DE2540392C2

DE2540392C2 - Verfahren und Einrichtung zur verbesserten Ausnutzung des Übertragungskanals durch Teilband-Ausdünnung

Info

Publication number: DE2540392C2
Application number: DE2540392A
Authority: DE
Inventors: Alban Gebenstorf Graf; Gustav Dipl.-Ing. Dr. Zuerich 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: 1983-10-06
Also published as: SE7609132L; GB1534168A; FR2321805A1; CH589390A5; NL7609099A; FR2321805B3; US4071707A; DE2540392A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Ausnutzung des Übertraigungskanals bei Tonsignalen, bei welchem Verfahren die Tonsignale in Abschnitte einer bestimmten Länge unterteilt werden, von denen nur reduzierte Teile zur Übertragung 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 Übertragungslücken L zur Übermittlung zusätzlicher Signale ausgenutzt werden können.

Ein Verfahren zur Übertragung zusätzlicher Informationen über einen mit einer Hauptinformation belegten Kanal, bei dem die Bandbreite der Hauptinformation im Takt der zusätzlichen Information kurzzeitig verringert und die zusätzliche Information in die so entstandene Bandlücke eingetastet wird, ist aus der DE-OS 17 62 907 bekannt, wobei jedoch die Übertragungsrate für die Zusatzinformation gering ist.

Ein weiteres, aus der DE-OS 21 10 795 bekanntes Verfahren erreicht durch zeitlich gestaffelte Abtastung verschiedener Signale mit einer der jeweiligen Signal-Bandbreite angepaßten Abtastfrequenz und zeitlich geschachtelte Übertragung eine gute Ausnutzung der vorhandenen Kanalkapazität, ohne jedoch auf die Schwierigkeiten der empfangsseitigen Signalrückgewinnung näher einzugehen.

Ein drittes, aus der DE-OS 22 21 645 bekanntes Verfahren, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht; in Fig. la sieht man die Signalabschnitte Au A2,... mit der Länge T₀, Fig. Ib zeigt die zur Übertragung kommenden reduzierten Teile A\_r. Ai_r, ..., und in Fig. Ic ist die empfangsseitige Wiederholung der reduzierten Teile A'\_r, A 2r... 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);

65 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 Übertragung 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 Frequenzen auf die Übertragungsqualität nachteilig auswirkt, während die Auswirkungen bei den höheren Frequenzen nur noch geringfügig sind.

Erfindungsgemäß werden die obenerwähnten Nachteile des bekannten Verfahrens 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.

Anhard der Fig. 1 —5 wird das neue Verfahren mit dem alten verglichen und näher erläutert. Die Fig.6—16 zeigen Wirkung und Realisierung von Ausführungsbeispielen.

Nach bekanntem Verfahren wird das Signal mit der Bandbreite F_a gemäß Fig. la in die Abschnitte A\, A2,... mit der Dauer 7J zerlegt. Durch die mit großen Buchstaben (z. B. Au A2, ...) 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 F i g. Ib durch Unterbrechung der Teile L gekürzt, so daß nur die Teilabschnitte A\_r, Ar_r,... zur Übertragung kommen. Auf der Empfangsseite werden die Lücken gemäß Fig. Ic durch Wiederholung der übertragenen Teilabschnitte ausgefüllt (mit A'\_r,A'i_T,... bezeichnet), so daß wieder ein ununterbrochenes Signal entsteht. In den Lücken können zusätzliche Signale übertragen werden.

Nach der Erfindung wird das Signal dagegen gemäß F i g. 2a zunächst in mindestens 2 Teilbänder mit den Abschnitten A\, A2, ... bzw. B\, B2, ... zerlegt, deren Bandbreite mit F_a bzw. Fb bezeichnet ist. Das untere Teilband wird gemäß F i g. 2b unverändert übertragen. Beim oberen Teilband werden die Abschnitte dagegen teilweise unterbrochen, so daß nur die reduzierten Teilabschnitte B\_r, ft_r, ... zur Übertragung kommen. Auf der Empfangsseite werden die Lücken im oberen Teilband gemäß Fig. 2c durch Wiederholung der übertragenen Teilabschnitte (B\_r, B'_2r, ■■■) ausgefüllt. Die Abschnittslänge 7o 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 7o von etwa 20 — 50 ms.

