ЦИФРОВОЙ ТЕЛЕФОННЫЙ СИНТЕЗАТОР РЕЧИ Российский патент 1998 года по МПК H04M1/64 

Изобретение относится к телефонии и телекоммуникационным средствам и может использоваться в телефонных автоответчиках, а также в автоинформаторах и сигнальных устройствах.

На фиг. 1 дана структурная схема цифрового телефонного синтезатора речи согласно изобретению; на фиг. 2 - структурная схема цифрового телефонного синтезатора речи с регулируемой тактовой частотой; на фиг. 3 - структурная схема цифрового телефонного синтезатора с регулируемой тактовой частотой и с подключением внешнего записывающего устройства (ВЗУ); на фиг. 4 - структурная схема цифрового телефонного синтезатора речи в регулируемой тактовой частотой и с подключением внешнего записывающего устройства (ВЗУ), внешнее управление которым осуществляет микропроцессорный телефонный сервер; на фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, с регулируемой устройством управления тактовой частотой; на фиг. 6 - то же, что на фиг. 5 с блокировкой телефонной линии; на фиг. 7 - то же, что на фиг. 6, с запоминающими устройствами, содержащими сбойные ячейки памяти.

Примеры. Цифровой телефонный синтезатор речи (фиг. 1) содержит ключ 1, ключ 2, ключ 3, внешнее устройство 4 управления (ВУУ), блок 5 управления (БУ), а также аналогоцифровой преобразователь 6 (АЦП), содержащий триггер 7, интегратор 8 и компаратор 9, кроме того, цифроаналоговый преобразователь 10 (ЦАП), состоящий из триггера 11 и интегратора 12, регистр 13 сдвига, содержащий тактовый генератор 14, блок 15 формирования адреса (БФА), запоминающие устройства 16 (ЗУ), причем внешнее устройство 4 управления связано с телефонной линией, а его выход соединен с первым входом БУ 5, компаратор 9 соединен одним входом с телефонной линией, вторым входом - с выходом интегратора 8, а выходом связан со входом триггера 7, выход которого соединен одновременно и со входом интегратора 8, и через ключ 2, управляемый вторым выходом БУ 5, соединен последовательно со входом одного, либо по меньшей мере двух последовательно соединенных ЗУ 16, управляющий выход тактового генератора 14 соединен с управляющими входами триггера 7, триггера 11 и блока 15 формирования адреса, которое соединено выходом со вторым входом БУ 5, а входом - с вторым выходом БУ 5, и связано общей шиной адреса с запоминающими устройствами 16, а выход последнего ЗУ 16 соединен со входом триггера 11, и через ключ 3, управляемый третьим выходом БУ 5, со входом первого ЗУ 16, выход триггера 11 связан со входом интегратора 12, выход которого соединен через ключ 1, управляемый первым выходом БУ 5, со входом ВУУ 4.

В варианте, показанном на фиг. 2, в отличие от фиг. 1, добавлен узел 17 регулировки тактовой частоты, соединенный выходом и первым входом соответственно со входом и со вторым выходом тактового генератора 14.

В варианте, показанном на фиг. 1 и фиг. 2, добавлено устройство 18 блокировки внешнего запоминающего устройства (ВЗУ), управляемое четвертым выходом БУ 5.

В варианте, показанном на фиг. 4, в отличие от фиг. 1-3, в цифровом телефонном синтезаторе речи в качестве внешнего устройства 4 управления используется микропроцессорный телефонный сервер, вход которого соединен через первый ключ с выходом интегратора 12, а выход - с первым входом БУ 5.

В варианте, показанном на фиг. 5, в отличие от фиг. 1-4, дополнительно введена связь пятого выхода устройства управления со вторым входом узла регулировки тактовой частоты.

В варианте, показанном на фиг. 6, в отличие от фиг. 1-5, добавлен ключ 19, замыкающий телефонную линию и управляемый шестым выходом БУ 5.

В варианте, показанном на фиг. 7, в отличие от фиг. 1-6, вместо части запоминающих устройств 16 применены запоминающие устройства 20, содержащие сбойные ячейки памяти.

