JPS6224980B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原信号をサンプリングし、各サンプ
ルの振幅をデジタル符号に変換してなるPCM符
号化信号の処理技術に関する。本発明は特に、こ
のような信号中の特定周波数の検出に適用するも
のである。

この周波数とは、たとえば電話線路を使用した
データ伝送の信号周波数とすることができる。４
線式電話線路には、その両端末に、エコーによる
通話妨害を阻止するためにエコーサプレツサが設
けられている。このような電話線路を介してデジ
タルデータを同時に両方向に伝送する場合、その
線路の両端末に設置されたエコーサプレツサをあ
らかじめ中立化、すなわちその動作を無効にして
おかなければならない。そうしないと、いずれか
一方向の伝送データが減衰されて、誤り率が大幅
に増加してしまうことになる。エコーサプレツサ
を中立化させるためには、デジタルデータの伝送
に先立つて、特定の周波数の識別信号が伝送され
る。この特定の周波数はCCITT勧告G.161に従つ
て2100Hz±15Hzに定められている。この周波数を
検出する装置がエコーサプレツサの近くに備えら
れてその周波数の識別信号が検出されるとエコー
サプレツサは中立化されるようになつている。

アナログエコーサプレツサにおいては、その周
波数検出動作はフイルタによつて行われる。一方
デジタルエコーサプレツサの場合は、デジタルフ
イルタによつてその識別信号を認識することがで
きるが、そのような装置は高価である。そのた
め、識別信号の認識のための簡単な装置が本出願
人によつてすでに特開昭50−46208号（特公昭58
−14098号）公報で提案されている。

その提案装置によれば、識別信号を認識するた
めに３つの条件を使用している。

(1) 所定期間内に生ずる線路信号の正負符号（ま
たは極性）の変化数の平均値がある範囲内にあ
ること。2100Hzの周波数を検出するためには、
50ミリ秒の期間内に線路信号の符号の変化の回
数が208〜212の中になければならない。

(2) 線路信号は同一符号を500ミリ秒以上持続し
ないこと。

(3) 少なくとも１つの信号サンプルは雑音と区別
できる程度に十分に大きな振幅があること。

本発明の目的は、このような装置にて使用され
る構成要素の数量を更に減らすことにある。この
目的は上述の２つの条件(1)および(2)を新しい条件
に置換することによつて達成される。その新しい
条件とは、計数状態がある範囲Ｐ内で変化するこ
とのできるカウンタがオーバーフローしないこと
を証明することからなるもので、認識しようとす
る周波数f₁とサンプリング周波数f₂と間に存在す
る関係を使用している。すなわち、測定される周
波数f₁の信号はサンプリング周波数f₂のパルスに
よつてサンプリングされることにより、周波数f₁
の半周期と残りの半周期との間にそれぞれ正負符
号の異なるサンプルがほぼ同じ数だけ得られるの
で、符号の違いによりそれぞれのサンプル数だけ
カウンタにて加減算することで平均化し、周波数
f₁の信号を受信することによりそのような加減算
の結果はある値に集束することはあつてもある範
囲Ｐを決して越えることがなく、逆にカウンタの
内容がオーバーフローすれば、周波数f₁は検出し
ていないと認識するようにしている。

このように従来装置で信号認識に使用した２つ
の条件を本発明装置では１つの条件で達成できる
ので、従来装置に比べて装置の構成要素の数を更
に減らし、その信頼性を高めるものである。

本発明によれば、PCM符号化した信号中の周
波数f₁を検出する装置であつて、その信号のサン
プリング周波数をf₂とし、ｐおよびｑを整数と
し、ｐを2qより大であるとするとき、f₂≒（ｐ／
ｑ）・f₁の関係を有するとし、前記信号の正負符
号が変化する毎にひとつの正負符号変化パルスを
出力する回路と、測定期間中にこれらのパルスを
計数する計数回路とを包含する周波数検出装置に
おいて、前記計数回路は、ａおよびｒをその比
ａ／ｒが（ｐ−2q）／2qに等しいものであると
するとき、サンプリング周波数f₂で動作し、各サ
ンプリング周波数の間に前記正負符号変化パルス
が現われたとき第１の方向にステツプ数ａをシフ
トし、各サンプリング周期の間に前記正負符号変
化パルスが現われないときは第２の方向にステツ
プ数ｒをシフトする加算／減算カウンタと、この
加算／減算カウンタが測定期間の始まりに初期設
定された特定位置からｐおよびｑの関数とした所
定のステツプ数以上離れたか否かを検出する手段
とで構成され、周波数f₁の存在は測定期間中にそ
のような検出がないことによつて表わされるよう
にしたことを特徴とするPCM符号化信号の周波
数検出装置が提供される。