Zur näheren Erläuterung ist in F i g. 3 die Übertragung von 2 Sinusschwingungen a und b gezeigt, welche in das untere Teilband A bzw. in das obere Teilband B fallen. Diese Signale werden in die Abschnitte a\, ai,... bzw. b\,bi,... mit der Dauer To zerlegt, welche länger sind als die Periode T_a bzw. Tb der Sinusschwingungen. Nach dem bekannten in F i g. 1 gezeigten Verfahren

werden diese Sinusschwingungen gemeinsam periodisch unterbrochen, so daß gemäß Fig.4 nur die reduzierten Abschnitte mit der Dauer To/2 übertragen werden, welche die Signale air und b\_r sowie a2_rund b_2r usw. enthalten. Durch empfangsseitige Wiederholung (Verzögerung) entstehen die Füllsignale a\_r und b\_r sowie a'_2r und b'_2r usw., weiche die Lücken wieder ausfüllen. Sowohl bei der tieferen Frequenz wie auch bei der höheren Frequenz entstehen an den Tennstellen die Sprungstellen S₃ bzw. Sb, weil die Füllsignale im allgemeinen in der Phase nicht mit den unverzögerten Signalen übereinstimmen. Die Störung durch solche Sprungstellen tritt um so mehr in Erscheinung, je kleiner die Zahl der dazwischen liegenden ungestörten Perioden ist. Als Maß der Störung kann deshalb die Größe <7 dienen:

q = l/z = TiT_xZT₀

wobei durch ζ die Periodenzahl pro reduzierten Abschnitt, durch η das Teilverhältnis zwischen Abschnitt zu reduziertem Abschnitt und durch T_x die Signal-Periodenlänge bezeichnet ist. Bei einer Abschnittslänge 7o = 2Oms und einer reduzierten Länge T₀Iη von 10 ms ist das Teilverhältnis /7=2, und es ergeben sich für Sinustöne von 300 Hz bzw. 3000 Hz die folgenden Periodenlängen T_x und Störgrößen q_x:

/, = 300 Hz; Ti = 1000/300 = 3,3 ms;
<?, = 6,6/20 = 0,33;

/2 = 3000 Hz; T₂ = 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 F i g. 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 Sb, 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 größer ist, und daß zudem das Ohr im Bereich höherer Frequenz gegenüber kleinen Abweichungen erfahrungsgemäß erheblich weniger empfindlich ist. Durch direkte Übertragung 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 besonders auch zur Sprecher-Erkennung unentbehrlich ist.

Der durch das Verfahren erzielte Gewinn, d. h. die Verminderung der erforderlichen Übertragungskapazität, entspricht den ausgeblendeten Teilabschnitten L in F i g. 2, deren Fläche durch

wobei die Austastverhältnisse rib, n_c,... der Teilbänder nicht übereinstimmen müssen, so wird:

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-F₄)Zi-(I--Jr₀F₁

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auszudrücken ist. Der relative Gewinn ρ entspricht dem Verhältnis zur Gesamtfläche

65 Die Breite des nicht ausgedünnten Basisbandes A sei z.B. F₂ = 800Hz (300-1100 Hz), und die Breite des ausgedünnten Teilbandes B sei F_b = 2400 Hz (1100-3500Hz), während mit einem Austastverhältnis /7=3 gearbeitet wird (Tb— To/3). Der relative Gewinn ist dann

2 2400
J£.\J\J

- ^1/2·

Falls mehrere Teilbänder zur Ausdünnung kommen, 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.

