METHOD OF CLOCK ADJUSTMENT FOR A DIGITAL AUDIO SIGNAL ON A DATA FLOW

Abstract: 1. Method for matching the clock rate of a voice frequency signal occurring in digital form to a data flow which is organised in pulse frames and superframes, serves for digital speech transmission of telephone quality and is provided with signalling bits for signalling transmission, and whose clock rate is plesiochronous to the clock rate of the digital voice frequency signal, characterized in that clock rate matching in respect of each superframe is carried out word-wise, i.e. with one entire code word of the digital voice frequency signal, that, in respect of each superframe in those positions (Z1, Z2 and Z3 in fig. 1) of the signalling bits (ZK 16) which have become free during the transmission of the digital voice frequency signal over a plurality of telephone channels (K1, K2 and K3 in Fig. 1) and which are assigned to the latter, there is transmitted one positive or one negative clock rate matching signal (++ or -- in Fig. 2 to 4 in R1 and R2), that, in the event of the identity of the clock rates of the data flow out of the digital voice frequency signals (fig.2), the clock rate matching signal (++ or --) is alternately positive and negative from one superframe to the next, that in the event of a positive clock rate matching (Fig. 3), the clock rate matching signals (++) of two consecutive superframes are both positive and within the second superframe - which contains the second of the directly consecutive positive clock rate signals - at an agreed position a blank word (LW) is inserted between two code words of the digital voice frequency signal (Tn6 and Tn7), and that, in the event of negative clock rate matching (fig. 4), the clock rate matching signals (--) of two consecutive superframes are both negative and the released positions of the signalling bits in the superframe which follows the second negative clock rate matching signal is filled with a code word gated out from the coded voice frequency signal or with gated out components of code words (Tn5, Tn7 and Tn9 in fig. 4).

Description: Verfahren zur Taktanpassung für ein digitales Tonsignal an einen Datenfluss Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Taktanpassung für ein in digitaler Form vorliegendes Tonsignal an einen im Rahmen und Uberrahmen organisierten Datenfluss zur digitalen Sprachübertragung in Telefoniequalität und mit Kennzeichenbits zur Kennzeichenübertragung, dessen Takt plesiochron zum Takt des digitalen Tonsignals ist, also die beiden Taktfrequenzen eine geringfügige Abweichung von z.B. 10 4 bis 10 7 haben. Wird die Umsetzung eines analogen Tonrundfunksignals in digitale Form z.B. mit dem Takt einer Digitalsignalverbindung für 2-Mbit/s-Signale (DSV2, bisher PCM30) gesteuert, ist die Einfügung des entstehenden Datenstromes in den Pulsrahmen der DSV2 und die Mitbenutzung der evtl. nachfolgenden weiteren digitalen Hierarchiestufen unproblematisch. Es sind jedoch Anwendungsfälle denkbar, bei denen die Analog/Digital-Umsetzung (A/D-Umsetzung) räumlich entfernt von den Geräten der DSV2 erfolgt und aw verschiedenen Gründen die Benutzung deren Taktes nicht möglich ist. Zur A/D-Umsetzung kann dann nur ein örtlich erzeugter Takt verwendet werden, der plesiochron zum Takt der DSV2 ist. In diesen Fällen ist eine Taktanpassung