DE2540392A1

DE2540392A1 - Verfahren und einrichtung zur verbesserten ausnutzung des uebertragungskanals durch teilband-ausduennung

Info

Publication number: DE2540392A1
Application number: DE19752540392
Authority: DE
Inventors: Alban Graf; Gustav Dipl Ing Dr Guanella
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1975-09-11
Publication date: 1977-03-03
Also published as: US4071707A; FR2321805B3; NL7609099A; GB1534168A; SE7609132L; CH589390A5; DE2540392C2; FR2321805A1

Description

P 541 Me/dh

Patelhold Patentverwertungs- & Elektro Holding AG, Glarus (Schweiz

Verfahren und Einrichtung zur verbesserten Ausnutzung des Uebertragungskanals durch Teilband-Ausdünnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Ausnutzung des Uebertragungskanals bei Tonsignalen wie Sprache bzw. Musik, bei welchem Verfahren die Tonsignale in Abschnitte einer bestimmten Länge unterteilt werden, von denen nur reduzierte Teile zur Uebertragung kommen, und durch empfangsseitige Wiederholung der reduzierten Teile die Lücken wieder ausgefüllt werden, so dass Signale entstehen, die bei zweckmässiger Wahl der Abschnittlänge wenigstens teilweise verständlich sind, wobei die Uebertragungslücken L zur Uebermittlung zusätzlicher Signale ausgenutzt werden können.

Ein solches bekanntes Verfahren ist in Fig. 1 schematisch ver-

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anschaulicht; in Fig. la sieht man die Signalabschnxtte A , A„, ... mit der Länge T , Fig. Ib zeigt die zur Uebertragung kommenden -reduzierten Teile A , A , ..., und in Fig. Ic ist die empfangsseitige Wiederholung der reduzierten Teile Aj , A' ... und die Ausfüllung der Lücken L durch die wiederholten Signale erkennbar.

Dieses Verfahren weist insofern Nachteile auf, als infolge der Nichtübereinstimmung der wiederholten Teilabschnitte mit den unterdrückten Teilen an den Trennstellen zwischen den übertragenen und den wiederholten Teilen unangenehme Amplituden- und Phasensprünge mit folgenden Auswirkungen entstehen:

- zusätzliches störendes Geräusch

- verminderte Verständlichkeit

- erschwerte Erkennung der Grundfrequenz (Pitch-Frequenz); dadurch unnatürlicher Klang und Verlust der Sprechererkennung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und unnötige Redundanz zu vermeiden, so dass die Uebertragung ohne nennenswerte Einbusse an Qualität (im Hinblick auf Verständlichkeit und hörbare Störungen) mit reduzierter Bandbreite oder in verminderten Zeiten möglich wird. Dabei geht die Erfindung von der unerwarteten Erkenntnis aus , dass die Unterdrückung von Teilabschnitten und ihr Ersatz durch vorausgehende Abschnitte sich namentlich bei den tiefen

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Frequenzen auf die Uebertragungsqualität nachteilig auswirkt, während die Auswirkungen bei den höheren Frequenzen nur noch geringfügig sind. Erfindungsgemäss werden die oben erwähnten Nachteile des bekannten Verfahrens deshalb weitgehend dadurch vermieden, dass das zu übertragende Signal in mindestens zwei Frequenzbänder aufgeteilt wird, dass das unterste Frequenzband vollständig übertragen wird, dass mindestens ein weiteres Frequenzband höherer Frequenzlage durch periodische Unterbrechung in gekürzte Teilbandabschnitte zerlegt wird und dass auf der Empfangsseite die Lücken dieser gekürzten Abschnitte durch Wiederholung der übertragenen Teile ausgefüllt werden.

Anhand der Figuren 1-5 wird das neue Verfahren mit dem alten verglichen und näher erläutert. Die Figuren 6-16 zeigen Wirkung und Realisierung von Ausführungsbeispielen.

Nach bekanntem Verfahren wird das Signal mit der Bandbreite

F gemäss Fig. la in die Abschnitte A. , A₀, ... mit der Dauer a χ c

T zerlegt. Durch die mit grossen Buchstaben (z.B. A₁, A ,...) bezeichneten Blöcke werden auch in weiteren Figuren ganze Signalabschnitte dargestellt, deren Frequenzumfang jeweils der Höhe der Blöcke entspricht. Zur Bezeichnung der zeitlich veränderlichen Signalmomentanwerte kommen dagegen kleine Buchstaben zur Anwendung. Die Abschnitte werden gemäss Fig. Ib durch Unterbrechung der Teile L gekürzt, so dass nur die Teil-

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abschnitte A , A ,... zur Uebertragung kommen. Auf der Empfangsseite werden die Lücken gemäss Fig. Ic durch Wiederholung' der übertragenen Teilabschnitte ausgefüllt (mit A' , A' , ... bezeichnet), so dass wieder ein ununterbrochenes Signal entsteht. In den Lücken können zusätzliche Signale übertragen werden.