F i g. 6 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des in Fig.2 gezeigten Verfahrens. Das Sprachsignal s wird mit der Frequenzweiche FlVi 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 B\_r, B₂,, ■ ■ ■ als ausgedünntes Signal des oberen Teilbandes zur Übertragung kommen, während das gesamte Signal a des unteren Teilbandes übertragen wird. Das übertragene Signal g wird empfangsseitig wieder mit einer Frequenzweiche FW₂ in zwei Teilbänder mit den Signalen a und b_r aufgeteilt. Durch Verzögerung des periodisch unterbrochenen Signals b_r mit dem Schieberegister SR oder einer anderen Verzögerungseinrichtung entstehen die Füllsignale b'_r, welche die Lücken von br ausfüllen. Das durch solche Wiederholung entstandene Teilbandsignal b_n, welches das obere Teilband F_b (F i g. 2) umfaßt, ergibt zusammen mit dem unveränderten Teilbandsignal a schließlich das empfangsseitige Ausgangssignal s_w, welches nur geringe hörbare Störungen aufweist und gut verständlich ist.

Die Lücken L (F i g. 2), d. h. die Unterbrechungsabschnitte des Schalters U (F i g. 6), können zur Übertragung anderer Signale ausgenutzt werden.

Gemäß F i g. 7 ist aber auch durch zweckmäßige Signalwandlung eine Auswertung dieser Lücken zur Verminderung der benötigten Kanal-Bandbreite möglich. In F i g. 7a und F i g. 7b ist wieder die Unterteilung in Teilbänder und einzelne Abschnitte gezeigt (wie in F i g. 2), wobei das obere Teilband in reduzierte Abschnitte Bu, Ö2r, -■· zerlegt wird. Diese letzteren lassen sich gemäß F i g. 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 FJl liegt, muß das ganze obere Teilband gemäß F i g. 7d noch um den Betrag FJl angehoben werden, um eine Übertragung des unveränderten unteren Teilbandes zu ermöglichen. Die gesamte Bandbreite beträgt nun F„+Fbl2, so daß ein Kanal mit reduzierter Breite zur Übertragung des resultierenden Signals g ausreicht. Auf der Empfangsseite erfolgt zunächst Rückverschiebung des oberen Teilbandes in die tiefere Frequenzlage gemäß F i g. 7e (entsprechend F i g. 7c) und darauf Zeitkompression der oberen Teilbandabschnitte, so daß wieder eine Folge von unterbrochenen Abschnitten Bn, Bi_r, ... nach F i g. 7b entsteht. Die Wiederholung dieser oberen Teilbandab-

