Обнаружитель пауз речи в системе с импульсно-кодовой модуляцией

 

Использование: в системах статического уплотнения каналов, а также в речевых и многофункциональных пакетных терминалах сетей связи с интеграцией служб в условиях воздействия акустических помех. Сущность изобретения: обнаружитель пауз речи содержит в основном канале 1 блок 2 начальной установки, первый и второй регистры 3 и 4 сдвига, первый и второй блоки 5 и 6 сумматоров по модулю два, первый и второй элементы ИЛИ 7 и 8, первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи 9, 10, 11, 12, 13, первый и второй элементы задержки 14 и 15, инвертор 16, формирователь импульсов 17, первый и второй счетчики 18 и 19, блок 20 памяти, триггер 21, дешифратор 22, а в дополнительном канале 23 - ключ 24 и блок объединения каналов 25. Получение положительного технико-экономического эффекта обеспечивается за счет введения в состав устройства схемы, реализующей сравнительный анализ интегрального уровня несовпадения сигналов в речевом и шумовом каналах устройства. 2 ил.

Изобретение относится к электровязи и может быть использовано для обнаружения пауз речи в системах уплотнения каналов, речевых пакетных и многофункциональных терминалов сетей связи с интеграцией служб.

Известно устройство для обнаружения пауз речи ("Устройство для обнаружения пауз речи" авт. св. CCCP N 1476618, кл. Н О4 J 13/17, 1990).

Недостатком этого устройства является возможность ложного срабатывания, обусловленная воздействием внешних акустических шумов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству (прототипом) является обнаружитель пауз речи в системе с импульсном-кодовой модуляцией (авт. св. СССР N 1540018, кл. Н О4 J 3/17, 1991). Этот обнаружитель содержит последовательно соединенные регистр сдвига и первый ключ, вторые выходы регистра сдвига через первый элемент ИЛИ соединены с управляющим входом второго ключа, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, третьи выходы регистра сдвига через второй элемент ИЛИ соединены с управляющим входом третьего ключа, выход которого соединен с вторым входом левого счетчика, выходы которого через блок памяти соединены с управляющим входом четвертого ключа, выход которого соединен с вторыми входами триггера и второго счетчика, вход сигнала дискретизации обнаружителя пауз речи является входом формирователя импульсов, выход которого соединен с объединенными входами второго ключа и первого элемента задержки, выход которого соединен с объединенными входами третьего ключа и второго элемента задержки, выход которого соединен с объединенными входами четвертого и пятого ключа, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, выходы которого через дешифратор соединены с входом инвертора, управляющим входом первого ключа и первым входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа, выход инвертора соединен через ключ дополнительного канала с первым входом блока объединения каналов, выход блока начальной установки соединен с объединенными входами установки в "О" первого счетчика и регистра сдвига, первый вход которого является информативным входом, а второй - входом тактовой синхронизации обнаружителя пауз речи, выход первого ключа соединен с вторым входом блока объединения каналов, выход которого является выходом устройства.

Устройство осуществляет анализ активности абонента в основном канале, что позволяет в периоды пауз предоставлять канал для передачи информации дополнительного канала.

Недостатком прототипа являются возможные ложные срабатывания, обусловленные воздействием внешнего акустического шума, длительность шумовых импульсов которого превышает время срабатывания обнаружителя. Низкая точность обнаружения пауз в условиях воздействия внешних акустических шумов приводит к снижению эффективности использования канала связи.

Целью изобретения является повышение точности выделения периодов речевой активности абонента в условиях воздействия внешних акустических шумов.

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема обнаружителя; на фиг. 2 - схема соединения обнаружителя пауз речи с внешними устройствами, внешними устройствами являются речеобразующее устройство (РПУ) информационного канала и РПУ шумового канала.

Обнаружитель пауз речи содержит в основном канале 1 блок 2 начальной установки, первый и второй регистры 3 и 4 сдвига, первый и второй блоки 5 и 6 сумматоров по модулю два, первый и второй элементы ИЛИ 7 и 8, первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи 9,10,11,12 и 13, первый и второй элементы задержки 14 и 15, инвертор 16, формирователь импульсов 17, первый и второй счетчики 18 и 19, блок 20 памяти, триггер 21, дешифратор 22, в дополнительном канале 23 - ключ 24, блок 25 объединения каналов, вход информационного канала, вход 27 сигнала дискретизации, тактовый вход 28, вход канала шума 29.

