Система связи с дельта-модуляцией, адаптивной к спектру речи Советский патент 1977 года по МПК H04J3/00 H03K13/22 

1

Изобретение относится к электросвязи и может использоваться для дискретной передачи речевых сообщений, в автоматизированных системах с речевым ответом для сокращения объема памяти устройств хранения словаря.

Известна система связи с дельта-модуляцией, адаптивной к уровню речи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные микрофон и фильтр верхних частот, последовательно соединенные детектор и фильтр нижних частот, блок модуляции, сумматоры и дельта-модулятор, а на приемной стороне - фильтр нижних частот, сумматор, амплитудно-импульсный модулятор, интегратор и усилитель 1.

Однако «непрерывная дельта-модуляция при низких скоростях дает слишком заметные шумы квантования и, кроме того, наличие значительной некомпенсированной задержки в цепях формирования уровня приводит к искажениям при декодировании.

Цель изобретения - повышение качества воспроизведения речи при низких скоростях передачи информации.

11оставленная цель достигается тем, что в предлагаемой системе связи с дельта-модуляцией, адаптивной к уровню речи, на передающей стороне введены дополнительные цепи из последовательно соединенных детектора и фильтра нижних частот и цепи из последовательно соединенных полосовых фильтров и компрессоров, через которые выход фильтра верхних частот подключен к входам детекторов и к входам первого сумматора, выход которого через второй сумматор подключен к входу дельта-модулятора, выходы фильтров нижних частот, кроме одного, который подключен к входу второго сумматора непосредственно, соединены с другими входами второго сумматора через блок модуляции, а на

приемной стороне введены регистр сдвига,

блок демодуляции и полосовые фильтры, при

этом цепи из последовательно соединенных

фильтров нижних частот, амилитудно-импульсных модуляторов и полосовых фильтров подключены через последовательно соединенные сумматор и интегратор к входу усилителя, другие же входы амплитудно-импульсных модуляторов через регистр сдвига подключены к

входу одного фильтра нижних частот непосредственно, а к входам остальных фильтров нижних частот - через блок демодуляции. Дельта-модулятор выполнен в виде последовательно соединенных компаратора и триггера,

выход которого через интегратор подключен к одному из входов компаратора, на другой вход которого подан сигнал с выхода второго сумматора. На передающей стороне блок модуляции выполнен по схеме амплитудных модуляторов, подключенных к выходам соответствующих фильтров нижних частот, а иа приемной стороне блок демодуляции выполнен в виде цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных подосового фильтра, на вход которого подан входной сигнал, и выпрямителя. На передающей стороне блок модуляции состоит из амплитудного модулятора, к одиому из входов которого подключен выход сумматора, а к другому входу - выход фазового модулятора, при этом на входы сумматора и фазового модулятора поданы сигналы с выходов соответствующих фильтров нилсних частот, а на приемной стороне блок демодуляции состоит из полосового фильтра, к выходу которого одновременно подключены фазовый детектор и последовательно соединенные выпрямитель и сумматор, при этом на вход полосового фильтра подан входной сигнал, а выходы сумматора и фазового детектора подключены к входам соответствующих фильтров нижних частот.

На фиг. 1 и 2 изображены структурные электрические схемы предложенной системы связи.

Система связи содержит (см. фиг. 1) на передающей стороне последовательно соединенные микрофон 1 и фильтр 2 верхних частот (ФВЧ), выход которого подключен к входу трех цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 3, компрессора 4, детектора 5 и фильтра 6 нижних частот, причем выходы компрессоров 4 также подключены к входам первого сумматора 7, выход которого через второй сумматор 8 подключен к входу дельтамодулятора 9, а выходы фильтров 6 нижних частот, кроме первого, который подключен к входу второго сумматора 8 непосредственно, соединены с другими входами второго сумматора 8 через блок модуляции 10. Дельта-модулятор 9 выполнен в виде последовательно соединенных компаратора И и триггера 12, выход которого через интегратор 13 подключен к одному из входов компаратора 11, на другой вход которого подан сигнал с выхода второго сумматора 8, а блок модуляции 10 выполнен по схеме амплитудных модуляторов 14, подключенных к выходам соответствующих фильтров 6 нижних частот.

