprachgeräusch eines Selbstlautes ein Energiespektrum hat in dem im wesentlichen die ganze Energie durch Komponenten niedriger Frequenz übertragen wird, während andererseits ein Mitlaut ein Energiespektrum hat in dem im wesentlichen die ganze Energie durch Komponenten hoher Frequenz übertragen wird. Da diese zwei Geräusche unterschiedlicher Frequenz nicht gleichzeitig auftreten, werden nach Steinberg diese beiden Geräuschtypen auf Zeitbasis getrennt, und eine Verminderung der Bandbreite wird dadurch erzielt, daß die Mitlautkomponenten niedriger Frequenz und die Selbstlaufkomponenten hoher Frequenz ausgeschieden werden. Dieses System ist zwar wirtschaftlich, führt jedoch leider zu einer Qualitätsminderung der übertragenen Sprache.

Ein anderes System zur Vermindertung der Bandbreite ist in US-PS 3158693 (J. L. Flanagan, 24. November 1964) beschrieben, nach dem die Bandbreitenverminderung, wie bei T.A.S.I. auf der Tatsache beruht, daß aktive Sprachausbrüche, die Silben oder Wörter darstellen, nur einen Teil der Gesamtzeit einnehmen, während der Rest des scheinbar fortlaufenden Redeflusses in Wirklichkeit aus stillen Intervallen besteht. Nach Flanagan wird die Bandbreite vermindert, indem die Sprachausbrüche in zwei Frequenzbänder, ein hohes und ein niedriges, zerlegt werden und von diesen das eine sofort übertragen und das andere verzögert wird und schließlich der Vorgang am anderen Ende reversiert wird. Dieser Typus einer Anordnung erfordert jedoch häufig den Verzicht auf Teile des Frequenzbandes, die die erwarteten verzögerten Teile überschreiten, so daß die Sprachqualität leidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese angedeuteten Nachteile herkömmlicher Systeme der beschriebenen Typen zu beseitigen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mit der Vorrichtung zum Erzeugen der Datenbitfolge und der Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes gekoppelte Einrichtung zum Aufteilen der vorherbestimmten Bitfolge in Abhängigkeit von den tätigen Sprechquellen und zum möglichst gleichmäßigen Verteilen der Datenbitzeiten auf die aktiven Kanäle.

Die Erfindung überwindet den hohen Bandbreitenbedarf für digitalisierte Sprechkanäle durch Verminderung der für eine gegebene Qualität der Sprachumwandlung

erforderlichen Bitfolge je KanaL

Die Erfindung schafft eine Anordnung des angedeuteten Typs, die nicht von einer Schwankung der Folge der Nachrichtenübermittlung abhängt, d-h, die Nachrichtenübertragungsfolge für einen beliebigen Kanal ist konstant

Dies wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung erzielt, die verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich ist und die aus herkömmlichen und leicht erhältlichen Bausteinen zusammengesetzt ist

Die Technik der asynchronen Mehrfachnutzung mit variabler Folge gemäß der Erfindung unterscheidet sich von allen oben beschriebenen Techniken und beruht auf einer Eigentümlichkeit des hörenden Menschen, die in diesem Zusammenhang bisher nicht bemerkt noch wirksam genutzt worden ist Im menschlichen Ohr werden Geräuschschwingungen in der Ohrmuschel gesammelt und dann durch Luft in dem Gehörgang weitergeleitet Das Trommelfell wird in Schwingungen versetzt, und die mechanischen Auslenkungen werden durch kleinste, gelenkig verbundene Knöchelchen zu einem Durchlaß an der Basis der Schnecke übertragen, worauf die Schwingungen der Schnecke in dem Cortischen Organ in Nervenimpulse umgewandelt werden, das ein Komplex von Wahrnehmungszellen an der Bodenmembran ist Die geringfügigen Schwingungen können wahrgenommen werden, wenn die Lymphe eine Verschiebung von kaum mehr als dem Durchmesser eines Wasserstoffatomes erfährt

Die beschriebene Ansprechcharakteristik des menschlichen Ohres ist derart, daß beim Hören der gefilterten Rekonstruktion einer Wellenform, von der Proben genommen wurden und mit einer schnell wechselnden Folge digitiert wurden, die Gehör-Gehirn-Kombination der rekonstruierten Wellenform eine Qualität zuschreibt, die annähernd äquivalent dem Durchschnitt der unterschiedlichen Qualitäten ist, die den verschiedenen Schrittfolgen der Probenahme zugeordnet sind.