Nach der Erfindung wird das Signal dagegen gemäss Fig. 2a zunächst in mindestens 2 Teilbänder mit den Abschnitten A , A₂, ... bzw. B., B-, ... zerlegt, deren Bandbreite mit F bzw. F, bezeichnet ist. Das untere Teilband wird gemäss Fig. 2b unverändert übertragen. Beim oberen Teilband werden die Abschnitte dagegen teilweise unterbrochen, so dass nur die reduzierten Teilabschnitte B , B , ...zur Uebertragung kommen. Auf der Empfangsseite werden die Lücken im oberen Teilband gemäss Fig. 2c durch Wiederholung der übertragenen Teilabschnitte (B' , B' , ...) ausgefüllt. Die Abschnittslänge T ist so bemessen, dass die wesentlichen Merkmale des Sprachsignals jeweils länger sind als die Unterbrechungen, so dass sie durch die Austastung nicht vollständig verloren gehen. Das ist der Fall bei Abschnittslängen T von etwa 20-50 ms.

Zur näheren Erläuterung ist in Fig. 3 die Uebertragung von Sinusschwingungen a und b gezeigt, welche in das untere Teil-

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band A bzw. in das obere Teilband B fallen. Diese Signale werden in die Abschnitte a , a , .. bzw. b., b„, ... mit der Dauer T zerlegt, welche länger sind als. die Periode T_a bzw. T. der Sinusschwingungen. Nach dem bekannten in Fig. 1 gezeigten Verfahren werden diese Sinusschwingungen gemeinsam periodisch unterbrochen, so dass gemäss Fig. U nur die reduzierten Abschnitte mit der Dauer T /2 übertragen werden, welche die Signale a, und b, sowie a_? und b„ usw. enthalten. Durch empfangsseitige Wiederholung (Verzögerung) entstehen die Füllsignale a' und b' sowie a' und b' usw., welche

Ir Ir 2r 2r

die Lücken wieder ausfüllen. Sowohl bei der tieferen Frequenz wie auch bei der höheren Frequenz entstehen an den Trennstellen die Sprungstellen S bzw. S., weil die Füllsignale im

ei D

allgemeinen in der Phase nicht mit den unverzögerten Signalen übereinstimmen. Die Störung durch solche Sprungstellen tritt umso mehr in Erscheinung, je kleiner die Zahl der dazwischen liegenden ungestörten Perioden ist. Als Mass der Störung kann deshalb die Grosse q dienen:

q = l/z = ηΤ_χ/Τ_ο

wobei durch ζ die Periodenzahl pro reduzierten Abschnitt, durch η das Teilverhältnis zwischen Abschnitt zu reduziertem Abschnitt und durch T die Signal-Periodenlänge bezeichnet ist. Bei einer Abschnittslänge T =20 ms und einer reduzierten Länge T /n von 10 ms ist das Teilverhältnis n=2, und es ergeben sich für Sinustöne von 300 Hz bzw. 3000 Hz die folgenden

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Periodenlängen T und Störmasse q :

f_± = 300 Hz; T₁ = 1000/300 = 3,3 ms; q_± = 6,6/20 = 0,33

f₂ = 3000 Hz; Τ- = 1000/3000= 0,33 ms;.q₂ = 0,66/20 = 0,033.

Es geht also vor allem darum, die schädlichen Sprungstellen bei den tieferen Frequenzen zu vermeiden. Dies wird nach der Erfindung erreicht, indem gemäss Fig. 5 die tiefe Frequenz bzw. das entsprechende Frequenzband direkt, d.h. ohne Unterbrechung und nachträgliche Ausfüllung der Lücken übertragen wird: Das niederfrequente Signal a weist deshalb keine Sprungstellen auf. Das Signal b, welches in das Teilband höherer Frequenz fällt, behält dagegen die Sprungstellen S,, die aber nach obigem erheblich weniger störend wirken. Dabei ist überdies zu beachten, dass im Bereich höherer Frequenz der Anteil nichtsinusförmiger Vorgänge (Zisch- und Explosivlaute) ohnehin erheblich grosser ist, und dass zudem das Ohr im Bereich höherer Frequenz gegenüber kleinen Abweichungen erfahrungsgemäss erheblich weniger empfindlich ist. Durch direkte üebertragung der tieferen Frequenzen wird insbesondere auch erreicht, dass diese Frequenzen, die auch zur Erkennung der jeweiligen Grundfrequenz besonders wichtig sind, nach wie vor eine einwandfreie Erfassung dieser Grundfrequenz (Pitchfrequenz) gestatten, welche nicht nur zur guten Verständigung, sondern besondere auch zur Sprecher-Erkennung unentbehrlich ist.