erforderlich. Zum Zusammenfassen der Datenströme mehrerer digitaler "Untersysteme'? mit zueinander plesioclronen Takten zu einem "Obersystem" sind mehrere Taktanpassungsverfahren bekannt. Diese Verfahren lassen sich in solche mit und ohne Informationsverlust einteilen. Wollte man für den genannten Anwendungsfall eine Taktanpassung mit Informa- tionsverlust in Betracnt ziehen, so wurde dies, um den Wortsynchronismus nicht zu verlieren, das Weglassen oder Wiederholen eines ganzen Codewort es von Zeit zu Zeit bedeuten. Untersuchungen bei der Anmelderin haben ergeben, dass aus dieser Massnahme eine vom Zuhörer nicht zu akzeptierende Qualitätseinbusse des Tonsignals resultieren würde, wenn die Taktabweichung grösser als 10 ist. Taktanpassungsverfahren ohne Informationsverlust bei bitweiser Taktanpassung sind aus den tNachrichtentechni- schen Fachberichten Nr. 42, 1972", PCM-Technik, VDE-Verlag GmbH Berlin-Charlottenburg, Seiten 235-244 und aus der Zeitschrift "Elektronik", Heft 6/1978, Seiten 78 bis 83 bekannt. Dabei werden an vereinbarter Stelle im Rahmen, - meist eines "Obers;stems" - Leerbits eingefügt (positive Taktanpassung) oder Informationsbits ausgeblendet (negative Taktanpassung). Dieser Vorgang muss mittels im Pulsrahmen verfügbarer Zusatzkapazität dem Empfänger mitgeteilt werden, der die sendeseitig vorgenommene Manipulation rückgängig macht und den ursprünglichen Takt wieder erzeugt. Neben den Verfahren mit positiver Taktanpassung oder negativer Taktanpassung, bei denen beim ersten Verfahren die Taktfrequenz des "Untersystems" niedriger und beim zweiten Verfahren die Taktfrequenz des Untersystemsn höher als die Taktfrequenz des zur Verfügung stehenden Datenstromes ist, gibt es eine Kombination der beiden Möglichkeiten als positiv/negativ - Taktanpassung. Hierbei können rela- tive Taktabweichungen in positiver und in negativer Richtung verarbeitet werden. Das durch das "Taschenbuch der Fernmeldepraxis 1979" Seiten 13 bis 41 bekanntgewordene Multiplexsystem ist sowohl zur digitalen Ubertragung von Tonsignalen als auch zur kombinierten Übertragung von Tonund Fernsprechsignalen im Pulsrahmen der DSV2 geeignet. Fig. 1 zeigt den bekannten Aufbau des Pulsrahmens und des Uberrahmens einer DSV2. Dieser Pulsrahmen von 125/us Dauer enthält 256 bit; das entspricht einem Datenfluss von 2048 kbit/s. Der Pulsrahmen ist in 32 Zeitkanäle ZKO - ZK31 unterteilt. Der erste Zeitkanal ZKO dient alternierend zur Übertragung eines Melde- und eines Rahmenkennungswortes (RSy). Der siebzehnte Zeitkanal ZE16 ist hauptsächlich zur Ubermittlung der Wahlkennzeichen Z1 -Z15, Z17 - Z31 der dreissig Fernsprechkanäle K1 - K15, K17 - K31 vorgesehen. Sechzehn nacheinander gesendete Pulsrahmen RO - R15 Bilden tonen Uberrahmen. Die Synchronisierung des Überrahmens erfolgt durch ein Uberrahmensynchronisier wort UR-Sy im siebzehnten Zeitkanal ZK16 des ersten Pulsrahmens RO. Der Ubersichtlichkeit wegen sind die sechzehn Pulsrahmen eines Überrahmens in Fig. 1 untereinander gezeichnet. Der aus dem Taschenbuch der Fernmeldepraxis bekanntgewordene Vorschlag erlaubt die gemischte Belegung der DSV2 mit Fernsprech- und Tonkanälen. Die ersten Zeitkanäle ZKO und die siebzehnten Zeitkanäle ZK16 werden dabei durch die Tonübertragung nicht angetastet. Bei dieser digitalen Tonübertragung sind Kanäle hoher Qualität mit 15 kHz Bandbreite