СПОСОБ И ПРИЕМНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ПАКЕТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРИНИМАЕМОГО ТОНАЛЬНОГО СИГНАЛА С ГЕНЕРИРУЕМЫМ ТОНАЛЬНЫМ СИГНАЛОМ Российский патент 2014 года по МПК H04N1/00 

В сетях связи, особенно в сетях связи протокола Voice over IP («голос по IP-протоколу») методы сжатия, в соответствии со стандартом G.729 ITU, например, используются для передачи речи, тонов или тональных сигналов, там, где применяемые концепции сжатия подходят наилучшим образом для передачи речи. При передаче мультичастотных тонов, известных в данной области техники как DTMF тональный набор, или факсовые/модемные тональные сигналы, при определенных условиях процесс сжатия может вызвать нежелательные изменения в определенных характеристиках цифровых тонов. Чтобы избежать проблем такого рода и облегчить распознавание тона в устройстве с противоположной стороны, стандартизированный метод согласно RFC 2833 может быть использован для передачи факсовых/модемных тональных сигналов, где указанный метод настраивается для передачи тональных сигналов, которые используются для сигнализации, что создается соединением между Voice over IP терминалами.

Например, при передаче факсового/модемного тонального сигнала на частоте 2100 Гц в соответствии с RFC 2833, посылающая сторона распознает и подавляет входящий факсовый/модемный тональный сигнал, или цифровой, или аналоговый тональный сигнал. В то же самое время часть тональной информации генерируется вместо распознанного факсового/модемного тонального сигнала, и в случае Voice over IP передачи, вставляется в специальные пакеты данных RTP (Протокол реального времени), которые затем посылаются через Интернет или через сети с Интернет-протоколом. Тональная информация в соответствии с RFC 2833 содержит данные о типе тона, уровне и частоте факсового/модемного тонального сигнала. На принимающей стороне, после того как переданная тональная информация измеряется с использованием тонального генератора, факсовый/модемный тональный сигнал воспроизводится и вставляется в декодированный сигнал из пакетов данных RTP.

Поскольку для распознавания переданных факсовых/модемных тональных сигналов необходим интервал времени, обычно 20-30 мс, невозможно подавить части или комбинации битов факсового/модемного тонального сигнала, переданные вплоть до этого момента, и передать их далее без дополнительной нежелательной задержки. На принимающей стороне при преобразовании между факсовым/модемным тональным сигналом, выработанным в тональном генераторе и вновь вставленным, и неподавленной комбинацией битов факсового/модемного тонального сигнала возможна обработка сигнала, которую в нисходящем потоке тональный детектор может неправильно интерпретировать как инверсию фазы или сдвиг фазы или модуляцию амплитуды. Указанные неправильные интерпретации могут возникать в особенности в сценариях при передаче факсового/модемного тонального сигнала через многоканальные сети с Интернет-протоколом или в случае многократных пересылок факсового/модемного тонального сигнала в соответствии с RFC 2833. Неправильные интерпретации часто приводят к серьезным проблемам или к полному сбою при передаче факсового/модемного тонального сигнала при использовании пакетов данных или пакетов данных RTP.

В силу вышесказанного основополагающая идея данного изобретения состоит в повышении качества передачи аудио информации, особенно тональных сигналов в соответствии со стандартом RFC 2833. Решение охарактеризовано признаками пункта 1.

Определяющий аспект заявленного способа заключается в признаках, согласно которым

a) тональный сигнал вставляется в пакет данных на передающей стороне,

b) тональный сигнал также передается в специальных пакетах данных передающей стороной, используя часть тональной информации, специфичной для тонального сигнала,

c) тональный генератор на принимающей стороне генерирует тональный сигнал в соответствии с переданной тональной информацией,

d) разность фаз между переданным и сгенерированным тональными сигналами определяется до вставки сгенерированного тона в пакеты данных и сравнивается с заранее заданной разностью фаз,

e) если определенная разность фаз превышает заранее заданную разность фаз, тональный генератор используется для сдвига фазы сгенерированного тона на заранее заданное значение фазы и

f) этапы d) и e) повторяются до тех пор, пока определенная разность фаз станет меньше заранее заданной разности фаз, в результате чего сгенерированный тональный сигнал вставляется в пакеты данных вместо переданного тонального сигнала.

