DE3323608C2

DE3323608C2 - Verfahren zur Unterdrückung von Quantisierungsgeräuschen bei der Übertragung sinusförmiger Hörtöne in einem digitalen Fernmeldesystem

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; ATA139184A; DE3323608A1; CH663506A5

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.

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.
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.
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).
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.
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.
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.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Figur noch näher erläutert.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zur Unterdrückung von Quantisierungsgeräuschen, die sinusförmigen Hörtönen bei deren Übertragung in einem digitalen Fernmeldesystem überlagert wird, sofern die Frequenz der Hörtöne keine Subharmonische der den Betrieb des Fernmeldesystems zugrundeliegenden Abtastfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, 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 (Ao bis Ae) 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.