und solche einer mittleren Qualität mit 7 kHz Bandbreite zu berücksichtigen. Im ersten Fall beträgt die Abtastfrequenz 32 kHz und im zweiten Fall 16 kHz. Beides sind Vielfache der Abtastfrequenz von 8 kHz für Fernsprechsignale. Jeder Abtastwert mit den Schutzbits gegen die auf dem Ubertragungsweg entstehenden Bitfehler beansprucht ein Wort von 12 bit Länge. In einem Pulsrahmen müssen daher für einen 15-kHz-Tonkanal vier Codeworte zu je 12 bit und für einen 7-kHz-Tonkanal zwei Codeworte zu ae 12 bit untergebracht werden. Bei der Ubertragung eines 15-kHz-Ton- kanals werden deshalb sechs Zeitkanäle ZK1 - ZK3, ZK17 - ZK19 zu je 8 bit und bei der Ubertragung eines 7-kHz-Tonsignals drei Zeitkanäle ZX1 - ZK3 belegt. Sollen weitere Tonkanäle übertragen werden, so werden weitere Zeitkanäle ZK4 - ZK6, ZK20 - ZK22 bzw. ZK4 - ZK6 usw. belegt. Die Bits von zwei aufeinanderfolgenden Codeworten werden zusätzlich zum Schutz gegen Doppelfehler auf dem Ubertragungsweg ineinander verschachtelt. Ein 15-kHz-Tonkanal hat dadurch einen Informationsfluss von 384 kbit/s und es ist zwischen der Codier-/Decodiereinrichtung des Tonsignals und der DSV2 eine Schnittstelle mit einer Datenrate von 384 kbit/s (bei 7-kHz-Ton kanal:- 192 kbit/s) vorgesehen. Das bekamite Verfahren hat den Nachteil, daB es nur eine synchrone Einfügung der Information codierter Tonkanäle in den Rahmen einer DSV2 vorsieht. Dies ist jedoch nicht immer möglich, wie z.B.: - an einer digitalen Schnittstelle zwischen einem Rund funkstudio und dem digitalen Netz der Postverwaltung, wenn die Takte eine zulässige Abweichung von > 1p7 voneinander haben, - in nationalen digitalen Netzen an den Schnittstellen zwischen Teilen dieser Netze, die nicht oder noch nicht synchron betrieben werden, wobei die Taktabweichung ) 10 7 ist, und - beim Austausch digitaler Tonsignale zwischen interna tionalen Netzen, die zwar in sich synchron, gegen einander jedoch plesiochron mit einer Taktab- weichung < 10-7 sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Taktanpassung anzugeben, bei dem der Beginn der ersten Codeworte der digitalen Tonsignale innerhalb eines Pulsrahmens weitgehend mit dem Beginn des ersten zur Tonübertragung zugeteilten Zeitkanals übereinstimmt, d.h. das erste Bit der digitalen Tonsignale innerhalb eines Überrahmens fast immer das höchstbewertete Bit des Codewortes ist. Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein zur Ubertragung synchron codierter Tonkanäle vorgesehenes Multiplexsystem ohne Veränderung des Rahmenaufbaus auch bei plesiochroner Betriebsweise der beteiligten Taktgeneratoren verwendet werden kann. Die Taktanpassung gemäss der Erfindung ermöglicht es, die Grenzen der Codeworte des digitalen Tonsignals im Pulsrahmen weitgehend unverändert zu lassen und dadurch bei Übertragungsfehlern eine schnelle empfangsseitige Synchronisierung durchzuführen. Ein weiterer Vorteil wird dadurch erzielt, dass innerhalb eines an sich plesiochron betriebenen Übertragungs netzes Teile eines synchronen Netzes für digitale Tonsignalübertragung mit einer Bitrate von z.B. 192 kbit/s oder deren Vielfachem realisierbar sind, wodurch eine Vermittelbsarkeit oder Durchschaltbarkeit im Zeitvielfach ermöglicht wird. Die Erfindung wird anhand von Fig 2 bis 4 näher erläutert. Fig. 2 zeigt den Aufbau des Datenflusses eines DSV2 bei einer plesiochronen 