Устройство работает следующим образом.

Цифровой телефонный синтезатор речи может находиться в состоянии "запись", "считывание" и "хранение". Состояния синтезатора меняются БУ 5. Регистр сдвига может работать в двух режимах: "хранение" и модификация".

Состояние "запись" может индицироваться, например, нажатием кнопки, связанной с БУ 5. При этом БУ 5 посылает сигнал "сброс" на БФА 15, замыкает ключ 2 и размыкает ключи 1 и 3. Сигнал из телефонной линии, в том числе и с микротелефонной трубки ТА, поступающий на вход компаратора 9 в АЦП 6, сравнивается с выходным значением напряжения интегратора 8. Последовательность результатов сравнения стробируется триггером 7, который синхронизируется тактовым генератором 14. Сформированная последовательность поступает через ключ 2 на вход первого ЗУ 16 регистра 13 сдвига, работающего в режиме "модификация". При заполнении первого ЗУ 16 считанная из него информация копируется во второе ЗУ 16, а на ее место записывается последовательность, поступающая с АЦП 6 (последовательная запись), и т.д. Запись заканчивается по заполнении всего адресного пространства регистра 13 сдвига. Сигнал об этом поступает по обратной связи с БФА 15 на второй вход БУ 5, в результате чего регистр 13 сдвига переводится в режим "хранение". Режим "запись" может использоваться как для записи с микрофона микротелефонной трубки (исходящее сообщение), так и для записи короткого сообщения абонента, с которым ведется разговор (во втором случае синтезатор используется как электронная записная книжка).

Состояние "хранение" синтезатора соответствует режиму "хранение" регистра 13 сдвига, ключ 1 разомкнут. В этом режиме разрешено только считывание информации из запоминающих устройств 16, то есть в них не происходит. БФА 15 продолжает работу, циклически опрашивая все адресное пространство: при применении в качестве ЗУ 16 динамических запоминающих устройств это обеспечивает регенерацию ячеек памяти.

Сигнал, переводящий устройство в состояние "считывание", может инициироваться либо внешним устройством 4 управления, которое распознает вызов абонента из линии ("автоподнятие") и передает сигнал об этом на первый вход БУ 5, либо нажатием соответствующей кнопки на БУ 5. При инициации режима "считывания" БУ 5 посылает сигнал "сброс" на БФА 15, размыкает ключ 2 и замыкает ключ 1 и 3. Регистр 13 сдвига переходит в режим "модификация", осуществляется последовательный сдвиг по всему адресному пространству запоминающих устройств 16. Сигнал с выхода последнего ЗУ 16 поступает на вход триггера 11 в ЦАП 10 и через ключ 3 - на вход первого ЗУ 16. С выхода триггера 11, синхронизируемого тактовым генератором 14, сигнал поступает на интегратор 12. С выхода ЦАП 10 сигнал через ключ 1 и внешнее устройство 4 управления передается в телефонную линию. Таким образом, в режиме "считывание" либо в ответ на вызов, либо с целью контроля сделанной записи осуществляется выдача записанного сообщения в линию, в том числе и на телефон микротелефонной трубки. По окончании выборки из всего адресного пространства регистра 13 сдвига БФА 15 подает сигнал на второй вход БУ 5, которое переводит синтезатор в состояние "хранение".

Такая схема работы цифрового телефонного синтезатора речи позволяет использовать в качестве ЗУ 16 динамические запоминающие устройства, в результате чего снижается, по сравнению со статическими, стоимость синтезатора и расход электропитания.

В варианте, показанном на фиг. 2, в устройство согласно изобретению добавлен узел 17 регулировки тактовой части. Уменьшая или увеличивая тактовую частоту до начала записи исходящего сообщения, мы можем регулировать время записи или воспроизведения информации из полного объема памяти. Естественно, с увеличением тактовой частоты качество воспроизведения будет улучшаться, а время записи в полный объем памяти - сокращаться. Кроме того, при воспроизведении записанного в память сообщения на другой тактовой части будет изменяться тон голоса говорящего.