Важное преимущество указанного изобретения состоит в том, что фазовый детектор не должен постоянно быть активным для синхронизации фазы тонального сигнала, вырабатываемого тональным генератором, поскольку синхронизация необходима, только когда тональный сигнал или части тональной информации принимается, и вставка тонального сигнала становится неизбежной.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения:

g) сохраняются две последние переданные комбинации битов передаваемого тонального сигнала, которые были выработаны до заданного времени, когда сгенерированный тональный сигнал вставлен в пакеты данных,

h) определяется первая разность фаз между последней сохраненной комбинацией битов и текущей выработанной комбинацией битов сгенерированного тонального сигнала,

i) определяется вторая разность фаз между предыдущей сохраненной комбинацией битов и текущей выработанной предыдущей комбинацией битов сгенерированного тонального сигнала,

j) определенные первая и вторая разности фаз сравниваются с заранее заданной разностью фаз,

k) если определенные первая и вторая разности фаз превышают заранее заданную разность фаз, тональный генератор используется для сдвига фазы генерируемого тона на заранее заданное значение фазы, и

l) этапы g)-k) повторяются до тех пор, пока первая и вторая определенные разности фаз не станут меньше, чем заранее заданная разность фаз.

Преимущество указанного варианта осуществления изобретения состоит в том, что только две комбинации битов или комбинации сканирования - также известные в данной обрасти техники как "выборки" - могут быть сохранены одновременно, что позволяет сократить время обработки для процесса синхронизации.

Другие полезные примеры заявленного способа и вариант осуществления модуля анализа в соответствии с изобретением описаны в дополнительных пунктах формулы изобретения.

Изобретение и другие примеры изобретения объяснены далее со ссылками на два чертежа, которые включают в себя:

Фиг. 1 - блок-схема конфигурации связи, в которой используется заявленный способ, и

Фиг. 2 вторая блок-схема конфигурации для использования заявленного изобретения в приемном модуле согласно Фиг. 1.

На фиг. 1 показаны передающий и приемный модули SE и EE, с помощью которых могут быть установлены соединения связи через Интернет IN. Передающий и приемный модули SE, EE могут содержать, например, шлюзы, которые могут использоваться для передачи речевой информации и информации сигнализации через Интернет IN по соединению связи, которое в примере осуществления изобретения является соединением протокола Voice over IP.

В примере осуществления изобретения предполагается, что пакеты данных dp состоят из пакетов данных dp протокола Voice over IP, которые передаются передающим модулем SE через Интернет IN, который альтернативно может представлять собой локальную сеть с Интернет-протоколом, в приемный модуль EE. Кроме того, в примере осуществления изобретения предполагается, что пакеты данных dp передаются в соответствии с RTP (Протокол реального времени). RTP определен в стандарте RFC 1889 или 3550 и является протоколом для непрерывной передачи данных реального времени, таких как аудиовизуальные или мультимедийные данные, через сети, основанные на протоколе IP.

В дополнение к пользовательской информации, передаваемой в пакетах данных dp, такой как речевая информация в пакетах данных протокола Voice over IP, вводятся тональные сигналы ts, такие как DTMF-тональные сигналы или факсовые/модемные тональные сигналы, которые должны быть переданы в передающий модуль SE. Имеющиеся в настоящее время способы сжатия наиболее подходят для сжатия речевых сигналов. При сжатии тональных сигналов ts не все тональные параметры передаются неизмененными. Во избежание указанного недостатка и для облегчения распознавания тонов в приемном модуле, следует применять обработку тональных сигналов в соответствии со стандартом RFC 2833. Ниже заявленный способ поясняется в применении для передачи факсового/модемного тонального сигнала, где модемный тональный сигнал представлен на примере тонального сигнала 2100 Гц, который используется для отключения эхо-компенсатора, который предусмотрен для передачи речи, для создания канала передачи в режиме передачи данных.

В соответствии со стандартом, передающая сторона проверяет сигналы, предназначенные для передачи, чтобы определить, есть ли тональные сигналы, т.е. факсовый/модемный тональный сигнал mod, и если тональный сигнал распознается, передача факсового/модемного тонального сигнала mod подавляется. Что означает, что пакет данных dp с распознанным факсовым/модемным тональным сигналом не посылается. Когда факсовый/модемный сигнал распознан, его характеристики, такие как частота, уровень и тип тона также распознаются и вставляются в часть тональной информации ti. Вместо распознанного факсового/модемного сигнала, передается отдельный пакет данных dp', содержащий тональную информацию ti. В соответствии со стандартом RFC 2833, после приема тональной информации ti, посылающая сторона использует тональный генератор TG (см. фиг. 2) для восстановления факсового/модемного сигнала mod в соответствии с тональной информацией ti - частота, уровень, тип тона - и вставляет его в поток данных в пакетах данных dp, используя модуль вставки/чтения ELE (см. фиг. 2).