7-kHz-Tonsignaltibertragung im synchronen Zustand, Fig. 3 zeigt einen möglichenAufbau des Datenflusses bei einer positiven und Fig. 4 bei einer negativen Taktanpassung des digitalen 7-kHz-Tonsignales. In Fig. 2 bis 4 sind jeweils drei zeitlich aufeinander folgende Uberrahmen untereinander gezeichnet, die je- weils aus sechzehn Pulsrahmen RO - R15 bestehen, die wiederum aus zweiunddreissig Zeitkanälen ZRO - ZK31 zu je 8 bit aufgebaut sind. In Fig. 2 sind in jedem Uberrahmen beispielsweise die Zeitkanäle ZK1 - ZK3 mit zweiunddreissig Tonsignalwörtern oder Codeworten Tn1 - Tn32 zu je 12 bit eines 7-kHz-Tonsignals belegt. Durch die Belegung dieser drei Zeitkanäle ZK1 - ZK3 mit dem codierten Tonsignal können die in den Zeitkanälen ZK16 freigewordenen 3 mal 4 Bitstellen (ursprünglichen die Wahlkennzeichen Z1 zu je 4 bit in den Pulsrahmen R1, R2 und R3) zur Taktanpassung verwendet werden. Die ersten 8 bit in den Pulsrahmen R1 und R2 werden abwechselnd pro Uberrahmen mit einem positiven wfi einem negativen Taktanpassungs- signal ++ bzw. -- beaufschlagt. Das Taktanpassungssignal ++ bzw. -- verteilt sich also auf die Pulsrahmen Rl und R2. Die restlichen 4 Bitstellen im Pulsranmen R3 beansprucht ein Signalwort S, das beispielsweise zur Ubertragung von Alanen oder für Signalisierungszwecke verwendet werden kanne Der synchrone Zustand keine Taktanpassung notwendige muss nicht gesondert übertragen werden, da die regelmässige Folge ++ -- ++ -- usw. der abwechselnd positiven und negativen Taktanpassungssignale im Empfänger keine Reaktion auslöst. In Fig. 3 ist der Fall einer positiven Taktabweichung dargestellt, d.h. die Taktfrequenz des Tonsignals ist niedriger als die anteilig Taktfrequenz der DSV2. Wird die zeitliche Verschiebung beider Takte 12 Taktperioden, so werden erfindungsgemäss in zwei aufeinanderfolgenden Uberrahmen positive Taktanpassungssignale übertragen und im zweiten Uberrahmen, an einer mit dem Empfänger vereinbarten Stelle, hier des ersten Codewortes nach dem Rahmenkennungswort RSy im Pulsrahmen R3, wird ein informationsloses Leerwort LW eingefügt. Im Pulsrahmen R3 wird dadurch nur ein Codewort des 7-kHz-Tonsignals übertragen und innerhalb dieses Uberrahmens erniedrigt sich ' die Zahl der übertragenen Codeworte um eins auf 31. Die Synchronität ist dadurch wieder gegeben und es werden in den darauf folgenden Überrahmen abwechselnd und mit dem negativen Taktanpassungssignal beginnend positive und negative Taktanpassungssignale übertragen. Bei der in Fig. 4 dargestellten negativen Taktabweichung ist die Taktfrequenz des Tonsignals grösser als die anteilige Taktfrequenz der DSV2. Um diesen Zustand zu signalisieren, werden in zwei aufeinanderfolgenden Uberrahmen negative Taktanpassungssignale übertragen. Da ein aus dem Tonsignal ausgeblendetes Codewort zus tz- lich innerhalb eines Uberrahmens übertragen werden muss, ist vereinbart, dass der dem Überrahmen mit dem zweiten negativen Taktanpassungssignal folgende Uberrahmen (hier der dritte Uberrahmen) 33 Codeworte enthält. Die sonst bei einer Tonübertragung für Taktanpassungssignal und Signalwort S genutzten Bitstellen innerhalb des siebzehnten Zeitkanals ZK16 werden im Pulsrahmen Ri mit den ersten 4 Bits des Codewortes Tn5, im Pulsrahmen R2 mit den 5. bis 8. Bits des Codewortes Tn7 und im Pulsrahmen R3 mit den letzten 4 Bits des Codewortes