DD259987A3

DD259987A3 - Verfahren und anordnung zum sprachschutz in mfc-tastwahlempfaengern

Info

Publication number: DD259987A3
Application number: DD29222486A
Authority: DD
Inventors: Johannes Schuchart; Peter Lenz
Original assignee: Rft Nachrichtenelektronik Albe
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-09-14
Also published as: DE3717937C2; HUT44882A; HU196541B; CS471987A1; DE3717937A1; BG49039A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Sprachschutz in MFC-Tastwahlempfaengern. Ihr Anwendungsgebiet ist die analoge und digitale Vermittlungstechnik. Ziel der Erfindung ist es, auf der Grundlage signifikanter Merkmale der menschlichen Sprache einen wirksamen Sprachschutz zu gewaehrleisten, indem der MFC-Tastwahlempfaenger MFC-Wahlzeichen deutlich von spektral aehnlichen Sprachsignalen unterscheidet. Die erfindungsgemaessen Merkmale bestehen darin, dass im Empfaenger neben der Auswertung der charakteristischen MFC-Tastwahlfrequenzen nach CCITT-Empfehlung Q. 23 auch eine Pruefung auf das Vorhandensein der Sprachgrundfrequenz der menschlichen Sprache oder ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350 Hz durchgefuehrt und als ausschliessendes Kriterium genutzt wird. Dazu sind im MFC-Empfaenger acht Filter bzw. acht Kreuzkorrelatoren, acht Pegelbewerter und eine Auswerteschaltung vorhanden, wobei den Filtern bzw. Kreuzkorrelatoren neben den charakteristischen Durchlassbereichen zusaetzliche identische Durchlassbereiche im Frequenzbereich der Sprachgrundfrequenz oder ihrer Oberwellen unterhalb 350 Hz zugeordnet sind. Die Filter oder Kreuzkorrelatoren koennen in analoger oder digitaler Technik ausgefuehrt sein.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Sprachschutz in MFC-Tastwahlempfängern nach CCITT-Empfehlung Q.24bei der Erkennung von Tastwahlsignalen aus Fernsprechapparaten gemäß CCITT-Empfehlung Q.23 und deren Unterscheidung von in den Wahlpausen anliegenden störenden Sprachsignalen in Vermittlungseinrichtungen der Nachrichtentechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

MFC-Tastwahlempfänger müssen in der Lage sein, Signale von MFC-Tastwahlsendern nach CCITT-Empfehlung Q.23 zu erkennen. Die MFC-Tastwahlsender sind in der Regel spezielle Fernsprechapparate.

Dabei handelt es sich während des Wahlvorganges um Dualtonsignale, die aus jeweils einem Signal einer unteren Frequenzgruppe (697 Hz, 770 Hz, 852Hz, 941 Hz) und einem Signal einer oberen Frequenzgruppe (1209Hz, 1336Hz, 1477Hz, 1633Hz) bestehen. Die minimale Dauer eines zu erkennenden MFC-Tastwahlsignalsfür eine Wahlziffer beträgt ca. 40ms. Vor Wahlbeginn und in den Wahlpausen liegt gemäß CCITT-Empfehlung Q.24Pkt. 2.6. das vom Fernsprechapparat kommende Sprachsignal am Eingang des MFC-Tastwahlempfängers an. Dieses Sprachsignal darf die Funktion des MFC-Empfängers nicht beeinträchtigen, es darf z. B. keine Fehlerkennung hervorrufen. Darin besteht die Aufgabe des Sprachschutzes. Es wurde bereits eine Schaltungsanordnung gemäß DE-AS 2517024 bekannt, bei der beim Störschutz davon ausgegangen wird, daß Störsignale, die geeignet sind, eine Zeichenimitation zu bewirken, relativ oft starken Pegelschwankungen unterworfen sind und die auf der Grundlage der Auswertung von Pegelschwankungen reale Signale und Zeichenimitationen voneinander unterscheidet. Es wurde weiterhin ein sprachgeschützterfrequenzselektiverZeichenempfängergemäß DE-AS 2712847 bekannt, der die dort als Sprachschutzmaßnahme für erforderlich gehaltenen steilen Filter zur frequenzmäßigen Selektion von Störsignalen und realen Signalen mittels Auswertung der Charakteristiken jeder Schwebung der realen Dualsignale realisiert. Da aus der Literatur bekannt ist, daß Sprachsignale im Zeitraum von 20... 50 ms als stationär angesehen werden können, kann die spektrale Zusammensetzung des Sprachsignals oberhalb 600 Hz MFC-Tastwahlsignale vortäuschen. Somit leisten alle die Verfahren und Anordnungen gemäß o.g. Beispielen einen nur ungenügenden Sprachschutz, die eine Auswertung von Kurzzeitspektren mittels schmalbandiger Filter oder eine Beobachtung von Pegelschwankungen und nachfolgende Prüfung auf das Vorhandensein gültiger Frequenzkombinationen vornehmen.