Die im folgenden beschriebene Erfindung nutzt diese Eigenschaft des Gehörs, und dies führt zu einer Technik, die weit weniger kompliziert als die oben beschriebenen Systeme ist und durch die für die Übertragung digitierter Sprache eine erhebliche Bandbreitenverminderung erzielbar ist.

Abgesehen von den auffälligeren wirtschaftlichen Vorteilen dieser »VRAM«-Technik krankt das System gemäß der Erfindung nicht an den Unzulänglichkeiten der bekannten Systeme, bei denen eine Interpolation in den Sprechpausen vorgenommen wird. Ein Ausfrieren oder Beschneiden von Wörtern oder Sätzen, zu dem solche Systeme von Natur aus neigen, kann dort nur unter erheblichem Aufwand und unter erhöhter Kompliziertheit vermieden werden. Die Gefahr des Ausfrierens besteht bei dem System gemäß der Erfindung nicht, und Wörter und Sätze werden niemals in nennenswertem Maß beschnitten, noch gehen Wortoder Satzteile bei Belastung verloren. Infolgedessen erreicht das System gemäß der Erfindung eine Leistung mit hoher Qualität in unkomplizierter Weise und ist daher wirtschaftlich und vorteilhaft gegenüber bekannten Systemen, die auf die gleiche Wirkung abzielen.

Zur Erleichterung des Verständnisses des asynchronen Mehrfachnutzung mit variabler Schrittfolge sei ein System mit »n« Kanälen angenommen, bei dem »n« Teilnehmer sprechen. Wie erwähnt, werden normalerweise nur 40% der Zeit von einer sprechenden Person zum Ausprechen von Wörtern aufgewendet und

erfordern die Umwandlung für die Übertragung. Die restlichen 60% nehmen Pausen zwischen den Wörtern und Silben sowie das Zuhören ein. Durchschnittlich sprechen also in Wirklichkeit nur 0,4 η Teilnehmer in einem gegebenen Augenblick.

In einem digitalisierten System muß die Sprache jedes Teilnehmers in ein digitales Format umgewandelt werden. Bei dem Sprechsystem gemäß der Erfindung werden nun die Stimmwandler nicht mit unveränderlicher Schrittfolge getaktet, sondern mit veränderlichen Schrittgeschwindigkeiten, die genügend rasch wechseln, so daß das menschliche Ohr und Gehirn die einzelne Probenahmegeschwindigkeit nicht feststellen kann, sondern lediglich die Gruppen- oder Durchschnittsqualität wahrnimmt. Es hat sich gezeigt, daß eine Probenahmegeschwindigkeit, die sich in Zeitabständen von 1 ms ändert, dem Wahrnehmungsvermögen des Gehör-Gehirn-Komplexes bereits entzogen ist und dazu führt, daß das Mittel gebildet wird.

Bei dem »VRAM«-Sprechsystem ist die Probenahmegeschwindigkeit für jeden Modulator eine Funktion der Anzahl der Teilnehmer in einem beliebigen gegebenen Augenblick. In einem System mit 10 Kanälen können von 0 bis 10 Teilnehmer sprechen, die durchschnittliche Anzahl (die sich aus der obigen Formel ergibt) ist jedoch vier. Wenn nur ein Teilnehmer spricht, ist sein Modulator mit einer Schrittgeschwindigkeit getaktet, die dem gesamten Datenfluß (der Bitfolge), geteilt durch 1 gleich ist. Der Datenfluß ist die Anzahl der Bits je Sekunde, die für die digitierte Umwandlung aller die Gruppe bildenden Sprechkanäle (in diesem Fall 10) verfügbar ist Wenn während eines nachfolgenden Augenblickes gleichzeitig acht Personen sprechen, so ist die Probenahmegeschwindigkeit für jeden der entsprechenden acht Modulatoren der gesamte Datenfluß geteilt durch 8.

