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

Abstract: 1. Method for the clock rate matching of a voice frequency signal occuring in digital form to a data flow which is organized in pulse frames and superpulse frames, which serves for digital speech transmission of telephone quality, 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 code words, which represent sample specimens of the voice frequency signal, are continually transmitted in a time slot covering a plurality of telephone channels, (K1, K2, K3 in fig. 1) and in the corresponding time slots of the following pulse frames, that the clock rate matching within this sequence is effected by bitwise displacement, and that in each super-frame, at those locations (Z1, Z2, Z3 in fig. 1) of the signalling bits (in ZK16) which have been released when the digital voice frequency signal is transmitted over a plurality of telephone channels (K1, K2, K3 in fig. 1) and which are assigned to said channels, there is transmitted - one positive and one negative clock rate matching signal (++or-- in fig. 2 to 4 in R1 and R2), and - in each case in pulse frame R3, the digital coded bit number of the particular reference difference (B = 5 in fig. 2, 5 and 6 in fig. 3 and 5 respectively, and 4 in fig. 4) of the voice frequency signal words (Tn1, Tn3, Tn5 to Tn31) relative to the beginning of the particular first (ZK1 to ZK3) which are used to transmit the voice frequency signal in question, and - for negative clock rate matching, the bit which has been gated out of the coded voice frequency signal (X 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 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 aiz 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 Taktanpassungsverahren bekannt. Diese Verfahren lassen sich in solche mit und ohne Informationsverlust einteilen. Wollte man für den genannten Anwendungsfall eine Taktanpassung mit Informationsverlust in Betracht ziehen, so würde 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-Ver- lag 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 Obersystems" - Leerbits eingefügt (positive Taktanpassung) oder Informationsbits ausgeblendet (negative Taktanpassung). Dieser Vorgang muss mittels im Pulsrahmen verfügbarer Zusatzkapazitat dem Empfanger mitgeteilt werden, der die sendeseitig vorgenommene Manipulation rückgängig macht und den ur sprunglichen 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 'Untersystems" 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 Ubertragung von Tonund Fernsprechsignalen im Pulsrahmen der DSV2 geeignet. Fig. 1 zeigt den bekannten Aufbau des Pulsrahmens und des Uberrahmens einer DSV2. Dieser Pulsrahmen von i251us 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 Ubertragung eines Melde- und eines Rahmenkennungswortes (RSy). Der siebzehnte Zeitkanal ZKi6 ist hauptsächlich zur Ubermittlung der Wahlkennzeichen ZI -Z15, Z17 - Z31 der dreissig Fernsprechkanäle K1 - K15, K17 - K31 vorgesehen. Sechzehn nacheinander gesendete Pulsrahmen RO - R15 bilden einen Uberrahmen. Die Synchronisierung des Uberrahmens erfolgt durch ein Uberrahmensynchronisierwort UR-Sy im siebzehnten Zeitkanal ZK16 des ersten Pulsrahmens RO. Der Ubersichtlichkeit wegen sind die sechzehn Pulsrahmen eines Uberrahmens 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 Je 12 bit untergebracht werden. Bei der Ubertragung eines 15-kHz-Tonkanals werden deshalb sechs Zeitkanäle ZK1 - ZK3, ZK17 - ZK19 zu je 8 bit und bei der Ubertragung eines 7-kHz-Tonsignals drei Zeitkanäle ZKI - ZK3 belegt. Sollen weitere Tonkanäle übertragen werden, so werden weitere Zeitkanäle ZK4 - ZX6, 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 1 5-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-Tonkanal: 192 kbit/s) vorgesehen. Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass 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 \ > 10-7 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 210 7 sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Taktanpassung anzugeben, bei dem die Codewortgrenzen der digitalen Tonsignale sich innerhalb der zugeteilten Zeitkanäle versdzieben dürfen und empfangsseitig die zeitliche Lage der Codewortgrenzen leicht ermittelt werden kann. 