УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ СВЯЗИ

Изобретение относится к электросвязи, в частности к автоматическим средствам приема сигналов тональной сигнализации в системах многоканальной связи, и может использоваться, например, для обнаружения акустических сигналов в телефонных каналах.

Основная проблематика приема сигналов тональной сигнализации заключается в следующем. Прием этих сигналов достаточно часто приходится проводить на фоне значительных помех. Наиболее типичными здесь являются гладкие канальные шумы, импульсные помехи и паразитные речевые сигналы. Помимо этого принимаемый сигнал может иметь значительный разброс по частоте, а его форма может отличаться от синусоидальной из-за несоответствия генераторов нормам, установленным в технике связи.

Известно устройство для приема тональных сигналов, содержащее блок согласования с каналом, полосовой фильтр, два последовательно соединенных резонансных контура, два линейных детектора, два поляризованных реле, пороговый элемент и исполнительный элемент. Здесь разделение тонального (информационного) сигнала и паразитных токов речевых частот осуществляется за счет использования двух резонансных контуров. Напряжения, снимаемые с этих контуров, после выпрямления подаются на поляризованное реле с двумя обмотками, намотанными в противоположную сторону. В результате данный приемник устойчиво выделяет сигнал, в спектре которого присутствуют только спектральные составляющие в информационной полосе частот.

Однако данное устройство не может обеспечить уверенное выделение тональных сигналов, подвергшихся значительным искажениям, а также информационного сигнала, прием которого производится на фоне речи. Кроме того, в случае значительной раcстройки по частоте генератора тональных сигналов работа данного приемника будет сопровождаться частыми пропусками.

Известен также приемник тональных сигналов, содержащий блок согласования с каналом связи, четыре одновибратора, инвертор, два логических элемента И, интегрирующее звено, исполнительный элемент. Однако и для данного устройства характерна невысокая точность выделения информационного сигнала, что связано с возможностью подрабатывания приемника на паразитном сигнале, а также c большой вероятностью пропуска искаженного акустического сигнала.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству является устройство для выделения акустических сигналов в каналах связи, содержащее блок согласования с каналом связи, полосовой фильтр, первый, второй и третий линейные детекторы, первое и второе интегрирующие звенья, первый, второй и третий пороговые элементы, первый и второй блоки вычисления отношения, пиковый детектор, первый и второй логические элементы И, регистр, управляющий таймер и исполнительный элемент.

Принцип действия данного устройства основан на оценивании трех решающих статистик, которые являются отличительными признаками при распознавании информационного акустического сигнала от канальных шумов и паразитных речевых сигналов. В качестве решающих статистик здесь используются оценка мощности сигнала в информационной полосе частот, распределение мощности входного сигнала по частотному диапазону и величина пик-фактора входного сигнала.

Однако при работе данного устройства также возможно появление ошибок при отличии формы принимаемого тонального сигнала от синусоидальной. С другой стороны, при увеличении порога срабатывания приемника по уровню пик-фактора принимаемого сигнала неизбежно повысится вероятность возникновения ложных тревог, что также недопустимо в системах сигнализации. К тому же использование экстремальных статистик при наличии значительных канальных шумов также снижает точность определения акустических сигналов.

Цель изобретения состоит в повышении точности выделения акустических сигналов в каналах связи.

Для достижения поставленной цели в устройство для выделения акустических сигналов в каналах связи, содержащее блок согласования с каналом связи, полосовой фильтр, первое и второе интегрирующие звенья, первый и второй логические элементы И, первый, второй и третий линейные детекторы, первый и второй блоки вычисления отношения, первый, второй и третий пороговые элементы, регистр и управляющий таймер, согласно изобретению дополнительно введены третье, четвертое и пятое интегрирующие звенья и вычитатель, причем выход блока согласования с каналом связи соединен с входами полосового фильтра и первого линейного детектора, выход первого линейного детектора через первое интегрирующее звено подключен ко второму входу первого блока вычисления отношения, выход которого через второй пороговой элемент подключен к первому входу первого логического элемента И, при этом выход полосового фильтра через второй линейный детектор соединен с входом второго, третьего и четвертого интегрирующих звеньев, в свою очередь выход второго интегрирующего звена подключен к первому входу первого блока вычисления отношения, ко второму входу второго блока вычисления отношения и через первый пороговый элемент ко второму входу первого логического элемента И, кроме того, выход третьего интегрирующего звена связан с первым входом вычитателя, а выход четвертого интегрирующего звена со вторым входом вычитателя, тогда как выход вычитателя через последовательно включенные третий линейный детектор и пятое интегрирующее звено подключен к первому входу второго блока вычисления отношения, выход которого через третий пороговый элемент соединен с третьим входом первого логического элемента И, выход первого логического элемента И через регистр подключен к входу второго логического элемента И, а выходы управляющего таймера связаны с управляющими входами первого и второго элементов И.