Daraus ergibt sich für den Fachmann, daß die Kanäle in wiederkehrenden Zeitabständen durch Signalabfühlschaltungen abgetastet werden müssen, um festzustellen, welche Kanäle sich in Benutzung befinden. Wie oben erwähnt, sind Intervalle von 1 ms ausreichend kurz, um eine durchschnittliche Qualität zu gewährleisten. Die gleichen Intervalle sind auch genügend kurz, um sicherzustellen, daß keine bedeutsame Sprachnachricht zwischen den Abtastvorgängen verlorengeht

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt

Fig. la und Ib sind schematische Blockdiagramme zur Veranschaulichung des VRAM-Senders und des VRAM-Empfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines digital kompandierten Delta-Sigma-Modulators, der in dem betreffenden Kästchen in F i g. 1 verwendet werden kann;

Fig.3 ist ein schei.iatisches Blockdiagramm eines stimmbetätigten Schalters zur Verwendung gemäß der Erfindung;

Fig.4 veranschaulicht schematisch in Blockform einen einstellbaren Ringzähler zur Verwendung bei dem Sender gemäß F i g. la;

Fig.5 ist eine Einzelheit der Formatregister zur Verwendung bei der Ausführungsform gemäß Fig. la und Ib;

Fig.6 veranschaulicht schematisch einen digital kompandierten Delta-Sigma-Demodulator zur Verwendung in dem Empfänger gemäß F i g. Ib, und

F i g. 7 veranschaulicht die Beziehung der logischen Zeitsteuerung zwischen Ti, T₂, T₃, Ά und C₅ in Fig. la und Fig. Ib.

Zur Veranschaulichung einer Ausführtingsform der Erfindung wurde eine spezifische Schaltungsanordnung ausgewählt, die auf der Technik der digital kompandierten Delta-Sigma-Modulation beruht; es ist jedoch zu bemerken, daß die dargestellten Anordnungen lediglich als Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform zu verstehen sind.

Gemäß Fig. la und Ib werden die Signale von Sprachquellen 1 bis N (nicht dargestellt) zunächst in zugeordnete Signalformerkreise 101 bis lONeingeführt, die in herkömmlicher Weise die Nachricht durch Eingangsvorverzerrung, Amplitudenbegrenzung und Filtern gesondert in dem gewünschten Frequenzbereich trennen. Die von den betreffenden Signalformungsschaltungen ausgehenden Signale werden den Analog-Digital-Konvertern 201 bis 2ON zugeführt. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Analog-Digital-Umsetzer Delta-Sigma-Modulatoren vom digital kompandierten Typ, die durch Taktimpulse gesteuert sind, die vom einstellbaren Ringzähler 30 geliefert werden und an den betreffenden Konvertern erscheinen.
Um zu bestimmen, welche Sprechsignalqueilen sich im Betrieb befinden, ist mit jedem Umsetzer ein stimmbetätigter Schalter 401 bis 4ON verbunden. Es ist also zu sehen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die stimmbetätigten Schalter nicht direkt von der ankommenden Welle steuerbar angeschlossen sind, sondern die Kompandierungsschleife des Delta-Sigma-Modulators genutzt wird. Ein Beispiel eines solchen Modulators ist in F i g. 2 gezeigt F i g. 2 zeigt einen Delta-Sigma-Modulator, in dem ein Spannungspunkt (a) besteht, der der durchschnittlichen Amplitude der Sprachhüllkurve folgt Die Spannung an diesem Punkt ist zweiweggleichgerichtet so daß sie eine ideale Spannung zur Nutzung bei der Bestimmung des Vorhandenseins oder des Fehlens eines Sprachsignals darstellt Der Spannungspunkt (a) wird als Zapfstelle für die Speisung eines stimmbetätigten Schalters verwendet, von dem F i g. 3 ein Beispiel zeigt Es handelt sich um eine herkömmliche Schaltanordnung mit einem über einen Regelwiderstand R\ voreingestellten Schwellenwert. Die Spannung (a) wird einem Schalter zugeführt, der aus Transistoren Q\ und Q₂ sowie einem RC-Filter besteht. Dieser Typ einer Schalterausbildung bietet von Natur aus den Vorteil, daß der Schalter infolge eines eingehenden Lärmgeräusches allein nicht eingeschaltet bleibt Das Ausgangssignal einer logischen Vergleichsschaltung 33 ist in herkömmlicher Weise derart eingerichtet, daß es niedrig ist wenn die Spannung (a) den voreingestellter Schwellenwert überschreitet, wodurch angezeigt wird daß ein Sprachsignal vorhanden ist