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Der durch das Verfahren erzielte Gewinn, d.h. die Verminderung der erforderlichen Uebertragungskapazität, entspricht den ausgeblendeten Teilabschnitten L in Fig. 2, deren Fläche

durch (T -T, )F =(1—)T F. auszudrücken ist. Der relative Geo b b nob

winn ρ entspricht dem Verhältnis zur Gesamtfläche

n-1 ^Fb

^{P =}

η" F

Falls mehrere Teilbänder zur Ausdünnung kommen, wobei die , Austastverhältnxsse η, , η , ... der Teilbänder nicht übereinstimmen müssen, so wird:

F^U-l/n.) + F (1-1/n ) + ...

b b c c P = ■

F + F. + F +
abc

Die Breite des nicht ausgedünnten Basisbandes A sei z.B. F = 800 Hz (300 - 1100 Hz).und die Breite des ausgedünnten Teilbandes B sei F = 2400 Hz (1100 - 3500 Hz), während mit einem Austastverhältnis n=3 gearbeitet wird (T, = T /3). Der relative Gewinn ist dann

^P * 3 3200 " ^1/Z

Durch verstärkte Ausdünnung des oberen Teilbandes oder Zerlegung in mehrere Teilbänder, von denen die oberen verstärkt zur Ausdünnung kommen, lässt sich der Gewinn natürlich vergrössern.

Fig. 6 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des in Fig. 2

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gezeigten Verfahrens. Das Sprachsignal s wird mit der Frequenzweiche FW, in das untere und das obere Teilband mit den Signalen a bzw.. b zerlegt. Der Unterbrecher U sorgt für Unterdrückung der Teilabschnitte L (Fig. 2), so dass nur die Restabschnitte B₁ , B„ , ... als ausgedünntes Signal des oberen Teilbandes zur Uebertragung kommen, während das gesamte Signal a des unteren Teilbandes übertragen wird. Das übertragene Signal g wird empfangsseitig wieder mit einer Frequenzsweiche FW- in zwei Teilbänder mit den Signalen a und b aufgeteilt. Durch Verzögerung des periodisch unterbrochenen Signals b mit dem Schieberegister SR oder einer anderen Verzögerungseinrichtung entstehen die Füllsignale b¹, welche die Lücken von b_r ausfüllen. Das durch solche Wiederholung entstandene Teilbandsignal b , welches das obere Teilband F (Fig. 2) umfasst, ergibt zusammen mit dem unveränderten Teilbandsignal a schliesslich das emp fangs seitLge Aus gangs signal s , welches nur geringe hörbare Störungen aufweist und gut verständlich ist.

Die Lücken L (Fig. 2), d.h. die Unterbrechungsabschnitte des Schalters U (Fig. 6), können zur Uebertragung anderer Signale ausgenutzt werden.

Gemäss Fig. 7 ist aber auch durch zweckmässige Signalwandlung eine Auswertung dieser Lücken zur Verminderung der benötigten

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Kanal-Bandbreite möglich. In Fig. 7a und Fig. 7b ist wieder die Unterteilung in Teilbänder und einzelne Abschnitte gezeigt (wie in Fig. 2), wobei das obere Teilband in reduzierte Abschnitte B , B , ... zerlegt wird. Diese letzteren lassen sich gemäss Fig. 7c durch Zeitexpansion in Abschnitte umformen, die jeweils bei doppelter Länge halbierte Frequenz aufweisen, so dass die Lücken verschwinden. Da nun der untere Rand des oberen Teilbandes bei der Frequenz F /2 liegt, muss

a ■

das ganze obere Teilband gemäss Fig. 7d noch um den Betrag F /2 angehoben werden, um eine Uebertragung des unveränderten

unteren Teilbandes zu ermöglichen. Die gesamte Bandbreite beträgt nun F + F,/2, so dass ein Kanal mit reduzierter Breite a D

zur Uebertragung des resultierenden Signals g ausreicht. Auf der Empfangsseite erfolgt zunächst Rückverschiebung des oberen Teilbandes in die tiefere Frequenzlage gemäss Fig. 7e (entsprechend Fig. 7c) und darauf Zeitkompression der oberen Teilbandabschnitte, so dass wieder eine Folge von unterbrochenen Abschnitten B , B- , ... nach Fig. 7b entsteht. Die Wiederholung dieser oberen Teilbandabschnitte B, , B_ , ... liefert schliesslich das lückenfreie Signal mit den Füll-Abschnitten