Tn9 belegt. Eine dadurch bedingte Verschiebung der Codewortgrenzen der Codeworte Tn5 bis Tn9 innerhalb der ?uls- rahmen R2 und 23 hebt sich im nicht dargestellten fünften Pulsrahmen auf und ein zehntes Codewort beginnt auf der ersten Bitstelle des Zeitkanals ZK1 in diesem Pulsrahmen. Auch hier werden nach der Taktanpassung abwechselnd positive und negative (mit positiven beginnend) Taktanpassungssignale in den darauffolgenden Uberrahmen übertragen. Es besteht auch die Möglichkeit, bei der positiven Taktanpassung 3 mal 4 Leerbfts zwischen die Codeworte innerhalb eines Uberrahmens einzufügen (z.B. in drei hintereinander folgende Pulsrahmen je 4 Leerbits) um dadurch eine weniger sprunghafte Taktanpassung als bei dem Einfügen eines 12-bit-Leerwortes zu erreichen. Desgleichen besteht die Möglichkeit bei der negativen Taktanpassung ein in 3 mal 4 Bits zerlegtes sendeseitig ausgeblendetes Codewort innerhalb des Zeitkanals ZK16 zu übertragen unddieses Codewort erst nach der vollständigen Übertragung als Ganzes empfangsseitig an verabredeter Stelle in das digitale Tonsignal einzufügen. Eine Verschiebung der Codewortgrenzen innerhalb der Pulsrahmen findet dabei nicht statt. Geht man davon aus, dass eine relative Taktabweichung von beispielsweise 5 10 . auftritt, so muss im ungünstig- sten Fall eine Taktanpassung nur alle 0,316 s erfolgen cr einem Abstand von 157 Uberrahmen) und bei negativer Taktanpassung die Übertragung des Signalwortes S nur alle 157 Uberrahmen unterbrochen werden. Bei einer weiteren Möglichkeit der negativen Taktanpassung wird auf die Ubertragung des sendeseitig ausgeblendeten Codewortes des digitalen Tonsignals verzichtet und nur durch die zwei aufeinander folgenden negativen Taktanpassungssignale der Zeitpunkt der Taktanpassung dem Empfänger mitgeteilt. Dieser ersetzt das ausgeblendete Codewort durch einen Schätzwert, der entweder gleich dem vorhergegangenen Codewort ist, eine Extrapolation zweier oder mehrerer vorheriger Codeworte ist oder der Mittelwert (geometrischer, arithmetischer usw.) der dem ausgeblendeten Codwort benachbarten Codeworte ist. In diesem Fall erfolgt keine tbertragungs- unterbrechung des Signalwortes S. Bei Ubertragung eines 15-kHz-Tonsignals bespielsweise in den sechs Zeitkanälen ZKl, ZK2, ZR3, Zu17, ZE18 und ZK19 sind zusätzlich 12 Bits an den Stellen der Wahlkennzeichen Z17 - Z19 frei. Diese können zusätzlich zum Signalwort S andere Aufgaben, wie z.B. die Ubertra¯ gung von Fernsteuersiglalen übernehmen. Eine negative Taktanpassung des 15-kHz-Tonsignals gemäss dem Beispiel nach Fig. 4 verursacht auch eine Verschiebung der Codewortgrenzen innerhalb der Zeitkanäle ZK17 - ZK19, da im Pulsrahmen Rl 4 Bits des normalerweise im Zeitkanal ZE17 und in der ersten Hälfte des Zeitkanals ZK18 zu übertragenden Codewortes bereits im Zeitkanal ZK16 übertragen werden. Diese Codewortverschiebung ver grössert sich im Pulsrahmen R2 nach dem Zeitkanal ZE16 auf 8 Bits und wird im Pulsrahmen R3 nach dem Zeitkanal ZE16 12 bit, so dass der Beginn des Codewortes in den Zeitkanälen ZK17 und ZE18 mit dem Beginn des Zeitkanals ZKl7 übereinstimmt. Die Taktanpassungssignale ++ bzw. -- sind im Ausführungsbeispiel 8stellige Codeworte, die zueinander komplementär sind. Ihre Hammingdistanz ist somit 8. Daher lassen sich bis zu drei in diesen Codeworten enthaltene Fehler