В процедуре в соответствии со стандартом, требуется время для распознавания тонального сигнала ts или факсового/модемного сигнала mod, обычно 20-30 мс. В течение указанного времени посылающая сторона вставляет факсовый/модемный сигнал mod в пакеты данных dp, до того, как начнет действовать подавление факсового/модемного сигнала. Тональная информация ti также передается в отдельном пакете данных dp. Затем на принимающей стороне при вставке сигнала, произведенного тональным генератором TG, возможен фазовый сдвиг или инверсия фазы факсового/модемного сигнал mod, который не подавляется в нужное время. Указанный фазовый сдвиг может привести к значительным проблемам в тональных детекторах нисходящего потока. Заявленный способ в наибольшей степени подходит для предотвращения подобных проблем.

В соответствии с изобретением тональный сигнал ts или факсовый/модемный сигнал mod после его распознавания уже не подавляется передающей стороной, а ретранслируется, как указано на фиг. 1 стрелкой с маркировкой dp (mod). Кроме того, в соответствии со стандартом RFC 2833, параметры распознанного факсового/модемного сигнала mod, такие как его тип тона, уровень и частота, берутся из самого сигнала, помещаются в часть тональной информации ti, и вставляются в отдельный пакет данных dp, показанный на фиг. 1 стрелкой, маркированной dp' (mod).

На фиг. 2 показана возможная конфигурация для выполнения способа, соответствующего изобретению, в приемном модуле EE. С помощью модуля вставки/чтения ELE, которому передаются пакеты данных dp передающим модулем SE, тональная информация ti из отдельного пакета данных dp', считывается и пересылается на тональный генератор TG, в котором затем производится факсовый/модемный сигнал mod'. Факсовый/модемный сигнал mod' создается с использованием индивидуальных комбинаций битов s, также известных в данной области техники как выборки, и указанные комбинации битов s вставляются вместо передаваемого факсового/модемного сигнала mod в поток комбинации битов пакетов данных dp в заранее заданное время t_e.

Поскольку комбинация битов s, произведенных тональным генератором TG, должна быть вставлена с небольшим фазовым сдвигом или без него, соотношение фаз комбинации битов s определяется для факсового/модемного сигнала mod, посланного до времени t_e. Для выполнения указанного выше, первая и вторая комбинации битов s1, s2, переданные до времени t_x, считываются модулем вставки/чтения ELE и сохраняются в памяти SP. Из памяти SP две комбинации битов s1, s2 считываются фазовым детектором PD, и их фазовые соотношения сравниваются с двумя комбинациями битов s1', s2', которые выработаны тональным генератором TG и которые должны быть вставлены в пакеты данных dp в момент времени t_x. В фазовом детекторе PD определяется разность фаз Δφ первой комбинации битов s1, s1' и второй комбинации битов s2, s2' и затем сравнивается с заранее заданной разностью фаз φν. Заранее заданная разность фаз φν является максимальной разностью фаз, которая может существовать между передаваемым факсовым/модемным сигналом mod и факсовым/модемным сигналом mod', выработанным тональным генератором TG, или которая может быть допустима для предотвращения проблем, связанных с тональным детектором нисходящего потока.

В приведенном примере осуществления изобретения предполагается, что разность фаз Δφ больше чем заранее заданная разность фаз φν, и по этой причине для предотвращения слишком большого фазового сдвига две комбинации битов s1', s2', формируемые тональным генератором TG, а также последующие комбинации битов, не могут быть вставлены в пакеты данных dp в момент времени te_x.

Согласно изобретению фаза комбинации битов s', формируемой тональным генератором TG, или факсового/модемного сигнала mod' изменяется или сдвигается до заранее заданной фазы φ. Заранее заданную фазу φ выбирают таким образом, что постепенное изменение комбинации битов s', формируемой тональным генератором TG, до заранее заданной фазы φ будет давать результат ниже заранее заданной фазы Δφ, не вызывая еще одной инверсии фазы.