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Es wurde weiterhin ein Verfahren gemäß DE-AS 1762312 bekannt, bei dem beim Sprachschutz davon ausgegangen wird, daß der Frequenzbereich des 3. Formanten eines in einem Sprachsignal und in einem nicht für Codefrequenzen benutzten Frequenzbereich auftretenden Vokals (z. B. Vokal „a") als Kennzeichen vorhandener Sprache herangezogen wird. Dieses Verfahren gewährleistet keinen ausreichenden Sprachschutz, da Formanten von Vokalen in Abhängigkeit von Laut, Lautfolgen und individuellen Besonderheiten des Sprechers starken Pegel- und Frequenzschwankungen sowie Frequenzunterschieden unterworfen sind. Darüber hinaus können auch stimmhafte Konsonanten MFC-Zeichenimitationen hervorrufen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die ohne aufwendige Selektionsmittel einen sicheren Sprachschutz gewährleistet und damit die Anzahl der durch Störgeräusche aus dem Teilnehmerapparat hervorgerufenen Fehlverbindungen drastisch senkt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde zu verhindern, daß Sprachsignale, die aufgrund ihrer spektralen Zusammensetzung oberhalb 600Hz ein MFC-Dualtonsignal vortäuschen, vom MFC-Tastwahlempfänger als MFC-Wahlzeichen erkannt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sprachgrundfrequenz der menschlichen Sprache, die in Abhängigkeit von der Stimmlage im unteren, mittleren oder oberen Bereich der Frequenzen zwischen 80 Hz und 350 Hz liegt, oder eine ihrer Oberwellen im Bereich bis 350Hz als signifikantes Unterscheidungsmerkmal zwischen Sprache und MFC-Tastwahlsignal genutzt wird. Dazu wird aus dem Eingangssignal neben den charakteristischen MFC-Tastwahlfrequenzen auch die Sprachgrundfrequenz der menschlichen Sprache oder eine ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350 Hz selektiert. Die Pegelverhältnisse zwischen den charakteristischen Frequenzen und der Sprachgrundfrequenz oder einer ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350 Hz werden bewertet, und ab einem bestimmten Pegel verhältnis wird das Eingangssignal nicht mehr als MFC-Signal anerkannt.

Anordnungsgemäß enthält der MFC-Tastwahlempfänger acht Filter, acht Pegelbewerter und eine Auswerteschaltung mit acht Eingängen. Die Eingänge der acht Filter werden gleichberechtigt mit dem Eingangssignal belegt. Die Ausgänge der Filter sind mit den Eingängen der Pegelbewerter verbunden. Deren Ausgänge sind wiederum mit einem der acht Eingänge der Auswerteschaltung verbunden. Jedes Filter besitzt neben dem für ihn charakteristischen Durchlaßbereich für eine der acht MFC-Tastwahlfrequenzen einen weiteren, für alle acht Filter gleichen Durchlaßbereich für die Sprachgrundfrequenz der .menschlichen Sprache oder ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350Hz. Somit sprechen beim Vorhandensein menschlicher Sprache alle acht Pegelbewerter an und geben ein Ausgangssignal an die Auswerteschaltung. Die Auswerteschaltung ihrerseits erkennt eine Signalbelegung ihrer acht Eingänge nur dann als MFC-Signal an, wenn nur zwei ihrer Eingänge angesprochen werden, und zwar nur einer der vier Eingänge, die der unteren Frequenzgruppe und nur einer der vier Eingänge, die der oberen Frequenzgruppe zugeordnet sind.