Обнаружитель пауз речи в системе с импульсно-кодовой модуляцией работает следующим образом.

При включении блок 2 начальной установки формирует на своем выходе импульс, по которому первый счетчик 18 и первый и второй регистры 3 и 4 устанавливаются в нулевое состояние. Сигналы в последовательном коде внешнего речепреобразующего устройства информационного канала поступают в виде отсчетов ИКМ - сигнала на вход 26 и записываются в первый регистр 3 сдвига с частотой тактового сигнала, который подается на вход тактовый 28. Каждый отсчет ИКМ-сигнала представлен кодовой комбинацией из К разрядов. При K = 8 старший разряд кодовой комбинации несет информацию о знаке речевого сигнала, а остальные разряды характеризуют его уровень. Поскольку в режиме молчания из-за шумового фона возможно появление единиц в 4 младших разрядах кодовых комбинаций, то информация для принятия решения о переходе абонента в активное состояние извлекается из трех старших разрядов, характеризующих уровень речевого или мощного шумового сигнала. Наличие хотя бы одной единицы в этих разрядах соответствует большому уровню аналогового сигнала (речи или шума).

Для надежного выделения наиболее коротких фонем, соответствующих взрывным звукам к, п, б, д и т.д., длительность которых лежит в пределах 20 - 25 мс, параметр (число хранящихся в регистре ИКМ-отсчетов) выбирается в диапазоне от 160 до 2400, что соответствует записи в первый регистр 3 сдвига информации об отрезке речи продолжительностью от 20 до 300 мс при частоте дискретизации, равной 8 кГц, и K = 8. Значение N из указанного диапазона выбирается с учетом требований, предъявляемых к величине задержки передачи информации. Импульсы частоты дискретизации поступают с входа 27 на вход формирователя 17, который формирует из них короткие импульсы длительностью τ_и = 500 нс, причем моменты поступления импульсов на входы ключей 10 и 11 сдвинуты во времени на величину задержки τ_з = 600 нс, вносимую первым элементом 14 задержки, и соответствуют окончанию записи очередного ИКС-отсчета в первый регистр 3 сдвига. Сигналы в последовательном коде от внешнего речепреобразующего устройства шумового канала (фиг. 2) поступают в виде отсчетов ИКМ-сигнала на вход канала шума 29 и записываются во второй регистр 4 сдвига, полностью аналогичный регистру 3 с частотой тактового сигнала, который подается на вход тактовый 28.

Таким образом, во второй регистр 4 сдвига записываются ИКМ-отсчеты, несущие информацию об уровне акустических шумов. Причем этот процесс производится синхронно с записью ИКМ-отсчетов во втором регистре 3, несущих информацию об уровне речи и шума (фиг. 2).

При отсутствии речевого сигнала на входы как информационного, так и шумового канала действует акустический шум (фиг. 2). В этом случае при наличии акустического шума высокого уровня в первый и второй регистры 3 и 4 будут записываться ИКМ-отсчеты с одинаковыми значениями в старших разрядах и знаковом разряде. В случае присутствия речевого сигнала на входе информационного канала при наличии или же отсутствии акустических шумов, записываемые в первый и второй регистры 3 и 4 ИКМ- отсчеты не будут единичны в своих знаковом и старших разрядах. Таким образом, наличие речевого сигнала может быть идентифицировано фактом неидентичности знакового и старших разрядов ИКМ-отсчетов, записываемых в первый и второй регистры 3 и 4, соответствующих информационному и шумовому каналам.