Устанавливается следующий, более поздний момент времени вставки t_e, и следующие две комбинации битов s, передаваемые до времени вставки t_e, считываются модулем вставки/чтения ELE и сохраняются в памяти SP (на фигуре не показано). Две комбинации битов s', сформированные тональным генератором TG до более позднего времени вставки t_e, используются для сравнения фаз с сохраненной комбинацией битов s. Если определенная разность фаз выходит за пределы заранее заданной разности фаз Δφ, описанные выше этапы способа для изменения каждой комбинации битов s', формируемой тональным генератором TG, до заранее заданной фазы φ, повторяются до тех пор, пока разность фаз Δφ не станет меньше, чем заранее заданная разность фаз φν; эти повторяющиеся процессы на фигуре не показаны.

Если фазовый детектор определяет, что разность фаз Δφ меньше, чем заранее заданная разность фаз φΔ, то во время вставки t_e вместо комбинации битов s1, s2 для переданного факсового/модемного сигнала mod, комбинация битов s1', s2' и дополнительная комбинация битов s' для факсового/модемного сигнала mod', сформированная тональным генератором TG, вставляются в пакеты данных dp с использованием модуля вставки/чтения ELE. Для ясности на фигуре показан случай, в котором разность фаз Δφ меньше заранее заданной разности фаз φν после только одного сравнения, следовательно, комбинации битов s1', s2' и т.д., сформированные тональным генератором TG, могут быть немедленно вставлены во время t_e в пакеты данных dp.

Если в соответствии с Интернет-протоколом дополнительные этапы отсутствуют, то комбинации битов s1, s2 и т.д. или факсовый/модемный сигнал mod' могут быть переданы другим протоколам или преобразованы в аналоговый факсовый/модемный сигнал mod'.

Способ, соответствующий изобретению, не ограничивается примером осуществления изобретения, и может быть использован в любых передающих и приемных модулях, посредством которых тональные сигналы посылаются в соответствии со стандартом RFC 2833 или подобными процессами.

Изобретение относится к системе связи и предназначено для повышения качества передачи аудио информации, особенно тональных сигналов в соответствии со стандартом RFC 2833. Сущность изобретения заключается в том, что в дополнение к передаче тонального сигнала (ts) в соответствии со стандартом RFC 2833 через сеть, использующую Интернет-протокол, тональный сигнал передается в пакетах данных (dp). Затем определяется разность фаз (Δφ) между передаваемым тональным сигналом (ts) и сгенерированным тональным сигналом (ts') перед началом вставки сгенерированного тонального сигнала (ts1) в пакеты данных (dp) и сравнивается с заранее заданной разностью фаз (φν). Если определенная разность фаз превышает заранее заданную разность фаз (Δφ, φν), фаза генерируемого тонального сигнала (ts1) изменяется на заранее заданную фазу (φ) с помощью тонального генератора (TG). Определение разностей фаз (Δφ) и изменение фазы (φ) генерируемого тонального сигнала (ts') повторяется до тех пор, пока определенная разность фаз не станет меньше, чем заранее заданная разность фаз (Δφ, φν), после чего вместо передаваемого тонального сигнала (ts) сгенерированный тональный сигнал (ts) вставляется в пакеты данных (dp). Существенное преимущество изобретения может усматриваться в том, что нет необходимости в постоянной активности фазового детектора для синхронизации, а синхронизация должна выполняться, только если принят тональный сигнал (ts) или тональная информация (ti), и вставка сгенерированного тонального сигнала (ts1) неизбежна. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ синхронизации тонального сигнала (ts (mod)), передаваемого в пакетах данных (dp),
a) в котором тональный сигнал (ts) вставлен в передаваемые пакеты данных (dp),
b) в котором тональный сигнал (ts) передается посредством части информации (ti), специфичной для тонального сигнала (ts), в специальных пакетах данных (dp'),
c) в котором тональный генератор (TG) генерирует тональный сигнал (ts') в соответствии с передаваемой тональной информацией (ti),
d) в котором разность фаз (Δφ между передаваемым тональным сигналом (ts) и генерируемым тональным сигналом (ts')) определяется перед началом вставки сгенерированного тонального сигнала (ts') в пакеты данных (dp) и сравнивается с заранее заданной разностью фаз (φν),
e) в котором, если определенная разность фаз (Δφ) превышает заранее заданную разность фаз (φν), то фаза сгенерированного тонального сигнала (ts') изменяется тональным генератором (TG) до заранее заданной фазы (φ),
f) в котором этапы d) и е) повторяются до тех пор, пока определенная разность фаз (Δφ) не станет меньше, чем заранее заданная разность фаз (φν), и в этот момент генерируемый тональный сигнал (ts) вставляется в пакеты данных (dp) вместо передаваемого тонального сигнала (ts).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
g) сохраняются последние две переданные комбинации битов (s1, s2) передаваемого тонального сигнала (ts), которые были сформированы до заранее заданного времени вставки (t_e) сгенерированного тонального сигнала (ts') в пакеты данных (dp),
h) определяется первая разность фаз (Δφ) между последней сохраненной комбинацией битов (s2) и последней комбинацией битов (s2') для сгенерированного тонального сигнала (ts'), сформированного до времени вставки (t_e),
i) определяется вторая разность фаз (Δφ) между ранее сохраненной комбинацией битов (s1) и предыдущей комбинацией битов (s1) для сгенерированного тона, сформированного до времени вставки (t_e),
j) определенные первая и вторая разности фаз (Δφ) сравниваются с заранее заданной разностью фаз (φν),
k) если определенные первая и вторая разности фаз превышают заранее заданную разность фаз (φν), то тональный генератор (TG) используется для сдвига фазы генерируемого тонального сигнала (ts') на заранее заданное значение фазы (φν),
l) этапы g)-k) повторяются до тех пор, пока первая или вторая определенные разности фаз не станут меньше, чем заранее заданная разность фаз (Δφ).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что сравнение второй определенной разности фаз (Δφ) с заранее заданной разностью фаз (φν) имеет приоритет.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что тональная информация (ti) формируется и передается в соответствии со стандартом RFC 2833.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что пакеты данных (dp) формируются и передаются с помощью RTP-протокола в соответствии со стандартом RFC 3511.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что тональный сигнал (ts, ts') состоит из факсового/модемного сигнала (mod).