In einer Anordnungsvariante werden anstelle der acht Filter acht Kreuzkorrelatoren verwendet. Diese werden mit Vergleichssignalen betrieben, die neben dem für sie jeweils charakteristischen Frequenzbereich der gesuchten MFC-Tastwahlfrequenz einen weiteren Vergleichsfrequenzanteil für die Sprachgrundfrequenz der menschlichen Sprache oder ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350Hz besitzen. Die Anordnungen können in analoger oder digitaler Schaltungstechnik ausgeführt sein.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an einem ersten Ausführungsbeispiel anhand einer Blockschaltung näher erläutert werden. Das Eingangssignal ES wird acht Filtern F1 ...F 8 zugeführt, weicheneben ihrem charakteristischen Durchlaßbereich für eine der acht MFC-Tastwahlfrequenzen (697Hz, 770Hz, 852Hz, 941 Hz, 1 209Hz, 1 336Hz, 1477Hz, 1 633Hz) einen weiteren, für alle acht Filter gleichen, Durchlaßbereich der Sprachgrundfrequenz SGF mit einer Mittenfrequenz von 225Hz und einer 3-dB-Bandbreite von ±40Hz besitzen. Die Durchlaßdämpfung für den jeweils charakteristischen Durchlaßbereich und den Durchlaßbereich der Sprachgrundfrequenz SGF ist gleich groß gewählt. Mittenfrequenz und Bandbreite werden unter Berücksichtigung folgender Gesichtspunkte gewählt:

1. Der von der Vermittlungszentrale ausgesendete 425-Hz-Wählton kann durch Fehlanpassung an den Eingang des MFC-Empfängers gelangen, darf diesen jedoch nicht blockieren. Die Durchlaßdämpfung der acht Filter F1 ...F8muß bei dieser Frequenz hoch sein.

2. Falls es sich beim Eingangssignal ES um ein digitales Signal (PCM-Signal) handelt, hat dieses vorher das Filter des PCM-Coders durchlaufen. Alle Frequenzanteile der Sprachgrundfrequenz unterhalb 150Hz sind dadurch stark bedämpft.

3. Die Sprachgrundfrequenz der menschlichen Stimme ist reich an Oberwellen. Der Durchlaßbereich der Sprachgrundfrequenz SGF soll deshalb bei tiefen Stimmlagen die 1. oder 2.Oberwelle, bei mittleren und hohen Stimmlagen hingegen die Grundwelle oder I.Oberwelle der Sprachgrundfrequenz durchlassen.

Das Ausgangssignal jedes der acht Filter F1 ...F8wird dem Eingang je eines von acht Pegelbewertern P1 ...P8 zugeführt. Das Ausgangssignal jedes der acht Pegelbewerter P1... P8 wird einem der acht Eingänge einer Auswerteschaltung AS zugeführt. Die Auswerteschaltung besitzt einen Ausgang für die Ausgabe von seriell oder parallel auszugebenden Ausgabecodes MS1... MS16 entsprechend einer der erkannten MFC-Tastwahlfrequenzkombinationen. Ist das Eingangssignal ES ein echtes, ggf. durch Geräusche begleitetes, MFC-Tastwahlsignal, z. B. mit den beiden Frequenzen 697Hz und 1209 Hz, so werden die Filter F-1 und F5 jeweils ihren charakteristischen Anteil passieren lassen. Die beiden Pegelbewerter P1 und P5 erzeugen ein Ausgangssignal. Die übrigen sechs Filter lassen ggf. Geräuschanteile passieren, wodurch die übrigen sechs Pegelbewerter kein oder nur ein sehr kleines Ausgangssignal erzeugen. Die Auswerteschaltung erkennt durch einen Pegelvergleich, daß gem. CCITT-Empfehlung Q.23 eine der Wahlziffer „Eins" entsprechende Frequenzkombination empfangen wurde und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal MS1 ab. „

Ist das Eingangssignal ES ein Sprachsignal, welches zufällig die beiden Frequenzen 697Hz und 1209Hz in ausgeprägter Form, d.h. mit hohem Pegel gegenüber den übrigen sechs MFC-Tastwahlfrequenzen enthält, so werden auch hier die Filter F1 undF5 jeweils ihren charakteristischen Anteil passieren lassen und die beiden Pegelbewerter P1 und P5 ein Ausgangssignal erzeugen. Darüber hinaus werden alle acht Filter F1... F8 wegen ihres gleichen Durchlaßbereichs der Sprachgrundfrequenz SGF die Grundwelle oder eine der ersten beiden Oberwellen der Sprachgrundfrequenz der menschlichen Stimme passieren lassen, so daß alle acht Pegelbewerter Ausgangssignale erzeugen. Daraus erkennt die Auswerteschaltung AS, daß es sich nicht um ein MFC-Tastwahlsignal handelt, sie erzeugt folglich auch kein Ausgangssignal.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel soll der Einsatz eines Korrelators unter Verwendung der digitalen Schaltungstechnik näher erläutert werden. Das Eingangssignal ES besteht aus digitalen Abtastproben eines PCM-Kanals, die im Rhythmus von 8 kHz bereitgestellt werden.