Неидентичность знакового и старших разрядов ИКМ-отсчетов инденифицируется первым блоком 5 сумматоров по модулю два и первым элементом 7 ИЛИ на входе первого и второго регистров 3 и 4, и при помощи второго блока 6 сумматоров по модулю два и второго элемента ИЛИ 8 на выходе первого и второго регистров 3 и 4. При наличии речевого сигнала записываемые первый и второй регистры 3 и 4 ИКМ-отсчеты могут отличаться в знаковом и трех старших разрядах, при этом на выходах первого блока 5 сумматоров по модулю два будут присутствовать сигналы "1" (от одного до четырех). В результате на выходе первого элемента 7 ИЛИ сформируется также сигнал "1", который поступает на управляющий вход второго ключа 10, разрешая прохождение импульсов частоты дискретизации с выхода формирователя импульсов 17 на суммирующий вход первого счетчика 18. При отсутствии речевого сигнала записываемые в первый и второй регистры 3 и 4 ИКМ-отсчеты не будут отличаться в знаковом и трех старших разрядах, при этом на выходах второго блока 6 сумматоров по модулю два будут присутствовать только сигналы "О". В результате на выходе второго элемента ИЛИ 8 сформируется также сигнал "О", который поступает на управляющий вход третьего ключа 11, запрещая прохождение импульсов частоты дискретизации на суммирующий вход счетчика 18. Через промежуток времени, соответствующий времени сдвига информации в первом и втором регистрах 3 и 4, описанные варианты управляющих сигналов на выходах блока 6 сумматоров по модулю два и элемента ИЛИ 8 разрешают или запрещают прохождение импульсов частоты дискретизации с выхода первого элемента задержки 14 через третий ключ 11 на вычитающий вход первого счетчика 18. Содержание первого счетчика 18 соответствует при этом текущему числу отсчетов речи. Коэффициент пересчета К первого счетчика 18 выбирается из условия K_n > N, что исключает возможность его переполнения и перевод в нулевое состояние в процессе работы. Сигналы с выходов первого счетчика 18 поступают на адресные входы блока 20 памяти (первого элемента). Емкость блока 20 памяти обеспечивает хранение N одноразрядных двоичных чисел. Если содержимое первого счетчика 18 превышает установленный порог, то на выходе блока 20 в соответствии с адресной комбинацией формируется сигнал "1", в противном случае "О". Порог (начальный код адреса) выбирается так, чтобы устройство не реагировало на короткие отдельно стоящие шумовые импульсы длительностью до 10 мс и обеспечивало надежное выделение начала слов и смысловых фрагментов речи, начинающихся со взрывных звуков, точность анализа которых существенным образом влияет на разборчивость передаваемой речи. Сигнал с выхода блока 20 управляет прохождением коротких импульсов, поступающих с выхода второго элемента 15 задержки через четвертый ключ 12 на первый вход триггера 21, по которому он устанавливается в единичное состояние (S - вход для RS-триггера), и вход установки в ноль второго счетчика 19. Величина задержки, вносимая вторым элементом задержки 15, τ = 600 нс, обеспечивает учет переходных процессов в первом счетчике 18 и блоке 20 памяти.

При наличии сигнала "1" на выходе инвертора 16, что соответствует активности абонента, импульсы, следующие с частотой дискретизации, проходят через четвертый ключ 12 и устанавливают триггер 21 в единичное состояние, а второй счетчик -19 - в нулевое.

Сигнал с выхода триггера 21 разрешает прохождение импульсов, поступающих с выхода второго элемента 15 задержки через пятый ключ 13 на счетный вход второго счетчика 19. При активности абонента второй счетчик 19 не считает, так как периодически устанавливается в нуль по П-входу импульсами, поступающими с выхода четвертого ключа 12. Код второго счетчика 19 идентифицируется дешифратором 22, сигнал с выхода которого разрешает прохождение информации с выхода первого регистра 3 через третий ключ 11 на вход блока 25 объединения каналов. При переходе объекта от активности к молчанию содержимое первого счетчика 18 не достигает установленного порога и на выходе блока 20 памяти формируется сигнал "О", запрещающий прохождение импульсов через третий ключ 12. При этом второй счетчик 19 в ноль не сбрасывается и осуществляет подсчет импульсов, поступающих через открытый ключ пятый 13. Второй счетчик 19 играет роль инерционного элемента, который предназначен для введения задержки отпускания речевого канала на время порядка 160 - 200 мс после перехода объекта от активности к молчанию. Для обеспечения указанной задержки отпускания коэффициент пересчета второго счетчика 19 выбирается в диапазоне 1040 - 1600. По истечении задержки отпускания второй счетчик 19 насчитывает установленное число импульсов, а дешифратор 22 дешифрует его состояние. При этом сигнал на выходе дешифратора 22 изменяется на противоположный, что приводит к установлению триггера 21 по второму (R-выходу для RS-триггера) входу в нулевое состояние. Пятый ключ 13 закрывается сигналом, поступающим с выхода триггера 21, что обеспечивает сохранение состояния счетчика 19, а следовательно и сохранение соответствующего сигнала на выходе дешифратора 22. Таким образом, спустя 160 - 200 мс после того, как сигнал на выходе блока 20 принял значение "О", соответствующее отсутствию активности абонента, третий ключ 11 закрывается, а ключ 24 открывается, разрешая прохождение информации из информационного канала 23 на вход блока 25 объединения каналов.