^Blr' ^B2r' *·* 8^{emäss Fi}S* ^7f*

Zur Durchführung dieser Frequenzband-Reduktion kann eine Einrichtung nach Fig. 8 dienen, wobei zunächst wieder eine Aufteilung des Signals s in die Teilbandsignale a und b mit Hilfe

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der Frequenzweiche FW₁ vorgesehen ist. Eine Zeitexpansion des oberen Teilbandes in ZE., liefert das Teilbandsignal b , das die Teilbandabschnitte B ' , B , ... nach Fig. 7c umfasst; eine Frequenzumsetzung im Frequenzumsetzer FU, liefert wiederum das Signal b entsprechend den Abschnitten B, , B₀ , ⁶ eu ^ leu' 2eu

... in Fig. 7d. Durch Zufügung des Teilbandsignals a entsteht das zu übertragende Gesamtsignal g. Das Teilbandsignal a wird zweckmässig in VE₁ zusätzlich verzögert, weil die Zeitexpansion des oberen Teilbandes in ZE mit einer Verzögerung verbunden ist. In diesem Fall werden die Teilbandsignale b und a zum Signal g zusammengeführt, die einander zeitlich besser entsprechen. Nach empfangsseitiger Trennung der Teilbandsignale b und a mit der Frequenzweiche FW_ erfolgt eine Rückverschiebung von b in die ursprüngliche Frequenzlage mit dem Frequenzumsetzer FU„, worauf durch Zeitkompression des oberen Teilbandsignals b in ZK„ wieder die Signale b entstehen. In Verbindung mit dieser Zeitkompression werden diese Signale zwecks Ausfüllung der Zeitlücken wiederholt, und man erhält so das Teilbandsignal b , welches die Teilbandabschnitte B , BJ, B„ , B' , ... gemäss Fig. 7f umfasst. Da auch die Kompression mit Zeitverzögerung verbunden ist, wurde eine weitere Verzögerung des unteren Teilbandes in VE„ vorgesehen, so dass ein unteres Teilbandsignal a entsteht, dessen zeitliche Lage wieder dem oberen Teilbandsignal b entspricht,

rw

wodurch die beiden Signale zusammen schliesslich wieder ein

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verständliches Signal s mit ursprünglicher Bandbreite ergeben.

Eine Einrichtung ZE zur Durchführung der Zeitexpansion (ZE, in Fig. 8) ist in Fig. 9 dargestellt. Ein Teilbandabschnitt des Signals b wird zunächst über den Umschalter U, dem Schieberegister SR_ zugeführt, dessen Einspeicherung durch die Taktimpulse e, (über V zugeführt) gesteuert ist. Im Schieberegister SR, ist bereits der vorausgehende Abschnitt eingespeichert, der nun über den Entnahme-Umschalter U entnommen wird. Die Entnahme ist durch Taktimpulse e„ (über V„ zugeführt) gesteuert, deren Wiederholungsfrequenz kleiner ist als diejenige von e.. , so dass die Entnahme entsprechend langsamer und mit entsprechend längerer Dauer erfolgt: Die expandierten Teilbandabschnitte haben entsprechend der längeren Dauer geringere Bandbreite.

Mit jedem Teilbandabschnitt werden die Schalter U., U₂ und auch V-, V- umgelegt, so dass die Aufladung und Entladung der Schieberegister sich abwechselnd wiederholt, wobei ein oberes Teilbandsignal b mit reduzierten Frequenzen und reduzierter Bandbreite entsteht.

Zur empfangsseitigen Rückgewinnung der oberen Teilbandabschnitte ursprünglicher Bandbreite dient die Zeitkompression

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in ZK₂ (Fig. 8), deren Durchführung mit der Einrichtung ZK in Fig. 10 gezeigt ist. Lieber den Schalter U wird das Signal b" in Länge eines reduzierten Teilbandabschnittes B dem Schieberegister SR_U zugeführt. Gleichzeitig wird das bereits mit dem vorausgehenden Abschnitt geladene Register SR über den Schalter U₅ entladen. Die schnelle und die langsame Taktimpulsfolge e.. bzw. e_ wird dem Register über die Schalter V , V- derart zugeführt, dass die Entladung der Register jeweils schneller erfolgt als die Aufladung. Bei der ersten Entladung des Registers SR_U wird das Ausgangssignal über U auf den Eingang rückgeführt, so dass die durch schnelle Entladung entstandene Lücke durch das wiederholte Signal ausgefüllt wird. Auch bei der Kompressionseinrichtung werden die Funktionen von SR und SR durch Umlegen der Schalter U , U nach jedem Gesamtabschnitt (d.h. in Zeitabständen T ) getauscht, so dass schliesslich ein ununterbrochenes Signal b entsteht, welches die Teilbandabschnitte B₁ , B¹ , B„ , B' , ... entsprechend Fig. 7f umfasst.