Die Ausgänge der stimmbetätigten Schalter (deren je einer jedem Umsetzer zugeordnet ist und), die ah logische Ausgänge bezeichnet werden können, speiser die auslösbaren Speicher eines einstellbaren Ringzäh lers 30. Ein Beispiel eines solchen Ringzählers ist ir F i g. 4 gezeigt Einmal in jeder Millisekunde steuert eil Taktimpuls Γι die Speicherfallen 501 bis 50N an um ermöglicht die Speicherung der ihnen von den zugeordneten stimmbetätigten Schalter 401 bis 40t¹ dargebotenen Nachricht ht Der primäre Ausgang »Qi der Speicher wird in herkömmlicher Weise durcl negierte UND-Gatter π (NAND gates) zur Bildunj eines Ringzählers mit Flip-Flop-Schaltungen 601 bi 6ON genutzt die den aktiven Kanälen entsprechen. Dii dargestellte Anordnung ist ein herkömmlicher Ringzäh

ler, der derart angeordnet ist, daß, wenn ein Speicher bzw. Schalter (latch) einen nicht aktiven Kanal anzeigt, die betreffende Flip-Flop-Schaltung 601 bis 60JV wirksam aus der Ringanordnung abgezogen wird, wie dies bei Betrachtung der F i g. 4 zu erkennen ist.

Zu Beginn jeder Millisekunde stellt ein Zeitsteuerungsbefehl 7Ϊ !»amtliche Flip-Flop-Schaltungen des Rings vor ein. Vorzugsweise führt zu diesem Zeitpunkt der Zeitsteuerungsimpuls bzw. Taktimpuls T2 einen »niedrigen« Zustand in die erste Flip-Flop-Schaltung des Ringes, beginnend von 601, ein, deren Speicher anzeigt, daß der zugeordnete Kanal sich in Tätigkeit befindet. Weitere Zeitsteuerungsimpulse Ti bewirken, daß der eingeführte niedrige Zustand der Reihe nach durch die aktiven Stufen der Flip-Flop-Schaltungen 601 ... 60Λ/ hindurchgeführt wird. T₃ erscheint mit der Schrittfolge des Systems, jedoch wird zu jedem P-ten Bitzeitpunkt ein Impuls ausgelassen. Dieser »fehlende« Impulse wird in der Pufferschaltung für die Unterbringung von Format- und Synchronnachrichten genutzt. Der andere Ausgang ζ5 der Flip-Flop-Schaltungen gestattet die Anschaltung bzw. Aktivierung der Gatter »0« durch den »niedrigen« Zustand, die in herkömmlicher Weise die Zulieferung der Taktimpulse zu den zugeordneten aktiven Delta-Sigma-Modulatoren ermöglichen.