7. Приемное оборудование для синхронизации тонального сигнала (ts (mod)), передаваемого в пакетах данных (dp),
a) с приемным модулем (ЕЕ) для приема тонального сигнала (ts), вставленного в пакеты данных (dp), и
b) для приема части тональной информации (ti), специфичной для тонального сигнала (ts), передаваемой в специальных пакетах данных (dp'),
c) с тональным генератором (TG) для генерирования тонального сигнала (ts'), формируемого в соответствии с передаваемой тональной информацией (ti),
d) с фазовым детектором (PD) для определения разности фаз (Δφ между передаваемым тональным сигналом (ts) и генерируемым тональным сигналом (ts')) перед началом вставки сгенерированного тонального сигнала (ts') в пакеты данных (dp), и для сравнения с заранее заданной разностью фаз (φν),
e) причем тональный генератор (TG) конфигурирован так, что, если определенная разность фаз (Δφ) превышает заранее заданную разность фаз (φν), то фаза (φ) сгенерированного тонального сигнала (ts') сдвигается на заранее заданную фазу (φν),
f) приемное оборудование конфигурировано так, что этапы d) и е) повторяются до тех пор, пока определенная разность фаз (Δφ) не станет меньше, чем заранее заданная разность фаз (φν), и сгенерированный тональный сигнал (ts) вставляется в пакеты данных (dp) вместо передаваемого тонального сигнала (ts).

8. Приемное оборудование по п.7, оснащенное
g) модулем вставки/чтения (ELE) и памятью (SP) для хранения последних двух переданных комбинаций битов (s1, s2) передаваемого тонального сигнала (ts), которые были сформированы до предварительно установленного времени вставки (t_e) для вставки сгенерированного тонального сигнала (ts') в пакеты данных (dp),
h) фазовым детектором (PD) для определения первой разности фаз (Δφ) между последней сохраненной комбинацией битов (s2) и последней комбинацией битов (s2'), сформированной из генерируемого тонального сигнала (ts') до времени вставки (t_e), и
i) для определения второй разности фаз (Δφ) между ранее сохраненной комбинацией битов (s1) и предыдущей комбинацией битов (s1), сформированной до времени вставки (t_e), и
j) для сравнения определяемых первой и второй разности фаз (Δφ) с заранее заданной разностью фаз (φν),
k) тональный генератор (TG) конфигурирован так, что если определенная первая и вторая разности фаз превышают заранее заданную разность фаз (φν), фаза генерируемого тонального сигнала (ts') сдвигается на заранее заданное значение фазы (φ), и
l) модуль вставки/чтения (ELE), память (SP), фазовый детектор (PD) и тональный генератор (TG) конфигурированы так, что этапы g)-k) повторяются до тех пор, пока определенная первая или вторая разности фаз не станут меньше, чем заранее заданная разность фаз (Δφ).

9. Приемное оборудование по п.7 или 8, отличающееся тем, что может приниматься часть тональной информации (ti), сгенерированной в соответствии со стандартом RFC 2833.