schnitte B,_r. B_2r, ... liefert schließlich das lückenfreie Signal mit den Füll-Abschnitten B\_r ß'2/-, ... gemäß F i g. 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 der Frequenzweiche FW\ vorgesehen ist. Eine Zeitexpansion des oberen Teilbandes in ZE\ liefert das Teilbandsignal b_c, das die Teilbandabschnitte B\_e, #2.·. ··· nach Fig. 7c umfaßt; eine Frequenzumsetzung im Frequenzumsetzer FU\ liefert wiederum das Signal b_cu entsprechend den Abschnitten B_lcu. Ö_2l.„, ... in Fig. 7d. Durch Zufügung des Teilbandsignals a entsteht das zu übertragende Gesamtsignal g. Das Teilbandsignal a wird zweckmäßig in Vf₁ zusätzlich verzögert, weil die Zeitexpansion des oberen Teilbandes in ZE\ mit einer Verzögerung verbunden ist. In diesem Fall werden die Teilbandsignale b_cu und <7, zum Signal g zusammengeführt, die einander zeitlich besser entsprechen. Nach empfangsseitiger Trennung der Teilbandsignale b_eu und a_v mit der Frequenzweiche FlV₂ erfolgt eine Rückverschiebung von b„, in die ursprüngliche Frequenzlage mit dem Frequenzumsetzer FU2, worauf durch Zeitkompression des oberen Teilbandsignals b_e in ZZC₂ wieder die Signale ό_Γ entstehen. In Verbindung mit dieser Zeitkompression werden diese Signale zwecks Ausfüllung der Zeitlücken wiederholt, und man erhält so das Teilbandsignal £>_re, welches die Teilbandabschnitte B\_r, B\_r. ß_2r, ß'21·, ■■· gemäß Fig. 7f umfaßt. Da auch die Kompression mit Zeitverzögerung verbunden ist, wurde eine weitere Verzögerung des unteren Teilbandes in Vf₂ vorgesehen, so daß ein unteres Teilbandsignal a,., entsteht, dessen zeitliche Lage wieder dem oberen Teilbandsignal b_rw entspricht, wodurch die beiden Signale zusammen schließlich wieder ein verständliches Signal s_w 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_t dem Schieberegister SR2 zugeführt, dessen Einspeicherung durch die Taktimpulse ei (über ν, zugeführt) gesteuert ist. Im Schieberegister S/?i ist bereits der vorausgehende Abschnitt eingespeichert, der nun über den Entnahme-Umschalter £/₂ entnommen wird. Die Entnahme ist durch Taktimpulse ei (über V₂) zugeführt) gesteuert, deren Wiederholungsfrequenz kleiner ist als diejenige von ei, 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 Uu U2 und auch Vj, V₂ umgelegt, so daß die Aufladung und Entladung der Schieberegister sich abwechselnd wiederholt, wobei ein oberes Teilbandsignal b_e mit reduzierten Frequenzen und reci vierter Bandbreite entsteht.

Zur empfangsseitigen Rückgewinnung der oberen Teilbandabschnitte ursprünglicher Bandbreite dient die Zeitkompression in ZK2 (Fig.8), deren Durchführung mit der Einrichtung ZK in F i g. 10 gezeigt ist Über den Schalter Ua wird das Signal b_e in Länge eines reduzierten Teilbandabschnittes ß_rdem Schieberegister SRi, zugeführt. Gleichzeitig wird das bereits mit dem vorausgehenden Abschnitt geladene Register SR3 über den Schalter Us entladen. Die schnelle und die langsame Taktimpulsfolge ei bzw. e₂ wird dem Register über die Schalter V\, V₂ derart zugeführt, daß die Entladung der Register jeweils schneller erfolgt als die Aufladung. Bei der ersten Entladung des Registers SRa 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 SR3 und S/?₄ durch Umlegen der Schalter i/3. Ua nach jedem Gesamtabschnitt (d. h. in Zeitabständen 7J) getauscht, so daß schließlich ein ununterbrochenes Signal b_m entsteht, welches die Teilbandabschnitte Bn, B'\_r, Bzr, S₂r,...entsprechend Fig. 7f umfaßt.

Die beschriebene Zeitexpansion und -kompression läßt sich auch mit anderen Längenverhältnissen η der

!5 Eingangs- und Ausgangssignale durchführen, wobei natürlich das Verhältnis der Taktfrequenzen von ei, C₂ mit π übereinstimmen muß.

Eine noch wirksamere Redundanzreduktion wird erzielt durch Unterteilung des Signal-Frequenzbandes in 3 Teilbänder, von denen die beiden oberen durch Ausblendung von Teilabschnitten ausgedünnt werden. Gemäß Fig. Ha empfiehlt es sich, das obere Teilband mit größerem Teilverhältnis zu verkürzen (z. B. /7₂=4) als das mittlere Teilband (z.B. m=2). Denn die mehrfache Wiederholung sehr kurzer Teilbandabschnitte ist bei den höheren Signalfrequenzen ohne nennenswerten Einfluß auf die Übertragungsqualität. Die durch Ausblendung entstandenen reduzierten Teilbandabschnitte B\_r, B2r,... werden in bereits erläuterter Weise durch Zeitexpansion und Frequenzumsetzung in die lückenfreie Folge der Abschnitte B_ieu, Bz_eu, ■■■ geringerer Bandbreite umgewandelt. In gleicher Weise entsteht aus Q_r. C_2r, ... die lückenfreie Folge der Abschnitte Q_cu, C_2eu, ... 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 Übertragungsqualität auswirken, wird der vergrößerte Gewinn ohne nennenswerte Qualitätseinbuße erzielt.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit mehreren Teilbändern ist in Fig. 12 gezeigt. Die Verarbeitung der Teilbandsignale a und b entspricht dabei F i g. 8, und es ist lediglich eine Erweiterung der Frequenz'A'cichcn FV/,, FV¹Z₄ zur Entnahme der Teiibandsignale c bzw. c«, nebst den Expansions- und Kompressionsschaltungen ZE3, ZKa und den Frequenzumsetzern FfA FtZ₄ zur Verarbeitung dieser Signale vorgesehen.