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 Takt gegen ratoren verwendet werden kann. Die Taktanpassung gemäss der Erfindung ermöglicht eine weitgehende Glättung des wiederzugewinnenden Taktes der digital übertragenen Tonsignale sowie die für die Digital/Analog-Umsetzung notwendige Erkennung des Beginns der Codewörter des digitalen Tonsignals. Ein weiterer Vorteil wird dadurch erzielt, dass innerhalb eines an sich plesiochron betriebenen ttbertragungs- netzes Teile eines synchronen Netzes für digitale Tonsignalübertragung mit einer Bitrate von z.B. 192 kbit/s oder deren Vielfachem realisierbar sind, wodrch.eine Vermittelbarkeit oder Durchschaltbarkeit im Zeitvielfach ermöglicht wird. Vorteilhaft ist auch, dass die Erfindung eine zusätzliche Sicherheit gegen Ubertragungsfehler schafft, weil sich die Bezugsdifferenz im störungsfreien Betrieb nur um den Wert + 1 ändern darf und diese Änderung auch nur nach zwei gleichen in zwei aufeinanderfolgenden Über- raNOen ausgesendeten Taktanpassungssignalen erfolgen darf, wenn also eine positive bzw. negative Taktanpas nung vorgenommen wurde. Übertragungsfehler können dadurch leicht erkannt und berichtigt werden. Die Erfindung wird anhand von Fig. 2 bis 4 näher erläutert. Fig. 2 zeigt den Aufbau des Datenflusses einer DSV2 bei einer plesiochronen 7-Wz-Tonsignalbertragung im synchronen Zustand, Fig. 3 zeigt den Aufbau des Datenflusses bei einer posi tiven und Fig. 4 bei einer negativen Taktanpassung des digitalen 7-kEz-Tonsignales. In Fig. 2 bis 4 sind jeweils drei zeitlich aufeinander folgende Uberrahmen untereinander gezeichnet, die je- weils aus sechzehn Puisrahmen RO - R75 bestehen, die wiederum aus zweiunddreissig Zeitkanälen ZKO - ZE31 zu je 8 bit aufgebaut sind. In jedem Uberrahmen sind beispielsweise die Zeitkanäle ZK1 - ZE3 mit zweiunddreissig Tonsignalwörtern oder Codeworten TnO - Tn32 zu je 12 bit eines 7-kHz-Tonsignals belegt. Das Codewort Tn32 ergänzt das Codewort TnO des folgenden Uberrahmens auf 12 bit. Durch die Belegung dieser drei Zeitkanäle =1 - ZK3 mit dem codierten Tonsignal können die in den Zeitkanälen ZK16 freigewordenen 3 mal 4 Bitsellen (ursprünglich die Wahlkennzeichen Zi - Z3 zu je 4 bit in den Pulsrahmen Ri, R2 und R3) zur Taktanpassung verwendet werden. Die ersten 8 bit in den Pulsrahmen R1 und R2 werden abwechselnd pro Uberrahmen mit einem positiven und einem negativen Taktanpassungssignal ++ bzw. -- beaufschlagt. Das Taktanpassungssignal ++ bzw. -- verteilt sich also auf die Pulsrahmen R1 und R2. Die restlichen 4 Bitstellen im Pulsrahmen R3 geben digital codiert die im synchronen Zustand jeweils konstant bleibende Bezypdifferenz B der Tonsignalcodewörter Tnl, Tn3, Tn5 bis Tn31 gegenüber dem Beginn des Zeitkanals ZK1 an. Ist beispielsweise die Bezugsdifferenz B = 5, so wird sie als Bitfolge OLOL übertragen. Das negative Taktanpassungssignal -- ist das invertierte positive Taktanpassungssignal ++. Mit den verfügbaren 4 Bitstellen im Pulsrahmen R3 können die bei 12-stelligen Tonsignalwörtern möglichen 12 verschiedenen Bezugsdifferenzen B redundant übertragen werden. Die dauernde Ubertragung der jeweils bestehenden Bezugsdifferenz ermöglicht es, nach einer Unterbrechung der Verbindung die relative Lage der codierten Tonsignalwörter empfangssseitig zu ermitteln. Der synchrone Zustand keine Taktanpassung notwendig" 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 anteilige Taktfrequenz der DSV2. Wird die zeitliche Verschiebung beider Takte 1 bit, so werden erfindungsgemäss in zwei aufeinanderfolgenden Uberrahmen positive Taktanpassungssignale übertragen. Die nach dem zweiten positiven Taktanpassungssignal folgende Bezugsdifferenz B erhöht sich von beispielsweise 5 bit um den Wert 1 auf 6 (OVO) und an einer mit dem Empfänger vereinbarten Stelle, hier des ersten Bit nach dem Rahmen kennungswort RSy im Pulsrahmen R3, wird ein informationsloses Leerbit L eingefügt. Das Codewort Tn7 ist da- durch erstmalig um 6 bit gegenüber dem Beginn des Zeitkanals ZKl im Pulsrahmen R3 verschoeben. Die Synchronität ist dadurch wieder gegeben und es werden in den darauf folgenden Uberrahmen 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 aus geblendetes Bit X ausserhalb der für das Tonsignal freigehaltenen Zeitkanäle =1 - ZK3 übertragen werden muss, ist vereinbart, dass das zweite negative Taktanpassungssignal nur eine Länge von 7 bit hat und dass