Um zu gewährleisten, daß die Delta-Sigma-Modulatoren bereit sind, auf die Sprachsignale anzusprechen, sind die Schalter bzw. Speicher 501 ... 50/V derart angeordnet, daß, wenn ein Speicher anzeigt, daß der zugeordnete Delta-Sigma-Modulator kein Sprachsignal empfängt, dieser Modulator die Impulsfolge Ti empfängt, so daß er. wie angedeutet, ungefähr auf Erdpotential genullt bleibt.

Die Speicher bzw. Schalter des einstellbaren Ringzäh- !ers sind auch derart angeordnet, daß sie das Formatregister 31 speisen, das eingehender in Γ i g. 5 gezeigt ist. Das Formatregister 31 ist ein herkömmlicher Baustein vom Typ des Parallel-Serien-Schieberegisters für die Aufnahme der Nachricht über den Betriebszustand des betreffenden Kanals vom Ringzähler 30 bei Auftreten eines Befehlssignals von der 2'eitsteuerungslogik 35. Das Synchronregister 32 ist ein weiterer herkömmlicher Baustein vom Typ des Parallel-Serien-Schieberegisters, der bei Auftreten eines Befehles von den Zeitsteuersignalen Ti und C₁ einen »hart-gedrahteten« (hardwired) Synchronisierungscode empfängt, der anschließend in dem Empfänger für Bildsynchronisierungszwecke verwendet wird. Die Format- und Synchrondaten werden bei Auftreten eines weiteren Befehls von der logischen Zeitsteuerungsschaltung zeitgerecht in die Kombinator-Pufferschaltung 33 eingeführt.

Der Kombinatorteil der Kombinator- und Pufferschaltung 33 besteht aus herkömmlichen digitalen Schaltungsbausteinen einer Parallel-Serien-Gatteranordnung, bei der die Datenbits aus den aktiven Modulatoren (Analog-Digital-Umsetzern) in zeitlicher Reihenfolge in einem seriellen Datenfluß gebracht und anschließend der Pufferschaltung zugeführt werden. Die Pufferschaltung besteht aus zwei Registern, in deren einem die aufeinanderfolgenden Datenimpulse zusammengesetzt werden und in deren anderem die Format- und Synchrondaten zusammengesetzt werdea Diese beiden Datenblocks werden getaktet aus dem System herausgeführt wobei vorzugsweise die Synchron- und Formatdaten den Daten des Analog-Digital-Umsetzers vorangehen. Diese Tätigkeit die die herkömmliche

wirtschaftliche Verfahrensweise der Umwandlung von Datenströmen einer Datenanordnung in einen Datenstrom einer anderen Datenanordnung ist, verschiebt die ineinandergeschachtelte Anordnung von Analcg-Digi- tal- und Format-Synchrondaten in eine Datenblockan- ordnung für die Übertragung. Die verschachtelte Anordnung ist ursprünglich erforderlich, um eine in vernünftigen Grenzen gleichmäßige Taktimpulsfolge zu den Analog-Digital-Umsetzern und somit eine Umsetzung guter Qualität aufrechtzuerhalten. Die Format- und Synchrondaten, für deren Unterbringung durch Benutzung des f-ten Datenbits der Wellenform T₃ in der bereits beschriebenen Weise gesorgt wurde, werden über die Pufferschaltung derart umgeordnet, daß sie zeitlich vor den Analog-Digital-Umsetzerdatep. auftreten. Der Fachmann erkennt, daß der Empfänger durch diese Maßnahme in die Lage versetzt wird, die Formatdaten dazu zu verwenden, daß er sich der jeweiligen Kombination aktiver Kanäle des Übertragungssystems anpaßt, bevor er die Kanaldaten empfängt. Die logische Zeitsteuerungsschaltung 35 ist eine herkömmliche Impulsformungsschaltung, die v~on dem Taktgeber 36 des Systems angetrieben ist. Die Beziehung zwischen den Ausgängen Γι, Tl 7j und Ta dieser Schaltung ist in F i g. 7 veranschaulicht.