Ein Verfahren zur Ausnutzung der Teilband-Lücken zur Übertragung eines weiteren Signals ohne Zeitexpansion und -kompression ist in Fig. 13 gezeigt. Das erste Signal wird gemäß Fig. 13a durch Teilbandausdünnung entsprechend F i g. 2b übertragen. Das zweite Signal mit den verkürzten Abschnitten B*_u, B*2r, ... des oberen Teilbandes und unverkürzten Abschnitten A *u A *₂, ... des unteren Teilbandes ist gegenüber dem ersten Signal gemäß Fig. 13b um eine halbe Abschnittslänge 7o/2 zeitlich versetzt und es wird durch Frequenzinversion zunächst in die Kehrlage gemäß F i g. 13c gebracht. Die beiden Signale lassen sich so gemäß Fig. 13d mit verschachtelten Teilbändern

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übertragen, wobei die Gesamtbandbreite nur unwesentlich vergrößert ist.

Die Einrichtung zur Durchführung dieser Zweikanal-Übertragung ist in Fig. 14 gezeigt. Das erste Signal 5 wird entsprechend F i g. 6 durch Frequenzband-Aufteilung in FWs und periodische Unterbrechung mit (Λ übertragen und in der empfangsseitigen Frequenzweiche FWy wieder in die Teilbandsignale a und b_r zerlegt. Eine Verzögerung in SRs dient wieder zur Lückenausfüllung, so daß schließlich ein lückenfreies Signal s_w ursprünglicher Bandbreite entsteht. Das zweite Signal s* erfährt dagegen zunächst im Inverter Fl\ eine Frequenzinversion, so daß sein unteres Teilband als oberes Teilband des invertierten Signals s*[ erscheint, während das obere Teilband in den gleichen Frequenzbereich wie das obere Teiiband des ersten Signais zu liegen kommt. Eine periodische Umschaltung der Teilbandsignale b, £>*,, welche den ursprünglich oberen Teilbändern entsprechen, führt zu dem aus Fig. 13d erkennbaren Aufbau der Teilbänder des zur Übertragung kommenden Signals g. Das ursprünglich untere Teilbandsignal a*,- des zweiten Nachrichtensignals wird der empfangsseitigen Frequenzweiche FW₇ entnommen, ebenso über den Umschalter Uj auch das ursprünglich obere Teilbandsignal b*_ri, das entsprechend Fig. 13c mit Unterbrechungen auftritt. Die Unterbrechungen werden durch die in SRs verzögerten Abschnitte ausgefüllt, so daß ein ununterbrochenes Teilbandsignal b*_ri<y entsteht, das zusammen mit a*, im Frequenzinverter Fh schließlich wieder in die ursprüngliche Frequenzlage gebracht wird, wodurch das verständliche Ausgangssignal s*_w entsteht.