an der Stelle des ursprünglichen 8. Bit des Taktanpassungssignals dieses ausgeblendete Bit X übertragen wird. Das Codewort Tn6 innerhalb der Puls rahmen R2 und R3 des zweiten Uberrahmens in Fig. 4 hat dadurch nur eine Lange von 11 bit und wird durch das Bit X auf die notwendigen 12 bit ergänzt. Das Codewort Tn7 innerhalb dieses Uberrahmens hat nun eine Bezugsdifferenz B von 4 (OLOO). Diese jetzt bestehende Bezugsdifferenz wird im Pulsrahmen R3 erstmalig zum Empfänger übertragen. Auch hier werden nach der Taktanpassung abwechselnd positive und negative (mit positiven beginnend) Taktanpassungssignale in den darauffolgenden Uberrahmen.mit der bis zur nächsten Taktanpassung konstant bleibenden Bezugsdifferenz B 3 4 Ubertragen. Bei Ubertragung eines 15-kHz-Tonsignals beispielsweise in den sedz Zeitkanälen ZK1, ZR2, ZK3,ZK17, ZK18 und ZK19 sind zusätzlich 12 bit an den Stellen der Wahlkennzeichen Z17 - Z19 frei. Diese können andere Aufgaben, wie z.B. die Übertragung von Alarmen übernehmen. Falls auch bei einem 7-kHz-Tonsignal eine AlarmUber- tragung gewünscht wird, kann als Taktanpassungssignal generell ein 7-bit-Wort verwendet werden. 1 Bit steht dann hauptsächlich zu Sonderignalzwecken (Alarm) oder für die Ubertragung bei negativer Taktanpassung für das ausgeblendete Bit x zur Verfügung. Diese Sondersignalübertragung ist möglich, da bei einer relativen Taktabweichung von beispielsweise 5 10 im ungünstigsten Fall nur in jedem 13. Uberrahmen ein ausgeblendetes Bit x zu übertragen wäre. Die Taktanpassungssignale ++ bzw. -- sind im AusfUhrungs- beispiel 8stellige bzw. 7stellige Codeworte, die zueinander komplementär sind. Ihre Hammingdistanz ist somit 8 bzw. 7. Daher lassen sich bis zu drei in diesen Codeworten enthaltene Fehler korrigieren. 4 Pat entansprüche 4 Figuren

Claims: PatentanSprüche 1. Verfahren zur Taktanpassung für ein in digitaler Form vorliegendes Tonsignal an einen in Pulsrahmen und Uberrahmen organisierten Datenfluss zur digitalen Sprach Übertragung in Telefoniequalität und mit tennzeichen- bits zur Kennzeiciiibertragung', dessen Takt plesiochron zum Takt des digitalen Tonsignals ist, d a durch gekennzeichnet, dass die Taktanpassung bitweise erfolgt und dass an den bei Ubertragung des digitalen Tonsignals über mehrere Fernsprechkanäle (K1, K2 und K3 in Fig. 1) freigewordenen diesen zugeordneten Stellen (Z1, Z2 und Z3 in Fig. 1) der Kennzeichenbits (im ZK-16) pro Überrahmen - ein positives bzw. ein negatives Taktanpassungssignal (++ bzw. -- in Fig. 2 bis 4 in R1 und R2), ferner - (jeweils im Pulsrahmen R3) die digital codierte Bit zahl der jeweiligen Bezugsdifferenz (B = 5 in Fig. 2, 5 bzw. 6 in Fig. 3 und 5 bzw. 4 in Fig. 4) der Ton signalwörter (Tnl, Tn3, Tn5 bis Tn31) gegenüber dem Beginn is jeweils ersten (SK1) der zur Ubertragung des betreffenden Tonsignals benutzten Zeitkanäle (ZK1 bis ZK3) - sowie zur negativen Taktanpassung zusätzlich das aus dem codierten Tonsignal ausgeblendete Bit (x in Fig. 4) übertragen werden. 2. Verfahren zur Taktanpassung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einer ubereinstimmung der Takte des Datenflusses und des digitalen Tonsignals (Fig. 2) in aufeinanderfolgenden Uberrahmen - die Bezugsdifferenz (B) konstant bleibt - und das Taktanpassungssignal (++ bzw. --) von Uber rahmen zu Uberrahmen abwechselnd positiv und negativ ist. 3. Verfahren zur Taktanpassung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB bei einer positiven Taktanpassung (Fig. 3) - die Taktanpassungssignale (++) zweier aufeinander folgender Uberrahmen beide positiv sind und - die gegenüber der vorhergehenden um den Wert 1 er höhte Bezugsdifferenz (B = 5 + 1 = 6) erst im zwei ten Uberrahmen uebertragen wird. 4. Verfahren zur Taktanpassung nach Anspruch 1, d al u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , dass bei einer negativen Taktanpassung (Fig. 4) - die Taktanpassungssignale (--) zweier aufeinander folgender Uberrahmen beide negativ sind und - die gegenüber der vorhergehenden um den Wert 1 er niedrigte Bezugsdifferenz (B = 5 - 1 = 4) erst im zweiten Uberrahmen übertragen wird und - zusätzlich das zweite negative Taktanpassungssignal (--) um ein Bit gekürzt ist und - an dessen Stelle das aus dem codierten Tonsignal aus geblendete Bit (x) übertragen 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