Soweit das beschriebene System sich herkömmlicher Bauteile bedient, deren jeder für sich zwar in herkömmlicher Weise funktioniert, die jedoch derart angeordnet sind, daß sie in neuer Art gemäß der Erfindung zusammenwirken, wurden die Schaltungen nicht eingehend erläutert, sondern es wurden geeignete Beispiele von Bauteilen der in Rede stehenden Kategorie gezeigt. So zeigt F i g. 2 beispielsweise als bevorzugte Einrichtung zum Umsetzen der analogen Sprechnachricht in Digitaldaten einen digital kompandierten Delta-Sigma-Modulator.

Fig. Ib veranschaulicht wie der Fachmann erkennt, die lnverseschaltung oder Empfangsschaltung zum Wiederumsetzen der ineinander verschachtelten, in die richtige zeitliche Reihenfolge gesetzten, digital kompandierten Delta-Sigma-Signale in analoge Signale. Ein Beispiel eines digitalkompandierten Delta-Sigma-Demodulators zur Verwendung in einem Empfänger gemäß der Erfindung ist in F i g. 6 gezeigt. Wie zu erkennen, arbeitet der Empfänger gemäß der Erfindung (VRAM-Empfänger) umgekehrt wie der Sender, die der Reihe nach eingehenden, verschachtelten Signale werden entflochten (dekombiniert) und in der Pufferschaltung 40 gespeichert und den Demodulatoren 701 ... 70Λ/ (in diesem Fall Digital-Analog-Umsetzern] zugeführt wo sie den Signalformerschaltungen 801 .. SON unter der Steuerung des einstellbaren Ringzähler: 30' und Formatregisters 31' zugeführt werden. Die Einrichtungen, die sowohl im Sender als auch irr Empfänger die Ereignisse in die richtige Reihenfolge bringen, bestehen aus dem Systemtaktgeber, dei logischen Zeitsteuerungsschaltung und der Kombina tor-(bzw. Dekombinator-) und Pufferschaltung. Dies« Schaltungsanordnung besteht aus herkömmlichen Zähl werken, Decodierern bzw. Demodulatoren und Schiebe registem.

Wie der Fachmann ebenfalls erkennt, ist e: erforderlich, den Sender und Empfänger auf Normzeit basis zu verriegeln. Die Schaltungsanordnung hierfü besteht aus herkömmlichen Synchronisierungsschaltun gen sowohl für die Bilder als auch die Bits, die, wie ii F i g. Ib gezeigt, in einer Schaltung angeordnet sind.

Der Bitsynchronisator 39 nimmt aus dem ankommen

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den DaienfluS die Systcrntaktsignale C auf. Eine solche Schaltungsanordnung wird in herkömmlicher Weise durch die Anwendung der normalen phasenstarren Schleifentechnik ergänzt. Der Bildsynchronisator 38 ist aus herkömmlichen Digitalvergleichsschaltungen zusammengesetzt. Wenn das von dem Sender gesendete Synchronisierungscodewort durch den Bildsynchronisator hindurchgeht, zeigt die Digitalvergleichsschaltung das Vorhandensein des Synchronisierungswortes an, indem sie an die Zeitsteuerungslogik einen Impuls sendet, der den Empfänger auf der richtigen Zeitbasis fesitlegt. Sollte die Bildsynchronisierungsschaltung nach Abtastung einer bestimmten Zeitlücke während einer genügenden Zeitspanne das Synchronisierungscodewort nicht finden, verschiebt sie ihre Abtastzeit um eine Bitperiode, so daß eine Abtastung des Datenflusses erfolgt, die es der Bildsynchronisierungsschaltung gestattet, das Synchronisierungscodewort aufzufinden und sich darauf aufzuschalten. Außerdem enthält die Bildsynchronisierungsschaltung 38 herkömmlicherweise zusätzliche Digitalschaltungen zum Schutz gegen Fehlsynchronisierung (Aufschaltung auf zufällige Daten, die dem Synchroncodewort zufällig ähnlich sind) sowie Schaltungen zum Schutz gegen unerwünschten Synchronisierungsverlust (Verlust der Synchronisierung infolge von Geräuschen), die die Identifizierung des Syhchrondecodewortes stören.