Eine andere Methode zur Zweikanalübertragung nach dem Zeitmultiplexsystem ist in F i g. 15 gezeigt Ein erstes Signal wird gemäß Fig. 15a in die Abschnitte Au A₂, ... des unteren Teilkanals und die auf T₀ZA verkürzten Abschnitte B\_r, B_2r,... des oberen Teilkanals zerlegt Anstelle der Zeitexpansion dieser verkürzten Abschnitte ist aber nun eine Zeitkompression der unverkürzten Abschnitte Au A₂, ... des unteren Teilkanals vorgesehen. Durch diese Kompression erfolgt eine Verkürzung auf T₀M und gleichzeitig Erhöhung aller Frequenzen um den Faktor 4, so daß die Abschnitte A\k, A_2k, ... in gleicher Frequenzlage und gleicher Länge wie B_1n Bi_r, ... 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 Au, A_2k,... gewonnen, während die reduzierten Abschnitte des oberen Teilbandes durch mehrfache Wiederholung eine ununterbrochene Folge der Abschnitte B\_r, ß²ir, ■■■, ß^]2r, B² _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 Zeitkompression in ZKg in die verkürzten Abschnitte a* und andererseits durch Unterbrechung mit t/₈ in die verkürzten Abschnitte b_r überführt wobei Dauer und Bandbreite von a* und b_r übereinstimmen. In gleicher Weise wird ein zweites Sendesignal verarbeitet, das schließlich in den Lücken von g zur Übertragung kommt Auf der Empfangsseite erfolgt eine Trennung der zeitlich aufeinanderfolgenden Signalabschnitte a*, b_r durch den Schalter U₉. Aus den Signalen a/t des unteren Teilbandes entsteht durch

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60 Zeitexpansion in ZE₉ wieder das dem unteren Teilband entsprechende Signal a. Durch Wiederholung der Signalabschnitte b_r mit dem Schieberegister SR₉ wird dagegen die ununterbrochene Folge der dem oberen Teilband zugeordneten Signale b_m gewonnen. Eine zusätzliche Verzögerung in SR₉ ist zum Ausgleich der in der Zeitkompression und Zeitexpansion des unteren Teilbandes auftretenden Verzögerung vorgesehen, so daß beide Teilbänder im Ausgangssignal s_w wieder in gleicher Zeitlage erscheinen. Die empfangsseitige Rückgewinnung der verständlichen Ausgangssignale beim zweiten zu übertragenden Signal erfolgt in gleicher Weise. Die Kompressions- und Expansionsschaltungen ZKg und ZB) 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 Übertragungszeit des verwendeten 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 F i g. 15, die einzelnen Signalabschnitte verkürzt auszulegen, so daß sie durch Pausen ausreichender Länge getrennt sind. Diese Pausen dienen zur Vermeidung eines unerwünschten zeitlichen Übersprechens infolge Laufzeitdispersion des Übertragungskanals.

Eine Verminderung hörbarer Störungen ist möglich durch »weiche Tastung« zur Bildung der reduzierten Abschnitte. Diese kommt zustande durch stetige Änderung der Kopplung innerhalb einer kurzen Übergangszeit 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, so weit verbreitert, daß Teile davon trotz dieser Ausblendung erhalten bleiben. Durch Einführung eines zusätzlichen Nachhalls auf der Empfangsseite werden dagegen die Stoßstellen im oberen Teilband etwas ausgeglichen.

Bei Ausdünnung von zwei oder mehreren Teilbändern kann sich eine Einführung ungleicher Abschnittsiänge in den verschiedenen Teiibändern 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 Übertragungskanals, 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.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur verbesserten Ausnutzung des Übertragungskanals bei Tonsignalen, bei welchem Verfahren die Tonsignale in Abschnitte einer bestimmten Länge unterteilt werden, von denen nur reduzierte Teile zur Übertragung 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 Übertragungslücken L zur Übermittlung zusätzlicher Signale ausgenutzt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß _]5 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\_r, Bi_r,. ■ ■) zeriegt wird und daß auf der Empfangsseite die Lücken (L) dieser gekürzten Abschnitte durch Wiederholung der übertragenen Teile ausgefüllt werden (F i g. 2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zerlegung von zwei oder mehreren Teilbändern in gekürzte Abschnitte die Dauer der zur Übertragung kommenden Restabschnitte höherer Frequenzlage 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 (F i g. 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 (F i g. 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 (F i g, 13).