Die beschriebene Zeitexpansion und -kompression lässt sich auch mit anderen Längenverhältnissen η der Eingangs- und Ausgangssignale durchführen, wobei natürlich das Verhältnis der Taktfrequenzen von e», e„ mit η übereinstimmen muss.

Eine noch wirksamere Redundanzreduktion wird erzielt durch

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P 5

Unterteilung des Signal-Frequenzbandes in 3 Teilbänder, von denen die beiden oberen durch Ausblendung von Teilabschnitten 'ausgedünnt werden. Gemäss Fig. 11a empfiehlt es sich, das obere Teilband mit grösserem Teilverhältnis zu verkürzen (z.B. η-=4) als das mittlere Teilband (z.B. η =2). Denn die mehrfache Wiederholung sehr kurzer Teilbandabschnitte ist bei den höheren Signalfrequenzen ohne nennenswerten Einfluss auf die Uebertragungsqualität. Die durch Ausblendung entstandenen reduzierten Teilbandabschnitte B , B„ , ... werden in bereits erläuterter Weise durch Zeitexpansion und Frequenzumsetzung in die lückenfreie Folge der Abschnitte B , B„ , ... geringerer Bandbreite umgewandelt. In gleicher Weise entsteht aus C₁ , C₉ , ... die lückenfreie Folge der Abschnitte C₁ , C , ... . Dabei ist natürlich das Expansionsverhältnis dem grösseren Teilverhältnis n₂ anzupassen. Damit entstehen die Teilbandabschnitte des zu übertragenden Signals gemäss Fig. 11b. Eine empfangsseitige Zeitkompression und Wiederholung der Teilbandabschnitte liefert schliesslich gemäss Fig. lic eine ununterbrochene Folge von Teilbandabschnitten in 3 Frequenzbereichen. Da die mit Phasen- und Amplitudensprüngen behafteten Trennstellen vorwiegend im oberen Teilband auftreten, wo sie sich wenig auf die Uebertragungsqualität auswirken, wird der vergrösserte Gewinn ohne nennenswerte Qualitätseinbusse erzielt.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit mehreren

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Teilbändern ist in Fig. 12 gezeigt. Die Verarbeitung der Teilbandsignale a und b entspricht dabei Fig. 8, und es ist lediglich eine Erweiterung der Frequenzweichen FW-, FW zur Entnahme der Teilbandsignale c bzw. c nebst den Expansionsund Kompressionsschaltungen ZE«, ZlC und den Frequenzumsetzern FU , FU zur Verarbeitung dieser Signale vorgesehen.

Ein Verfahren zur Ausnützung der Teilband-Lücken zur Uebertragung eines weiteren Signals ohne Zeitexpansion und -kompression ist in Fig. 13 gezeigt. Das erste Signal wird gemäss Fig. 13a durch Teilbandausdünnung entsprechend Fig. 2b übertragen. Das zweite Signal mit den verkürzten Abschnitten B* , B* , ... des oberen Teilbandes und unverkürzten Abschnitten A*, A*, ... des unteren Teilbandes ist gegenüber dem ersten Signal gemäss Fig. 13b um eine halbe Abschnitts länge T /2 zeitlich versetzt und es wird durch Frequenzinversion zunächst in die Kehrlage gemäss Fig. 13c gebracht. Die beiden Signale lassen sich so gemäss Fig. 13d mit verschachtelten Teilbändern übertragen, wobei die Gesamtbandbreite nur unwesentlich vergrössert ist.

Die Einrichtung zur Durchführung dieser Zweikanal-Uebertragung ist in Fig. 14 gezeigt. Das erste Signal s wird entsprechend Fig. 6 durch Frequenzband-Aufteilung in FW₅ und periodische Unterbrechung mit U_g übertragen und in der empfangs seit igen

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Frequenzweiche FW wieder in die Teilbandsignale a und b zerlegt. Eine Verzögerung in SR dient wieder zur Lückenaus-

füllung, so dass schliesslich ein lückenfreies Signal s ursprünglicher Bandbreite entsteht. Das zweite Signal s* erfährt dagegen zunächst im Inverter FI. eine Frequensinversion, so dass sein unteres Teilband als oberes Teilband des invertierten Signals s? erscheint, während das obere Teilband in den gleichen Frequenzbereich wie das obere Teilband des ersten Signals zu liegen kommt. Eine periodische Umschaltung der Teilbandsignale b, b*, welche den ursprünglich oberen Teilbändern entsprechen, führt zu dem aus Fig. 13d erkennbaren Aufbau der Teilbänder des zur Uebertragung kommenden Signals g. Das ursprünglich untere Teilbandsignal a* des zweiten Nachrichtensignals wird der empfangsseitigen Frequenzweiche FW₇ entnommen, ebenso über den Umschalter U„ auch das ursprünglich obere Teilbandsignal b*., das entsprechend Fig. 13c mit Unterbrechungen auftritt. Die Unterbrechungen werden durch die in SR verzögerten Abschnitte ausgefüllt, so dass ein ununterbrochenes Teilbandsignal b*. entsteht, das zu-

riw

sammen mit a* im Frequenzinverter FI schliesslich wieder in die ursprüngliche Frequenzlage gebracht wird, wodurch das verständliche Aus gangs signal s* entsteht.