korrigieren. Schaltungstechnisch lässt sich das Verfahren gemäss der Erfindung mit bekannten veränderbaren Speichern (Alinger) zum Aus- und Einblenden von Bitgruppen realisieren. Die Wiederherstellung des zum codierten Tonsignal gehörenden Originaltaktes ist mittels eines bekannten PLL-Schaltkreises mit niedriger Zeitkonstante im Regelkreis möglich. Dieses Verfahren kann bei der Taktanpassung fur alle codierten Analogsignale, insbesondere jedoch für Bildund Tonsignale, unabhängig von der Rahmenstruktur des Ubertragungssystems verwendet werden, wenn nur der Rahmen zusätzliche Informationskapazität zur Signalisierung d Taktanpassungssignale aufweist. 4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Taktanpassung für ein in digitaler Form vorliegendes Tonsignal an einen in Pulsrahmen und Überrahmen organisierten Datenfluss zur digitalen Sprachübertragung in Telefoniequalität und mit Kennzeichenbits zur Kennzeichenübertragung, dessen Takt plesiochron zum Takt des digitalen Tonsignals ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktanpassung pro Überrahmen wortweise, d.h. mit einem ganzen Codewort des digitalen Tonsigo ls erfolgt und dass an den bei Übertragung des digitalen Tonsignals über mehrere Fernsprechkanäle (Kl, X2 und K3 in Fig. 1) frei gewordenen diesen zugeordneten Stellen (Z1, Z2 und Z3 in Fig. 1) der Kennzeichenbits (im ZX 16) pro Überrahmen ein positives bzw. ein negatives Taktanpassungssignal (tt bzw. -- in Fig. 2 bis 4 in Rl und R2) übertragen wird, -dass bei einer Übereinstimmung der Takte des Daten flusses und des digitalen Tonsignals (Fig. 2) das Taktanpassungssignal (++ bzw. --) von Überrahmen zu Uberrahmen abwechselnd positiv und negativ ist -dass bei einer positiven Taktanpassung (Fig. 3) die Taktanpassungssignale (++) zweier aufeinander folgender Überrahmen beide positiv sind und -dass bei einer negativen Taktanpassung (Fig. 4) die Taktanpassungssignale (--) zweier aufeinanderfol gender Uberrahmen beiae negativ sind. 2. Verfahren zur Taktanpassung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c t n e t, dass bei einer positiven Taktanpassung (Fig. 3) innerhalb des zweiten Überrahmens - der das zweite der direkt ¯auSeinander folgenden positiven Taktanpassungssignale enthält - an vereinbarter Stelle ein Leerwort (LW) zwi schen zwei Codewörter des digitalen Tonsignals (Tn6 und Tn7) eingefügt wird. 3. Verfahren zur Taktanpassung nach Anspruch-1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t dass bei einer negativen Taktanpassung (Fig. 4) die freigewordenen Stellen der Kennzeichenbits in dem Uberrahmen, der dem zweiten negativen Taktanpassungssignal folgt, mit einem aus dem codierten Tonsignal ausgeblendeten Codewort bzw. mit ausgeblendeten Teilen von Codewörtern (Tn5, Tn7 und Tn9 in Fig. 4) belegt werden. 4. Verfahren zur Taktanpassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer negativen Taktanpassung an vereinbarter Stelle sendeseitig ein Codewort des digitalen Tonaisngals ausgeblendet und durch Schätzwertbildung z.B. Mittelwert der benachbarten Codewörter empfangsseitig ersetzt wird.

Inventors: BARTEL, WILLY, DIPL.-ING., HESSENMULLER, HORST, DIPL.-ING., Hessenmüller, Horst, Dipl.-Ing.
Applicants: AEG - TELEFUNKEN AKTIENGESELLSCHAFT, FELTEN & GUILLEAUME FERNMELDEANLAGEN GMBH, SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: H04J3
IPC codes: H04J3