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal vor der Übertragung in 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 (F i g. 15).

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 7 für die Übertragung von mindestens zwei Signalen nach der Zeitmultiplexmethode, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Signal — bzw. weiteren Signalen — zugeordneten Übertragungsabschnitte in den Lükken der dem ersten Signal zugeordneten Übertragungsabschnitte übertragen werden (F i g. 15).

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig eine Frequenzweiche (FW\) 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 (F i g. 6).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite zusätzlich noch eine Frequenzweiche (FW₂) zur Trennung der empfangenen Frequenzbänder vorgesehen ist (F ig. 6).

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilband höherer Frequenzlage durch zeitliche Unterbrechung mittels Unterbrecher (Ui) in Abschnitte reduzierter Länge zeriegt wird, welche zur Zeitexpansion im Speicher (SRu SR2) gespeichert und mittels Taktimpulse (C₂), deren Frequenz kleiner ist als die bei der Einspeicherung verwendete Taktfrequenz (ei), langsamer aus dem Speicher entnommen werden (F ig. 9).

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die expandierten Abschnitte zwecks Zeitkompression auf der Empfangsseite gespeichert und mittels Zuführung einer höheren Taktfrequenz Ce₂) als bei der Einspeicherung (e\) schneller aus dem Speicher entnommen werden (F ig. 10).

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 9,11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur senderseitigen Zeitexpansion und zur empfangsseitigen Zeitkompression taktgesteuerte Schieberegister (SRu SR₂) als Speicher zur Anwendung kommen, wobei die Signalzuführungs-Taktfrequenz von der Signalentnahme-Taktfrequenz verschieden ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Teilbandlücken zur Übertragung eines zusätzlichen Signals ohne Zeitexpansion und -kompression ausgenützt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das zum ersten Signal (s) noch hinzukommende weitere Signal (s*, F i g. 14) zunächst in einem ersten Frequenzinverter (FIt) 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_b) periodisch umgeschaltet werden, daß das ursprünglich untere Teilbandsignal (a*j) des zweiten Nachrichtensignals der empfangsseitigen Frequenzweiche (FWi) entnommen wird und ebenso auch über einen weiteren Umschalter (Ut) das ursprünglich obere, mit Unterbrechungen auftretende Teilbandsignal (b*ri), daß die Unterbrechungen durch die im Speicher (SRt) verzögerten Abschnitte ausgefüllt werden, wobei ein ununterbrochenes Teilbandsignal (b*riw) entsteht, das zusammen mit dem ursprünglich unteren Teilbandsignal (a*,) des zweiten Nachrichtensignals in einem zweiten Frequenzinverter (Fh) schließlich in die ursprüngliche Frequenzlage gebracht wird, wodurch das verständliche Ausgangs-

signal fs*^entsteht (F i g. 14).

15. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet sendeseitig durch eine Frequenzweiche (FWg) zur Bildung von zwei Teilbandsignalen (% b), durch einen Schalter (Lk) zur periodische·' Unterbrechung des oberen Teilbandes (b), einen Kompressionszusatz (ZKg) zur abschnittsweisen Zeitkompression der Abschnitte des unteren Teilbandes (a) durch Speicherung und beschleunigte Speicherentnahme, empfingsseitig durch einen periodisch arbeitenden Umschalter (LJ₉) zur Trennung der in gleicher Frequenzlage übertragenen Teilbandsignale, einen Speicher (SR9) zur Wiederholung der Abschnitte (b_r) des oberen Teilbandes (b) und einen Expansionszusatz (ZEs) zur abschnittsweisen Zeitdehnung der Abschnitte (au) des unteren Teilbandes (a) durch Speicherung und verzögerte Speicherentnahme (Fig. 16).