В реализованном опытном образце время записи в полный объем памяти (1 МБит) можно варьировать в диапазоне от 4 до 60 с с сохранением различимости речи.

Вариант устройства, показанный на фиг. 3, работает аналогично вариантам, изображенным на фиг. 1-2, за исключением того, что по окончании режима "считывание" БУ 5 не только переводит синтезатор в режим "хранение", но и замыкает устройство 18 блокировки внешнего записывающего устройства. Внешнее записывающее устройство (ВЗУ) с энергонезависимым носителем информации (например, бытовой магнитофон) постоянно подключено к телефонной линии и находится в состоянии готовности к записи. При замыкании устройства 18 блокировки ВЗУ питание поступает на ВЗУ, и начинается запись сигнала из телефонной линии. Это может быть, например, входящее сообщение от вызывающего абонента. По окончании связи ВУУ 4 передает сигнал на БУ 5, которое размыкает устройство 18 блокировки ВЗУ, и запись на ВЗУ прекращается. Таким образом, новое входящее сообщение записывается на энергонезависимый носитель вслед за предыдущим, то есть никакого управления перемоткой носителя не требуется.

В варианте синтезатора, представленном на фиг. 4, функции, выполняемые ВУУ 4 (распознавание вызова, "автоподнятие", распознавание окончания связи и т. п.) переданы микропроцессорному телефонному серверу. В реализованном опытном образце телефонный сервер выполнен на базе микропроцессора Z-80. Такая конструкция позволяет упростить заявленный синтезатор за счет уменьшения количества блоков, относящихся собственно к синтезатору, поэтому устройство удается разместить вместе с телефонным сервером в корпусе от промышленного телефонного аппарата YEF-TA-12, а также использовать общий блок питания.

Вариант устройства, показанный на фиг. 5, работает аналогично вариантам, изображенным на фиг. 1-4, за исключением того, что в состоянии "хранение" по сигналу с пятого выхода БУ 5 узел 17 регулировки тактовой частоты устанавливает такую величину тактовой частоты, вырабатываемой тактовым генератором 14, которая минимально необходима для регенерации запоминающих устройств 16. Как известно, максимум потребления питания в динамических ЗУ приходится на момент обращения к ячейке, поэтому уменьшение частоты обращения существенно снижает общее потребление питания устройством.

Вариант устройства, показанный на фиг. 6, работает аналогично вариантам, изображенным на фиг. 1-5, за исключением того, что в состояниях "запись" и "считывание" сигнал с шестого выхода БУ 5 может размыкать ключ 19, блокируя тем самым телефонный аппарат и синтезатор от телефонной линии. В состоянии "запись" это используется для того, чтобы записываемое с микротелефона телефонной трубки исходящее сообщение не накладывалось на помеху ("гудок") из линии. В состоянии "считывание" можно прослушать записанное исходящее сообщение с телефона телефонной трубки, не передавая его в линию. В реализованном опытном образце команда БУ 5 на блокировку линии поступает от кнопок, выведенных на корпус телефонного аппарата.

Вариант устройства, показанный на фиг. 7, работает аналогично вариантам, изображенным на фиг. 1-6. Применение запоминающих устройств 20, содержащих сбойные ячейки памяти, основано на том, что появление в числовой двоичной последовательности до 3% ошибочных значений отражается лишь на увеличении фонового шума записанного речевого фрагмента. Появление группы подряд идущих ошибок приведет к появлению "щелчков". Если количество сбойных ячеек на одной ИМС ЗУ не превышает 150 штук, то при емкости ЗУ в 256 КБит (такие микросхемы применены в опытном образце) это составит 0.0075%. При указанной в предлагаемом синтезаторе последовательной схеме включения запоминающих устройств 20, содержащих сбойные ячейки памяти, количество сбойных ячеек, расположенных по разным адресам микросхем, должно суммироваться.

Следовательно, шум, связанный с наличием сбойных ячеек, становится заметным лишь при последовательном включении более 400 микросхем емкостью 256 КБит (3% = 0,0075%-400). Применение микросхем, содержащих сбойные ячейки памяти, существенно снижает общую стоимость устройства.