При переходе абонентов в активное состояние триггер 21 по первому входу вновь устанавливается в одиночное состояние, а второй счетчик 19 - в нулевое. При этом сигнал с выхода дешифратора 22 изменяется на противоположный, что приводит к открыванию третьего ключа 11 и запиранию ключа 24.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности обнаружения пауз речи в условиях внешних акустических шумов. Повышение точности обнаружения активности абонента достигается за счет сравнительного анализа уровня сигналов в основном и шумовых каналах. Интегральная оценка несовпадения уровней сигналов в этих каналах осуществляется на длительности интервала наблюдения, величина которого определяется емкостью первого и второго регистров 3 и 4 и зависит от частоты импульсов, поступающих по тактовому входу 28 устройства. При превышении интегрального уровня несовпадения сигналов в основном и шумовых каналах устройства заданного порога, определяемого блоком 20 памяти, фиксируется факт активности абонента.

Таким образом, введение в устройство шумового канала позволяет повысить по сравнению с прототипом точность обнаружения пауз речи в условиях воздействия мощных акустических шумов и исключить ложное срабатывание устройства в этих случаях.

Использование предлагаемого устройства в системах статистического уплотнения, а также в пакетных речевых и многофункциональных терминалах сетей с интеграцией служб позволяет существенно сократить объем информации, вводимой в сеть для передачи, что способствует повышению эффективности работы сети в целом.

Формула изобретения

Обнаружитель пауз речи в системе с импульсно-кодовой модуляцией, содержащий последовательно соединенные первый регистр сдвига и первый ключ, первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, выход которого соединен с вторым входом первого счетчика, выходы которого через блок памяти соединены с управляющим входом четвертого ключа, выход которого соединен с вторыми входами триггера и второго счетчика, вход сигнала дискретизации обнаружителя пауз речи является входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами второго ключа и первого элемента задержки, выход которого соединен с входами третьего ключа и второго элемента задержки, выход которого соединен с входами четвертого и пятого ключа, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, выходы которого через дешифратор соединены с входом инвертора, управляющим входом первого ключа и первым входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа, выход инвертора соединен через ключ дополнительного канала с первым входом блока объединения каналов, выход блока начальной установки соединен с входами установки в "0" первого счетчика и первого регистра сдвига, первый вход которого является информационным входом, а второй вход входом тактовой синхронизации обнаружителя пауз речи, выход первого ключа соединен с входом блока объединения каналов, выход которого является выходом обнаружителя пауз речи, отличающийся тем, что в него введены второй регистр сдвига и два блока сумматоров по модулю два, по четыре сумматора в каждом блоке, информационный первый вход второго регистра сдвига является входом шумового канала обнаружителя пауз речи, второй вход входом тактовой синхронизации и входы установки в "0" второго регистра сдвига соединены с соответствующими входами первого регистра сдвига, третьи выходы первого и второго регистров сдвига поразрядно подключены к входам соответствующих сумматоров по модулю два первого блока сумматоров, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, а четвертые выходы первого и второго регистров сдвига поразрядно подключены к входам соответствующих сумматоров, выходы которых соединены с входами второго элемента ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2