На приемной стороне устройство содержит на входе регистр сдвига 15, блок демодуляции 16 и цепи из последовательно соединенных фильтра 17 нижних частот ФНЧ, амплитудноимпульсного модулятора 18 и полосового фильтра 19, выходы которых через последовательно соединенные сумматор 20 и интегратор 21 подключены к входу усилителя 22, другие входы амплитудно-импульсных (AM) модуляторов 18 через регистр сдвига 15 подключены к входу одного фильтра 17 нижних частот непосредственно, а к входам остальных фильтров нижних частот через блок демодуляции 16, который выполнен в виде цепей, каждая

из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 23, на вход которого подан входной сигнал, и выпрямителя 24. Система связи, изображенная на фиг. 2, от5 личается тем, что на передающей стороне блок модуляции 10 состоит из амплитудного модулятора 25, к одному из входов которого подключен выход сумматора 26, а к другому входу - выход фазового модулятора 27, а

0 на приемной стороне блок демодуляции 16 состоит из полосового фильтра 28, к выходу которого одновременно подключены фазовый детектор 29 и последовательно соединенные выпрямитель 30 и сумматор 31, при этом на

5 вход полосового фильтра 28 подан входной сигнал, а выходы сумматора 31 и фазового детектора 29 подключены к входам соответствующих фильтров 17 нижних частот.

Система связи с дельта-модуляцией, адаптивной к спектру речи, работает следующим образом (см. фиг. 1).

На передающей стороне речевой сигнал поступает на фильтр 2 верхних частот с частотой среза 300 Гц. Нолоса частот ниже 300 Гц используется для уплотнения одним из известных способов нескольких (например, трех) узкополосных управляющих сигналов, несущих информацию о уровне речи. Уровень речи в каждой из информационных областей речевого спектра выделяется с помощью цепей, состоящих из полосового фильтра 3, компрессора 4, детектора 5 и фильтра 6 иижних частот (ФНЧ). Сигналы с выходов компрессоров 4 суммируются в первом сумматоре 7, на выходе которого получается скомпрессированпый по частотным полосам речевой сигнал. Компрессия речевого сигнала обеспечивает работу устройства в требуемом динамическом диапазоне изменения входного сигнала. Сигнал с выхода первого сумматора 7 складывается во втором сумматоре 8 с сигналом уровня речи в полосовом фильтре 3 и поступает на один из входов компаратора И дельта-модулятора 9. Кроме этого, полученный суммарный сигнал уплотняется дополнительно двумя сигналами уровней речи в остальных полосовых фильтрах 3. Эти сигналы модулируют до амплитуде две поднесущие /i и /2 (например, /1 - 60 Гц, Гц), для чего используются АМ-модуляторы 14, выходы которых соединены со входами второго сумматора 8, а в устройстве на фиг. 2 упомянутые сигналы передаются на одной поднесущей /i, например, первый сигнал методом амплитудной модуляции, а второй - методом фазовой модуляции (ФМ). Сигнал с выхода фазового модулятора 27 в качестве несущей поступает на вход амплитздного модулятора 25, на другой вход которого с выхода сумматора 26 поступает сигнал уровня речи в полосовом фильтре 3 и напряжение смещения, которое обеспечивает на выходе амплитудного модулятора 25 сохранение несущей при отсутствии сигнала в полосовом фильтре 3.

На приемной стороне (фиг. 1) дискретный сигнал подается на вход многоразрядного регистра сдвига 15, служащего для задержки дискретного сигнала на такое же время, на какое задерживаются сигналы уровней в сглаживающих фильтрах 6 и 17 нижних частот. Кроме этого, дискретный сигнал подается на цепи восстановления сигналов уровней, первая из которых состоит из ФНЧ 17, а вторая и третья - из блока демодуляции 16 и ФНЧ 17. Сигналы уровней с выходов ФНЧ 17 управляют работой трех амплитудно-илшульсных модуляторов 18, на другие входы которых в качестве коммутирующего напряжения подается дискретный сигнал с выхода регистра сдвига 15. Модулированные по уровню сигналы с выходов амплитудно-импульсных модуляторов 18 пропускаются через полосовые фильтры 19, суммируются в сумматоре 20 и подаются на интегратор 21 и звуковой усилитель 22. Приемная сторона (фиг. 2) отличается лишь блоком демодуляции 16 сигналов уровней второго и третьего полосовых фильтров 3. Сигнал уровня третьего полосового фильтра 3 выделяется с помощью фазового детектора 29. Отличие блока демодуляции сигнала уровня второго полосового фильтра заключается в добавлении сумматора 31, на который подается напряжение смещения, служащие для компенсации уровня несущей чатоты /1.