本発明の格別な実施例においては、εを１に近
い値とするときのε×f₂＝（ｐ／ｑ）・f₁の場合
に、加算／減算カウンタは、εが１より大きい場
合に第２の方向にシフトさせる修正用パルスを、
εが１より小さい場合には第１の方向にシフトさ
せる修正用パルスを周波数｜ε−１｜×f₂で受け
るようにしている。

以下本発明のふたつの実施例を添付図面を参照
してより詳細に説明する。

第１図は、電話線路を介して送られる特定周波
数f₁の信号を認識するための装置を最も簡単な構
成で示したものである。PCM符号化電話チヤン
ネルのサンプリング周波数をf₂としたとき、f₂＝
（ｐ／ｑ）・f₁なる関係を有するものとし、ここ
で、サンプリング周波数f₂をたとえばf₂＝8000Hz
とし、認識しようとする信号周波数f₁を、説明を
簡単にするため識別信号の2100Hzに近いf₁＝2000
Hzとする。ここで、ｐ＝４、ｑ＝１およびε＝１
とし、εについては後述する。周波数f₁の線路信
号は正および負の振幅をもつたアナログ信号であ
り、そのサンプリング周波数f₂はパルスである。
したがつて、周波数f₁の信号を４倍の周波数を有
する周波数f₂のパルスでサンプリングすると、１
周期の間の正および負符号のサンプルが２個ずつ
得られることになる。

第１図による装置は、入力Ｓに、連続するサン
プルの正負符号を表す符号ビツトを受ける。排他
的ORゲート２０はあるサンプルの正負符号がそ
の前のサンプルの正負符号と異なつているか否か
を示す論理信号CSを出力する。したがつてこの
ゲート２０は、符号ビツトＳを直接受けるととも
に、クロツク入力にサンプリング周波数f₂を受け
て１つ前のサンプルの符号ビツトを出力するよう
にした双安定素子２１を介して受けることによ
り、連続する正負符号を監視することができる。
論理信号CSは、このゲート２０の２つの入力の
一方が論理レベル１、他方が論理レベル０の時
（符号の変化あり）、論理レベル１となり、両入力
が同じ論理レベルの時（符号の変化なし）、論理
レベル０となる。この論理信号CSは特許請求の
範囲では正負符号変化パレスと表現している。

この論理信号CSはそれぞれふたつのANDゲー
ト１１および１２を介して加算／減算カウンタ１
０に与えられる。この加算／減算カウンタはそれ
ぞれ加算および減算用のふたつの入力（＋および
−）を有している。これらふたつの入力はゲート
１１および１２の出力に接続される。加算計数を
制御するゲート１１は論理信号CSのほかにサン
プリング周波数f₂（8000Hz）のパルスを受ける。
減算計数を制御するゲート１２は反転された形の
論理信号CSとサンプリング周波数f₂のパルスと
を受ける。パルスがゲート１１を介して加算／減
算カウンタ１０の加算計数制御入力（＋）に与え
られる毎に（正負符号変化あり）、カウンタは
“１”ずつ加算する。他方、パルスがゲート１２
を介して減算計数入力（−）にあたえられる毎に
（正負符号変化なし）、加算／減算カウンタ１０は
“１”ずつ減算する。これまでの動作は第３図に
示したタイムチヤートによつて示すことができ
る。