Eine andere Methode zur Zweikanalübertragung nach dem Zeitmultiplexsystem ist in Fig. 15 gezeigt. Ein erstes Signal

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■ - 16 -

wird gemäss Fig. 15a in die Abschnitte A , A , ... des unteren Teilkanals und die auf T /4 verkürzten Abschnitte B_n ,

ο Ir'

B_ , .".. des oberen Teilkanals zerlegt. Anstelle der Zeitexpansion dieser verkürzten Abschnitte ist aber nun eine Zextkompression der unverkürzten Abschnitte A. , A-, ... des unteren Teilkanals vorgesehen. Durch diese Kompression erfolgt eine Verkürzung auf T /H und gleichzeitig Erhöhung aller Frequenzen um den Faktor H, so dass die Abschnitte A₁, , A₀, , ... in gleicher Frequenzlage und gleicher Länge wie B, , B_ , ... gemäss Fig. 15b entstehen. Die Lücken zwischen diesen Abschnitten reichen gerade aus, um ein weiteres in gleicher Weise gebildetes Signal zu übertragen. Auf der Empfangsseite wird gemäss Fig. 15c das untere Teilband durch Zeitexpansion der Abschnitte A , , A-, , ... gewonnen, während die reduzierten Abschnitte des oberen Teilbandes durch mehrfache Wieder-

1 2 holung eine ununterbrochene Folge der Abschnitte B ,B ,

1 2
.. , B_2r> B_2r, .... ergeben.

Die Durchführung dieser Zweikanalübertragung kann mit der recht einfachen Einrichtung nach Fig. 16 erfolgen. Die in der Frequenzweiche FW„ getrennten Teilbandsignale a und b des Sendesignals s werden einerseits durch Zextkompression in ZK_ in die verkürzten Abschnitte a und andererseits durch Unterbrechung mit U in die verkürzten Abschnitte b überführt, wobei Dauer und Bandbreite von a, und b überein-

JC .fc

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stimmen. In gleicher Weise wird ein zweites Sendesignal verarbeitet, das schliesslich in den Lücken von g zur Uebertragung kommt. Auf der Empfangsseite erfolgt eine Trennung der zeitlich aufeinanderfolgenden Signalabschnitte a , b durch den Schalter U_Q. Aus den Signalen a des unteren Teilbandes entsteht durch Zeitexpansion in ZE wieder das dem unteren Teilband entsprechende Signal a. Durch Wiederholung der Signalabschnitte b mit dem Schieberegister SR wird dagegen die ununterbrochene Folge der dem oberen Teilband zugeordneten Signale b gewonnen. Eine zusätzliche Verzögerung in SR ist zum Ausgleich der in der Zeitkompression und Zeitexpansion des unteren Teilbandes auftretenden Verzögerung vorgesehen, so dass beide Teilbänder im Ausgangssignal s wieder in gleicher Zeitlage erscheinen. Die empfangsseitige Rückgewinnung der verständlichen Ausgangssignale beim zweiten zu übertragenden Signal erfolgt in gleicher Weise. Die Kompressions- und Expansionsschaltungen ZK_Q und ZE_n können grundsätzlich den in Fig. 10 bzw. Fig. 9 gezeigten Einrichtungen entsprechen.

Bei der praktischen Durchführung ist natürlich zu beachten, dass die Flankensteilheit der üblichen Filter begrenzt ist; d.h. es sind in an sich bekannter Weise zusätzliche ( in den Figuren nicht besonders angegebene) Frequenzabstände vorzusehen, um störende Zusatzsignale an den Frequenzgrenzen zu vermeiden. Wegen frequenzabhängiger Uebertragungszeit des ver-

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wendeten Kanals erscheinen die Ränder der einzelnen Signalabschnitte u.U. nicht mehr in genau definierter Zeitlage, sondern zeitlich "verschmiert". Es kann sich deshalb empfehlen, z.B. beim Zeitmultiplexsystem nach Fig. 15 die einzelnen Signalabschnitte verkürzt auszulegen, so dass sie durch Pausen ausreichender Länge getrennt sind. Diese Pausen dienen zur Vermeidung eines unerwünschten zeitlichen Uebersprechens infolge Laufzeitdispersion des Uebertragungskanals.