Система связи с дельта-модуляцией, адаптивной к спектру речи, позволяет снизить скорость передачи до 7-15 кбит/с при сохранении приемлемого качества.

Формула изобретения

1. Система связи с дельта-модуляцией, адаптивной к уровню речи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные микрофон и фильтр верхних частот, последовательно соединенные детектор и фильтр нижних частот, блок модуляции, сумматоры и дельта-модулятор, а на прие.мной стороне - фильтр нижних частот, сумматор, амплитудно-импульсный модулятор, интегратор и усилитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества воспроизведения речи при низких скоростях передачи инфор.мации, на передающей стороне введены дополнительные цепи из последовательно соединенных детектора и фильтра нижних частот и цепи из иоследовательно соединенных полосовых фильтров и компрессоров, через которые выход фильтра верхних частот подключен к входам детекторов и к входам первого сумматора, выход которого через второй сумматор подключен к входу дельта-модулятора, выходы фильтров нижних частот, кро.ме одного, который подключен к входу второго сумматора непосредственно, соединены с другими входами второго сумматора через блок .модуляции, а на приемной стороне введены регистр сдвига, блок де1модуляции п полосовые фильтры, при этом цепи из последовательно

соединенных фильтров нижних частот, амплитудно-илшульсны.х модуляторов и полосовых фпльтров подключены через последовательно соединенные сумхматор и пнтегратор ко входу усилителя, другие же входы амплптудно-пмпульсных модуляторов через регистр сдвига подключены ко входу одного фильтра нижних частот непосредственно, а ко входам остальных фпльтров нижних частот через блок демодуляции.

2. Система связи по п. 1, отличающаяся те.м, что дельта-модулятор выполнен в виде последовательно соединенных компаратора п трпггера, выход которого через пнтегратор подключен к одному из входов компаратора, на другой вход которого подан сигнал с выхода второго сум.матора.

3.Система связи по л. 1, отл 1чающаяся те.м, что на передающей стороне блок .модуляции выполнен по схеме амплитудных модуляторов, подключенных к выхода.м соответствующих фильтров нижних частот, а на прие.мной стороне блок де.модуляцни выполнен в виде цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных полосового

фильтра, на вход которого подан входной сигнал, и выпря.мителя.

4.Спсте.ма связп по п. 1, отличающаяся тем, что на передающей стороне блок .модуляции состоит из амплитудного .мод иятора, к одно.му из входов которого подключен выход сум.матора, а к другому в.ходу - выход фазового .модулятора, при это.м на входы .матора п фазового .модулятора поданы сигналы с выходов соответствующ:1Х ф иьтров нпжних частот, а на прие.мпой стороне блок де.модуляцпп состоит из полосового qJliльтpa, к выходу которого одновре.менно подключены (разовый детектор п последовательно соедиасапые выпря.митель п сум.матор, при это.м па

вход полосового фильтра подан входпои сигнал, а выходы .1атора и фазового детектора подключены ко входал соответствующих фильтров нижнпх частот.

Источппки информации, принятые во BiULNUiнпе при экспертизе:

1. Статья bchindler Н. R. «Delta modulation IEEE, Spectrum 1970., 7, 10, 69-78.

2

® f1

if

-5j

1ЖК№}Ш

R3

fXJ J

L

vJ

fVJ

CYJ

LrrJ

ЛиснрвтНбш сигнал

18

Toifrn

7 Переда пч1;х

p.

FTL r-.j/

-H V-jr

-n

nl I

I

tf Г

I -i /J L3z:i.

4,

flpUSMHUK

/5

JSIJ

Pp.Г+ I-i г/ L-iJ

J