この加算／減算カウンタ１０はたとえば３つの
双安定素子から成る３ビツトカウンタとすること
ができ、さらにこのカウンタの内容を特定の値に
セツトさせる第３の入力１３を有している。この
第３の入力１３には周期ｔのクロツクパルスが与
えられる。その時、カウンタ１０は、その計数範
囲Ｐの中間値に相当する状態、すなわち計数可能
範囲内の000＝（０）₁₀と110＝（６）₁₀との丁度中
間値に当たる特定の値011＝（３）₁₀に初期設定さ
れる。したがつて、加算／減算カウンタ１０は、
クロツクパルスｔによつて周期的にその計数範囲
Ｐの中間値に強制的にセツトされ、次の周期ｔの
パルスが入力されるまでの間、Ｐ＝±４の範囲内
で加算（符号変化あり）または減算（符号変化な
し）される。したがつて、周波数f₁を検出中は３
±１の間でカウンタの内容が交互に変化されるこ
とになる。

加算／減算カウンタ１０の各双安定素子の出力
はANDゲート１４に与えられる。このANDゲー
ト１４は、加算／減算カウンタが上記した範囲Ｐ
を越えた時、すなわちこの場合、加算／減算カウ
ンタがその最大容量（状態111）まで達した時だ
け、論理レベル“１”の信号を出力する。ゲート
１４の出力は端子１９から来るパルスによつてゼ
ロにリセツトされている双安定素子１５のセツト
入力に接続されている。この双安定素子の相補出
力はANDゲート１６の入力の１つに接続され
る。このANDゲート１６も端子１９から来るパ
ルスによつて制御される。ANDゲート１６の出
力１７はこの装置の出力を構成する。端子１９は
周期ｔのクロツクパルスの倍数の反復周期t′を有
するクロツクパルスを受ける。

この装置は次のように動作する。

ｐ／ｑの値が４に等しい、つまり、サンプリン
グ周波数f₂が検出しようとする周波数f₁よりも４
倍高いとすれば、周波数f₁は正符号の半周期の間
に２回、負符号の残りの半周期の間に２回、サン
プリングされるので、正負符号の変化しない回数
と同じ回数の正負符号の変化が連続するサンプリ
ング周期の間に平均して認められる。このため、
加算／減算カウンタ１０は8000Hzの速度で加算計
数及び減算計数を交互に行うことになる。もし、
周波数f₁が2000Hzに非常に近いが正確には等しく
ない場合は、正負符号の変化及び非変化の機会は
規則正しく交互に来ないので、測定周期t′が終わ
る前に加算／減算カウンタ１０の状態がオーバフ
ローしてしまうことがある。これを避けるため、
測定周期t′より短い周期ｔでその開始時に入力１
３からのパルスによつて加算／減算カウンタ１０
をその計数範囲Ｐの中間値に周期的にセツトする
必要がある。もし測定中にこの範囲を越えなけれ
ば、すなわち、ここでは状態111に達しなけれ
ば、周波数f₂は2000Hzであると認識される。周期
ｔのパルスにより中間値の状態011へリセツトす
ることによつて2000Hzを中心とする周波数帯域内
の周波数を検出できるようになるが、このリセツ
ト周期が短くなればなるほどカウンタのリセツト
回数が増えるのでオーバフローの機会が減り、結
果的に認識しようとする周波数と2000Hzとの間の
許容差が大きくなつて、検出される周波数帯域は
広くなる。

識別信号としてこの周波数が使用されなけれ
ば、加算／減算カウンタ１０は加算計数を越える
かまたは減算計数を越えることによつて状態111
に急速に達し、双安定素子１５をセツトし、
ANDゲート１６の一方の入力に論理レベル
“０”を与えることが認められよう。

また本発明による装置は、得ようとする周波数
が平均して存在するか否かをチエツクするだけで
なく、チエツクすべき信号がその平均周波数から
僅かにではなくある程度の範囲以上に離れている
か否かを指示することも認められよう。

このため、本発明による装置は特別な手段を使
用しなくとも信号f₂の変動にも応答する。全測定
周期t′の間に周波数が変動すれば、その信号は検
出しようとする周波数として認識されなくなる。
周期t′の長さは変動に対する不感の度合を定める
ものである。