Anstelle der acht Filter F1... F8 werden acht digitale Korrelatoren mit dem Eingangssignal ES belegt. Die Korrelatoren werden mit Vergleichssignalen betrieben, die als Abtastproben in einem PROM abgelegt sind und zyklisch ausgelesen werden. Die Vergleichssignale enthalten jeweils einen charakteristischen Spektralanteil entsprechend einer der acht MFC-Tastwahlfrequenzen und einen weiteren, für alle acht Korrelatoren gleichen Spektralanteil für die Sprachgrundfrequenz SGF mit einer Mittenfrequenz von 225 Hz und einer 3-dB-Bandbreite von +40 Hz. Die Kriterien für Mittenfrequenz und Bandbreite des Sprachgründfrequenzanteils SGF sind die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel.

In den Korrelatoren wird das Eingangssignal mit jeweils einem der Vergleichssignale abtastprobenweise und vorzeichenrichtig multipliziert und über eine größere Anzahl von Abtastproben integriert. Am Ende eines Integrationszyklusses wird das Integrationsergebnis aus den acht Korrelatoren in acht digitale Pegelbewerter P1 ...P8 eingetragen, dort bewertet und jeweils einem der Eingänge einer digitalen Auswerteschaltung AS zugeführt. Die Auswerteschaltung besitzt einen Ausgang für die Ausgabe von seriell oder parallel auszugebenden Ausgabecodes MS1 ...MS16 entsprechend einer der erkannten MFC-Tastwahlkombinationen.

Die Signalverarbeitung und-erkennung erfolgt in gleicherweise wie im ersten Ausführungsbeispiel, mit dem Unterschied, daß in der digitalen Schaltung statt kontinuierlich anliegender Strom- oder Spannungswerte diskrete Zahlenwerte verarbeitet werden, wodurch die Schaltung weitgehend unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen wird und sich ein Abgleich, wie bei analogen Filtern notwendig, völlig erübrigt.

Claims

1. Verfahren zum Sprachschutz in MFC-Tastwahlempfängern unter Nutzung signifikanter Merkmale der menschlichen Sprache, gekennzeichnet dadurch, daß aus dem Eingangssignal (ES) neben den charakteristischen MFC-Tastwahlfrequenzen auch die Sprachgrundfrequenz der menschlichen Sprache oder eine ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350Hz selektiert wird, nachfolgend die Pegelverhältnisse zwischen den charakteristischen Frequenzen und der Sprachgrundfrequenz oder einer ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350Hz bewertet werden und ab einem bestimmten Pegelverhältnis das Eingangssignal nicht mehr als MFC-Signal anerkannt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Eingänge von Filtern (F 1 ...F8) mit dem Eingangssignal (ES) belegt sind, der Ausgang jedes Filters (F 1 ...F8) mit je einem Eingang eines Pegelbewerters (P 1 ...P8) verbunden ist und der Ausgang jedes Pegelbewerters (P 1 ...P8) mit je einem Eingang der Auswerteschaltung (AS) verbunden ist, wobei jedes der Filter (F 1... F8) neben dem für ihn charakteristischen Durchlaßbereich für eine der acht MFC-Tastwahlfrequenzen einen weiteren, für alle acht Filter gleichen, Durchlaßbereich für die Sprachgrundfrequenz der menschlichen Sprache oder ihrer Oberwellen (SGF) im Frequenzbereich unterhalb 350Hz besitzt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der Filter (F1 ...F8) Kreuzkorrelatoren angeordnet sind, und die Kreuzkorrelatoren mit Vergleichssignalen betrieben werden, die neben der für sie jeweils charakteristischen Frequenzbereiche der gesuchten M FC-Tastwahlfrequenz einen weiteren Vergleichsfrequenzanteil für die Sprachgrundfrequenz (SGF) der menschlichen Sprache oder ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350 Hz besitzen.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kreuzkorrelatoren, die Pegelbewerter(P1 ...P8) und die Auswerteschaltung als digitale Schaltungen aufgebaut sind, das Eingangssignal (ES) in Form von PCM-Abtastproben an den Eingängen der digitalen Kreuzkorrelatoren anliegt, die mit digitalen Vergleichssignalen betrieben werden und die neben der für sie jeweils charakteristischen Frequenzbereiche der gesuchten MFC-Tastwahlfrequenz einen weiteren digitalen Vergleichssignalanteil für die Sprachgrundfrequenz (SGF) der menschlichen Sprache oder ihrer Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 350Hz besitzen.