Fig. 7 veranschaulicht die Formen und die zeitliche Abstimmung. Es ist ersichtlich, daß T₃ und C₁ mit der einzigen Abweichung übereinstimmt, daß im ersteren jeder P-te Impuls herausgenommen ist, um die Format- und Synchrondaten unterzubringen. T₄ ist, wie gezeigt, ein Impuls mit zwei Pegeln; beim niedrigen Pegel gestattet T₄ das Einführen von Aktivitätsdaten in das Formatregister, während es auf dem hohen Pegel die Verschiebung der Daten in das Datenregister der Kombinator- und Pufferschaltung gestattet.

Bei einer typischen Betriebsweise würde die Sprache jedes Teilnehmers durch den der betreffenden Sprachquelle zugeordneten digital kompandierten Delta-Sigma-Modulator in ein Digitalformat umgewandelt. Wie erwähnt, ist die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme durch den Delta-Sigma-Modulator schnell veränderbar, und die Qualität der Sprachumwandlung folgt dieser Schrittgeschwindigkeit. Je höher die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme ist, um so besser ist die Qualität. Wenn beispielsweise die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme von Millisekunde zu Millisekunde zwischen 2OkBd (kbs) und 3OkBd wechselt beträgt die Schrittgeschwindigkeit der Probenahme im Durchschnitt 30 kBd. Die Qualität die das menschliche Gehör wahrnimmt würde ungefähr der Qualität entsprechen, die ein Modulator bei einer konstanten Meßfolge von 3OkBd liefert. Dies wäre allerdings nur annähernd richtig, da die Qualität des Modulators keine rein lineare Funktion der Schrittgeschwindigkeit der Probenahme ist.

Wenn angenommen wird, daß im Durchschnitt vier Personen sprechen, ist die durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit der Probenahme für einen beliebigen der Modulatoren annähernd gleich der gesamten Datenfolge (die eine Funktion der an den einstellbaren Ringzähler angelegten Antriebsimpulse ist) geteilt durch vier. Wenn also die gesamte Datenfolge 120 kBd beträgt, beträgt die durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit der Probenahme für die Modulatoren 120:4 = 30kBd.

Die in Benutzung befindlichen Kanäle werden durch die Signalfühlschaltungen in Abständen von jeweils 1 ms ermittelt. Um den Empfänger in die Lage zu versetzen, der Abtasttätigkeit des Senders zu folgen, wird die jede Millisekunde erhaltene Kanalzustandsnachricht (ob in Benutzung oder nicht) ebenfalls in jeder Millisekunde einmal übertragen. Diese Kanalzustandsnachricht würde aus einem Formatbit für jeden Kanal zuzüglich einer beliebigen gegebenenfalls erforderlichen Codierung, die von der umgebungsbedingten Fehlergefahr abhängt bestehen. Die Formatbits bezeichnen den Zustand jedes Kanals (z. B. bedeutet 1 »in Benutzung« und 0 »frei«). Es werden also je Millisekunde η Formatbits zuzüglich der Codierungsbits >.<> gesendet Zusätzlich wurden in jeder Millisekunde 5 Synchronisierungsbits übertragen. Wird nun angenommen, daß 5 Codierungsbits für ein System mit 10 Kanälen ausreichen und daß 5 Bits für Synchronisierungszwecke ausreichen, dann ist die gesamte Ausgangsbitfolge die Summe aus Datenfolge, Formatbitfolge, Codierungsbitfolge und Synchronisierungsbitfolge, d. i. 120+10 + 5 + 5 = 140 kBd.