ｐ／ｑの値が４に等しくなければ、各周期ｔ内
での加減算で計数バランスがとれず、中間値から
いずれかに片寄つた値となる。というのは、符号
変化のあるサンプルの数と、符号変化のないサン
プルの数に基づいた加算／減算カウンタ１０の加
算ステツプ数と減算ステツプ数とに差があるため
である。

以上をより一般的な形で説明するとすれば以下
のとおりである。ここで、検出しようとする周波
数f₁のｑ周期の期間について考えるとする。ｑ周
期の間にはｐ個のサンプルが得られるが、そのう
ち各サンプリング周期において１つ前のサンプリ
ング周期でのサンプルと比べて符号の変化しない
サンプルはｐ―2q個、符号の変化したサンプル
は2q個であつて、これらの平均化が行われる。
つまり、加算／減算カウンタは符号の変化がある
毎に2q回、ｐ―2qステツプずつ加算し、符号の
変化がない毎に（ｐ−2q）回、2qステツプずつ
減算させられてｑ周期の間でみればステツプ数は
ゼロになる。もちろんｑが１に等しくｐが偶数で
あれば、これのステツプ数は２分される。要する
に、加算／減算カウンタが符号の変化毎に加算さ
せられるステツプ数をａとし、符号に変化がない
毎に減算させられるステツプ数をｒとすれば、加
減ステツプ数は比ａ／ｒ＝（ｐ−2q）／2qで書き
表わすことができる。したがつて、もし（ｐ−
2q）／2qが通約できれば、ａおよびｒはより小
さな値とすることができ（第３図参照）、これは
加算／減算カウンタ１０の容量の節約にもなる。

ここで、ステツプ数ａ，ｒを加減算する加算／
減算カウンタ１０は加算器によつて作ることがで
き、この加算器の後にＤ型双安定素子を接続して
加算器の第１入力群に帰還するようにし、加算器
の第２入力群をメモリ、たとえば読取り専用メモ
リの出力に接続し、このメモリに数値ａおよび−
ｒを入れておき、その読取りをf₂の伝送速度で論
理信号CS及びにより、すなわち第１図を参照
すれば、ゲート１１及び１２の出力信号により制
御するようにすることができる（第１図の実施例
では、ａおよびｒはいずれも１に等しいので、こ
れら数値を周波数f₂のパルスで代用している）。
加算／減算カウンタの状態はもちろん双安定素子
の各状態によつて定められ、加算／減算カウンタ
は各周期ｔの始まりにおいて相当する状態に双安
定素子を強制的にセツトすることによつて初期設
定される。

上述の加減算の計数範囲Ｐの幅およびこれによ
つて選択された加算／減算カウンタの大きさはｐ
およびｑの関数として決定される。ｐ＝4qの場
合の例は上記に与えてある。ｐ≠4qの場合に必
要なカウンタの大きさは以下のとおりである。

ここでf₁＜2000Hzの時に生ずるｐ＞4qの場合、
サンプリング周期が相対的に短くなるので正負符
号の変化しない連続的なサンプル、すなわち周波
数f₁の半周期の間にサンプリングされたサンプル
群において、最初のサンプルの符号と同一符号の
サンプルが２個続いて計３個含まれることがあ
る。これらの群は、（ｋ−１）（ｐ−2q）／2q
＜ｋで表わされるような数ｋ（２個続く場合ｋ＝
２）に多くとも等しいサンプル数によつて構成さ
れる。したがつて、この場合、範囲Ｐの中間から
始まつてこの範囲を越えることなく少なくともｋ
×2qステツプを戻ることができる加算／減算カ
ウンタが必要となる。範囲Ｐが２×ｋ×ｑを越え
るとそれだけf₁を中心として検出できる周波数帯
域は広くなる。

逆に、f₁＞2000Hzの時に生ずる4q＞ｐ＞2qの場
合、範囲Ｐの中間から始まつてこの範囲を越える
ことなく少なくともk′×（ｐ−2q）ステツプを進
むことができる加算／減算カウンタが必要であ
る。ここでk′は（k′−１）2q／（ｐ−2q）＜
k′とする整数である。ここにおいても、範囲Ｐが
２×k′×（ｐ−2q）を越えるとそれだけf₁を中心
として検出できる周波数帯域を広くできる。