Eine Verminderung hörbarer Störungen ist möglich durch "weiche Tastung" zur Bildung der reduzierten Abschnitte. Diese kommt zustande durch stetige Aenderung der Kopplung innerhalb einer kurzen Uebergangszeit anstelle der plötzlichen Ein- und Ausschaltung.

Zur Verminderung hörbarer Störungen und zur Verbesserung der Verständlichkeit kann eine zusätzliche Signalaufbereitung von Nutzen sein: Durch Einführung eines zusätzlichen Nachhalls auf der Sendeseite werden sehr kurze Sprachmerkmale, welche durch die zeitliche Ausblendung im oberen Teilband vollständig unterdrückt werden könnten, soweit verbreitert, dass Teile davon trotz dieser Ausblendung erhalten bleiben. Durch Einführung eines zusätzlichen Nachhalls auf der Empfangsseite werden dagegen die Stosstellen im oberen Teilband etwas ausgeglichen.

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Bei Ausdünnung von zwei oder mehreren Teilbändern kann sich eine Einführung ungleicher Abschnittslänge in den verschiedenen Teilbändern empfehlen, weil die Dauer signifikanter Sprachmerkmale nicht in allen Frequenzlagen übereinstimmt. Diese Massnahme kann insbesondere auch bei der Musikübertragung von Nutzen sein.

Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen lassen sich unter Anwendung bekannter Technik natürlich noch viele weitere Ausführungsmöglichkeiten angeben, bei denen die beschriebene Teilbandausdünnung zur Reduktion der Bandbreite, zur verbesserten Ausnützung des Uebertragungskanals, zur Mehrkanalübertragung oder auch zu einer anderen Anwendung der Redundanzreduktion ausgewertet wird. Dabei können insbesondere auch die heute bekannten Methoden der digitalen Signalverarbeitung sowohl in der Filterung wie auch in der Zeitexpansion und Kompression sowie in der Speicherung Anwendung finden.

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Claims

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1./ Verfahren zur verbesserten Ausnutzung des Uebertragungskanals bei Tonsignalen wie Sprache bzw. Musik, bei welchem Verfahren die Tonsignale in Abschnitte einer bestimmten Länge unterteilt werden, von denen nur reduzierte Teile zur Uebertragung kommen, und durch empfangsseitige Wiederholung der reduzierten Teile die Lücken wieder ausgefüllt werden, so dass Signale entstehen, die bei zweckmässiger Wahl der Abschnittslänge wenigstens teilweise verständlich sind, wobei die UebertragungslÜcken L zur Uebermittlung zusätzlicher Signale ausgenutzt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das zu übertragende Signal in mindestens zwei Frequenzbänder (A, B) aufgeteilt wird, dass das unterste Frequenzband (A) vollständig übertragen wird, dass mindestens ein weiteres Frequenzband (B) höherer Frequenzlage durch periodische Unterbrechung in gekürzte Teilhandabschnitte (B- , B₂ , ...) zerlegt wird und dass auf der Empfangsseite die Lücken (L) dieser gekürzten Abschnitte durch Wiederholung der übertragenden Teile ausgefüllt werden (Fig. 2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei

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Zerlegung von zwei oder mehreren Teilbändern in gekürzte Abschnitte die Dauer der zur Uebertragung kommenden Restabschnitte höherer Prequenzlage kürzer gewählt wird als die Dauer der Restabschnitte tieferer Frequenzlage (Fig. 11).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Unterbrechungszone mindestens eines Teilbandes zusätzliche Signale (B*) übertragen werden (Fig. 13, 15).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekürzten Teilbandausschnitte senderseitig durch Zeitexpansion so verlängert werden, dass die Pausen verschwinden, und überdies in der Bandbreite reduziert werden (Pig. 7).

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lücken des oberen Teilbandes eines ersten Signals Teilbandausschnitte übertragen werden, die aus dem oberen Teilband eines zweiten Signals gewonnen werden (Fig. 13).

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal vor der Uebertragung in

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der Frequenz invertiert wird, so dass sein ursprünglich 'unteres -Teilband über das unterbrochene Teilband zu liegen kommt (Fig. 13).

7. Verfahren nach Anspruch 1 mit Aufteilung des Signals in zwei Teilbänder und mittels Unterbrechung erfolgender Zerlegung des oberen Teilbandes in gekürzte Abschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Teilband in Abschnitte zerlegt wird, die durch Zeitkompression in der Dauer verkürzt und in der Frequenz erweitert werden, und dass empfangsseitig die Abschnitte des oberen Teilbandes wiederholt, die Abschnitte des unteren Teilbandes dagegen einer Zeitexpansion unterzogen werden, so dass ein lückenfreies Signal entsteht (Fig. 15).