Teilt man ηι·η die gesamte Bitfolge von 140 kBd durch die Anzahl der Kanäle, so erhält man für jeden Kanal eine durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit von 14 kBd. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß jeder Kanal etwa eine Qualität liefert, die annähernd gleichwertig derjenigen ist, die ein kompandierter Delta-Sigma-Modulator beim Betrieb mit einer konstanten Schrittgeschwindigkeit von 30 kBd liefert. Es ist ferner zu ersehen, daß die augenblickliche Probenahmeschrittgeschwindigkeit für einen Kanal zu keinem Zeitpunkt unter 120/10= 12 kBd sinkt und daher keir Ausfrieren bzw. kein absoluter Verlust an Daten zi befürchten ist

Die obige Beschreibung ist rein beispielhaft und dabei in keiner Weise beschränkend aufzufassen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Sprach-Multiplex-Vorrichtung bzw. Vorrichtung zur Mehrfachnutzung von Sprachkanälen zur Verwendung im Verein mit mehreren Spracheingangsquellen, und mit einer mit den Spracheingangsquellen verbundenen Einrichtung zum Ermitteln ihres Tätigkeitszustandes, einer Einrichtung zum Umwandeln der analogen Sprechwellenformen von den Quellen in digitale Daten und einer Einrichtung zum Erzeugen einer vorherbestimmten Datenbitfolge, gekennzeichnet durch eine mit der Vorrichtung zum Erzeugen der Datenbitfolge und der Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes gekoppelte Einrichtung um Aufteilen der vorherbestimmten Bitfolge in Abhängigkeit von den tätigen Sprechquellen und zum möglichst gleichmäßigen Verteilen der Datenbitzeiten auf die aktiven Kanäle.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung zum Verschachtein der den einzelnen aktiven Quellen zugeordneten digitalen Daten in eine fortlaufende Impulsreihe;

b) eine Einrichtung zum Erzeugen von Kennungen zur Identifizierung der aktiven Quellen und

c) eine Einrichtung zum Verschachtein der Kennungen in die fortlaufende Impulsreihe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Empfänger mit mehreren Ausgängen mit je einer jedem Ausgang zugeordneten Einrichtung zum Wiederumwandeln digitaler Sprechwellenformen in analoge Daten und eine Einrichtung zum einzelnen Zuordnen der Quellen zu den Ausgängen in Abhängigkeit von den Keimungen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ferner eine Einrichtung zum Verteilen der empfangenen fortlaufenden Impulsreihe an die Digital-Analog-Umsetzungseinrichtungen aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verteilen der verfügbaren Datenbitzeiten auf die tätigen Kanäle folgende Teile aufweist: Einen Ringzähler, eine mit dem Ringzähler gekoppelte Einrichtung für die Impulsgabe an den Ringzähler mit der Datenbilfolge, eine Einrichtung zum Koppeln der Umsetzereinrichtung an die einzelnen Stufen des Zähiers zum Takten desselben und eine Einrichtung zum Umgehen bzw. Überbrücken von Zählerstufen, die untätigen Umsetzern zugeordet sind, so daß der Ringzähler zwischen den aktiven Quellen mit der Datenbitfolge zirkuliert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umsetzer ein digital kompandierter Delta-Sigma-Modulator ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes der Sprechquellen je einen mit jedem der Delta-Sigma-Modulatoren und den Stufen des Ringzählers zum Steuern der Umgehung derselben gekoppelten, stimmbetätigten Schalter enthält.

8. Vorrichtung zur Mehrfachnutzung von Sprechkanälen zur Verwendung im Verein mit mehreren Spracheingangsquellen, gekennzeichnet durch

a) eine mit den Quellen verbundene Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes und
b) eine mit der Einrichtung zum Feststellen des Tätigkeitszustandes gekoppelte Einrichtung für die Probenahme oder Abtastung mit variabler Schrittfolge und für die asynchrone Mehrfachschaltung der tätigen Kanäle, wobei die Abtastschrittfolge der einzelnen tätigen Kanäle von der Zahl der tätigen Kanäle abhängt