周波数f₁が周波数f₂の正確に整数または分数の
約数でないとすれば、または周波数f₁が正確に周
波数f₂の単純な分数の約数でないとすれば（単純
な分数の約数ではｐおよびｑは非常に大きくなる
ことはない）、第１図の装置は僅かに変更され
る。この変更された装置は第２図に示される。こ
の場合、ε×f₂＝（ｐ／ｑ）・f₁、εは約１であ
る。

たとえば、8000Hzのサンプリング周波数f₂に対
して2100Hzの信号周波数f₁を検出したいとする。
これらの条件では、ｐは４に等しく、ｑは１に等
しく、εは1.05に等しい。

第２図において、第１図と同じ参照番号は同じ
機能を有する構成要素について使用してある。ゲ
ート１２と加算／減算カウンタ１０の減算計数入
力との間にORゲート１８が与えられ、ORゲート
１８は第１にゲート１２の出力を受け、第２に伝
送速度（ε−１）・f₂＝400Hzで一連のパルスを、
すなわちサンプリング周波数f₂のパルス20個ごと
に１個のパルスを受ける。ゲート１８に与えられ
るこれらのパルスはパルスf₂との一致を避けるた
めにf₂に関して僅かに遅らされる。このようなゲ
ート１８を付加する変更により、20個のパルスf₂
の入力の後特別のパルスが加算／減算カウンタ１
０の減算側の計数入力に余分に導入されることに
なり、2100Hzの周波数f₁が与えられた場合には、
加算／減算カウンタは決して状態111に達するこ
とがなくなる。

もちろん、この特別のパルスは、εがたとえば
0.95であつたとすれば、加算側の計数入力に加え
られることになる。

このように、非常に簡単な装置を採用して各種
周波数を監視することができるのである。

以下本発明をその好適な実施例について詳述し
たが、本発明はこの特定な実施例に限定されるこ
となく本発明の精神を逸脱しないで幾多の変化変
形が可能である。特に。正負符号の変化が認めら
れた時加算／減算カウンタを進ませ、正負符号の
変化がない時戻すようにする代わりに、前者の時
に戻すようにし、後者の時に進ませるようにする
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はεが正確に１である場合の本発明によ
る装置を示す図、第２図はεが僅かに１より大で
ある場合の本発明による装置を示す図、第３図は
第１図の装置の動作波形を示すタイムチヤートで
ある。 １０…加算／減算カウンタ、１５…双安定素
子、２１…双安定素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ PCM符号化した信号中の周波数f₁を検出する
   装置であつて、その信号のサンプリング周波数を
   f₂とし、ｐおよびｑを整数とし、ｐを2qより大で
   あるとするとき、f₂≒（ｐ／ｑ）・f₁の関係を有す
   るとし、前記信号の正負符号が変化する毎にひと
   つの正負符号変化パルスを出力する回路と、測定
   期間中にこれらのパルスを計数する計数回路とを
   包含する周波数検出装置において、前記計数回路
   は、ａおよびｒをその比ａ／ｒが（ｐ−2q）／
   2qに等しいものであるとするとき、サンプリン
   グ周波数f₂で動作し、各サンプリング周期の間に
   前記正負符号変化パルスが現われたとき第１の方
   向にステツプ数ａをシフトし、各サンプリング周
   期の間に前記正負符号変化パルスが現われないと
   きは第２の方向にステツプ数ｒをシフトする加
   算／減算カウンタと、この加算／減算カウンタが
   測定期間の始まりに初期設定された特定位置から
   ｐおよびｑの関数とした所定のステツプ数以上離
   れたか否かを検出する手段とで構成され、周波数
   f₁の存在は測定期間中にそのような検出がないこ
   とによつて表わされるようにしたことを特徴とす
   るPCM符号化信号の周波数検出装置。 ２ εを１に近いとするときのε×f₂＝（ｐ／
   ｑ）・f₁の場合に、加算／減算カウンタは、εが
   １より大きい場合に第２の方向にシフトさせる修
   正用パルスを受け、εが１より小さい場合には第
   １の方向にシフトさせる修正用パルスを受けるよ
   うにしたことを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項記載の装置。