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 7 für die Uebertragung von mindestens zwei Signalen nach der Zeitmultiplexmethode, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zweiten Signal - bzw. weiteren Signalen - zugeordneten Uebertragungsabschnitte in den Lücken der dem ersten Signal zugeordneten Uebertragungsabschnitte übertragen werden (Fig. 15).

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig eine Frequenzweiche

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(PW₁) zur Aufteilung des zugeführten Signals in mindestens ,zwei ,Teilbänder sowie mindestens ein Unterbrecher (U) zur zeitweisen Unterbrechung mindestens eines Teilbandes mit Ausnahme des untersten Teilbandes vorgesehen sind und dass die Empfangsseite mindestens einen Speicher (SR) zur Wiederholung der empfangenen Teilbandabschnitte während der Teilband-Unterbrechungen aufweist (Fig. 6).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Empfangsseite zusätzlich noch eine Frequenzweiche (FWp) zur Trennung der empfangenen Frequenzbänder vorgesehen ist (Fig. 6).

11. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilband höherer Frequenzlage durch zeitliche Unterbrechung mittels Unterbrecher (U.) in Abschnitte reduzierter Länge zerlegt wird, welche zur Zeitexpansion im Speicher (SR-, SR_) gespeichert und mittels Taktimpulse (e«), deren Frequenz kleiner ist als die bei der Einspeicherung verwendete Taktfrequenz (e.), langsamer aus dem Speicher entnommen werden (Fig. 9).

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten Abschnitte zwecks

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Zeitkompression auf der Empfangsseite gespeichert und mit-' teis'Zuführung einer höheren Taktfrequenz (e_) als bei der Einspeicherung (e.. ) schneller aus dem Speicher entnommen werden (Fig. 10).

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 9> H und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur senderseitigen Zeitexpansion und zur empfangsseitigen Zeitkompression taktgesteuerte Schieberegister (SR , SRp) als Speicher zur Anwendung kommen, wobei die Signalzuführungs-Taktfrequenz von der Signalentnahme-Taktfrequenz verschieden ist.

I¹I. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Teilbandlücken zur Uebertragung eines zusätzlichen Signals ohne Zeitexpansion und -kompression ausgenützt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das zum ersten Signal (s) noch hinzukommende weitere Signal (s*, Fig. Ik) zunächst in einem ersten Frequenzinverter (FI₁) eine Frequenzinversion erfährt, so dass sein unteres Teilband als oberes Teilband des invertierten Signals (s*) erscheint, während das obere Teilband in den gleichen Frequenzbereich wie das obere Teilband des ersten Signals (s) zu liegen kommt, dass die Teilbandsignale (b, b*), welche den ursprünglich oberen Teilbändern entsprechen, mittels eines Umschalters (U^) periodisch

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umgeschaltet werden, dass das ursprünglich untere Teilbandsignal (-at) des zweiten" Nachrichtensignals der empfangsseitigen Frequenzweiche (FW ) entnommen wird und ebenso auch über einen weiteren Umschalter (U„) das ursprünglich obere, mit Unterbrechungen auftretende Teilbandsignal (b*.), dass die Unterbrechungen durch die im Speicher (SRf-) verzögerten Abschnitte ausgefüllt werden, wobei ein ununterbrochenes Teilbandsignal (b*. ) entsteht, das zusammen mit dem ursprünglich unteren Teilbandsignal (at) des zweiten Nachrichtensignals in einem zweiten Frequenzinverter schliesslich in die ursprüngliche Frequenzlage gebracht wird, wodurch das verständliche Ausgangssignal (s*) entsteht (Fig.

15· Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet sendeseitig durch eine Frequenzweiche (FWq) zur Bildung von zwei Teilbandsignalen (a, b), durch einen Schalter (Uq) zur periodischen Unterbrechung des oberen Teilbandes (b), einen Kompressionszusatz (ZKg) zur abschnittsweisen Zeitkompression der Abschnitte des unteren Teilbandes (a) durch Speicherung und beschleunigte Speicherentnahme, empfangsseitig durch einen periodisch arbeitenden Umschalter (U_) zur Trennung der in gleicher Frequenzlage übertragenen

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Teilbandsignale, einen Speicher (SR ) zur Wiederholung der Abschnitte (b ) des oberen Teilbandes (b) und einen Expansionszusatz (ZEq) zur abschnittsweise'n Zeitdehnung der Abschnitte (a.) des unteren Teilbandes (a) durch Speicherung und verzögerte Speicherentnahme (Fig. 16).

PATELHOLD

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