Использование: в телефонии и телекоммуникационных средствах, а именно в телефонных автоответчиках, а также в автоинформаторах и сигнальных устройствах. Сущность: устройство содержит четыре ключа 1, 2, 3, 19, одно внешнее устройство управления 4, один блок управления 5, один аналого-цифровой преобразователь АЦП 6, два триггера 7, 11, два интегратора 8, 12, один компаратор 9, один цифро-аналоговый преобразователь ЦАП 10, один регистр сдвига 13, один тактовый генератор 14, один блок формирования адреса 15, N запоминающих устройств 16, один регулятор тактовой частоты 17, одно устройство блокировки ВЗУ 18. 7 ил.

1. Цифровой телефонный синтезатор речи, содержащий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), состоящий из интегратора и триггера, внешнее устройство управления, информационный вход-выход которого подключен к телефонной линии, а первый выход подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с входом управления первого ключа, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), содержащий компаратор, а также запоминающее устройство, отличающийся тем, что введены регистр сдвига, содержащий тактовый генератор, блок формирования адреса и N-1 запоминающих устройств, где N>1, второй и третий ключи, а в АЦП дополнительно введены триггер и интегратор, причем информационный вход АЦП соединен с телефонной линией, а управляющий вход - с первым управляющим выходом регистра сдвига, второй управляющий выход которого подключен ко второму входу блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом регистра сдвига, информационный выход которого подключен к информационному входу ЦАП, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выход которого подключен ко входу внешнего устройства управления, при этом управляющий вход ЦАП соединен с первым управляющим выходом регистра сдвига, информационный вход которого подключен к выходу второго ключа, объединенного с выходом третьего ключа, управляющий вход которого, объединенный с управляющим входом второго ключа, подключен к третьему выходу блока управления, при этом информационные входы второго и третьего ключей подключены соответственно к выходу АЦП и к информационному выходу регистра сдвига, являющемуся выходом последнего из N последовательно соединенных запоминающих устройств, вход первого из которых является информационным входом регистра сдвига, первый управляющий выход которого является выходом тактового генератора, соединенного с первым входом блока формирования адреса, выход которого является вторым управляющим выходом регистра сдвига, управляющий вход которого является вторым входом блока формирования адреса, адресные выходы которого подключены к адресным входам N запоминающих устройств, причем информационный вход АЦП является первым входом компаратора, выход которого через последовательно соединенные триггер и интегратор подключен к второму входу компаратора, при этом управляющий вход АЦП является управляющим входом триггера, а выход АЦП - выходом триггера, причем выход ЦАП является выходом интегратора, вход которого подключен к выходу триггера, управляющий вход которого является управляющим входом ЦАП, а информационный вход - информационным входом ЦАП. 2. Синтезатор по п.1, отличающийся тем, что введен регулятор тактовой частоты, вход и выход которого подключены к выходу и ко второму входу тактового генератора. 3. Синтезатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно введено внешнее записывающее устройство (ВЗУ) и устройство блокировки внешнего записывающего устройства, причем первый вход устройства блокировки ВЗУ соединен с четвертым выходом блока управления, а второй вход является входом питания, при этом выход устройства блокировки ВЗУ соединен с первым входом питания ВЗУ, информационные вход-выход которого подключены к телефонной линии, а второй вход питания ВЗУ подключен к питающей сети. 4. Синтезатор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что внешнее устройство управления выполнено в виде микропроцессорного телефонного сервера. 5. Синтезатор по пп.1 - 4, отличающийся тем, что пятый выход блока управления соединен с входом управления регулятора тактовой частоты. 6. Синтезатор по пп.1 - 5, отличающийся тем, что дополнительно введен четвертый ключ, информационные входы которого соединены с телефонной линией, а выходы подключены к телефонному аппарату, при этом управляющий вход четвертого ключа соединен с шестым выходом блока управления. 7. Синтезатор по пп.1 - 6, отличающийся тем, что М запоминающих устройства выполнены в виде запоминающих устройств, содержащих сбойные ячейки памяти, где М - целое число от 1 до N.