Устройство для выделения акустических сигналов в каналах связи (см. чертеж) содержит блок 1 согласования с каналом связи, полосовой фильтр 2, первый линейный детектор 3, первое интегрирующее звено 4, первый пороговый элемент 5, второй линейный детектор 6, второе интегрирующее звено 7, первый блок 8 вычисления отношения, второй пороговый элемент 9, третье интегрирующее звено 10, четвертое интегрирующее звено 11, вычитатель 12, третий линейный детектор 13, пятое интегрирующее звено 14, второй блок 15 вычисления отношения, третий пороговый элемент 16, первый логический элемент И 17, регистр 18, второй логический элемент И 19 и управляющий таймер 20.

Функционирование заявляемого устройства основано на вычислении ряда решающих статистик, которые являются отличительными признаками при распознавании информационного акустического сигнала от канальных шумов и паразитных речевых сигналов. В качестве решающих статистик здесь используются оценка мощности сигнала в информационной полосе частот, распределение энергии входного сигнала по частотному диапазону и величина неравномерности огибающей отфильтрованного в полосовом фильтре входного сигнала.

Для принятия окончательного решения о присутствии в канале связи акустического сигнала используется вторичная обработка, которая основана на применении мажоритарного правила для последовательной серии первичных решений. Вторичная обработка введена в заявляемое устройство для предотвращения ложных срабатываний от паразитного речевого сигнала. В ней используется свойство значительной нестационарности речевого сигнала, что также является отличительным признаком по отношению к тональному сигналу.

Анализируемый сигнал с выхода канала связи, пройдя через блок 1 согласования с каналом связи, поступает одновременно на вход полосового фильтра 2, а также на вход первого линейного детектора 3.

При этом в блоках 2-4 формируется оценка мощности приходящего сигнала во всей полосе частот канала связи, для чего исходный сигнал выпрямляется в первом линейном детекторе 3 и накапливается в первом интегрирующем звене 4.

Приближенная оценка мощности сигнала, ограниченного информационной полосой частот, формируется посредством блоков 2,6,7. Для этого входной сигнал предварительно проходит через полосовой фильтр 2, а затем также детектируется вторым линейным детектором 6 и накапливается во втором интегрирующем звене 7.

Оценка мощности входного сигнала, ограниченного информационной полосой частот, используется в заявляемом устройстве в качестве первого решающего признака при принятии первичного решения о наличии в канале тонального сигнала. Поэтому сигнал с выхода второго интегрирующего звена 7 подается на первый пороговый элемент 5, где сравнивается с граничным значением. Результат сравнения поступает на первый вход первого логического элемента И 17.

Для получения второго признака сигнал с выхода второго интегрирующего звена 7 подается на второй вход первого блока 8 вычисления отношения. На первый же вход блока 8 вычисления отношения поступает сигнал с выхода первого интегрирующего звена 4.

В результате на выходе первого блока 8 вычисления отношения имеем величину, характеризующую распределение энергии входного сигнала по частотному диапазону канала связи. Иными словами, оценка, формируемая первым блоком 8 вычисления отношения, приближенно равна отношению мощности сигнала на выходе полосового фильтра 2 к мощности сигнала на входе устройства. При этом используется известное свойство гармонического сигнала, состоящее в том, что между мощностью такого сигнала и средним модулем разности существует определенная зависимость. Получаемая таким образом величина сравнивается во втором пороговом элементе 9 с граничным значением. Результат сравнения в виде в виде логического "0" или "1" подается на второй вход первого логического элемента И 17.

В блоках 10-16 осуществляется формирование третьего информационного признака - оценки неравномерности огибающей отфильтрованного сигнала. Данный признак введен в заявляемое устройство для предотвращения ложных срабатываний на паразитном речевом сигнале. Действительно, как известно, огибающая речевого сигнала быстро изменяется. Практически длина "псевдостабильного" участка огибающей речи очень редко превышает 200 мс. В то же время для генераторов тоновых посылок характерна стабильность среднего уровня выходного сигнала.

Для оценки неравномерности огибающей сигнал с выхода второго линейного детектора 6 подается одновременно на третье и четвертое интегрирующие звенья 10 и 11, которые различаются величиной времени интегрирования. Сравнение получаемых значений производится в вычитателе 12. Далее получаемая величина детектируется (вычисляется модуль величины) в третьем блоке 13 вычисления абсолютного значения и усредняется в пятом интегрирующем звене 14. Затем полученное значение во втором блоке вычисления отношения 15 нормируется к усредненному уровню отфильтрованного сигнала, оценка которого имеется на выходе второго интегрирующего звена 7. Получаемая величина сравнивается в третьем пороговом элементе 16 с граничным значением. Результат сравнения в виде логического "0" или "1" подается на третий вход первого логического элемента И 17.

Принятие первичного решения о наличии информационного акустического сигнала в канале связи осуществляется периодически через равные промежутки времени по команде из управляющего таймера 20 по управляющему сигналу, передаваемому в первый логический элемент И 17.

В случае если все три решающих признака свидетельствуют о наличии в канале связи акустического сигнала, т.е. на выходе блоков 5,9 и 16 зафиксированы логические "1", то на выходе первого логического элемента И также фиксируется логическая "1". Это означает, что принято первичное решение о приеме акустического сигнала.

Далее принятое первичное решение проверяется на стационарность. При этом используется априорная информация о том, что минимальная длительность передачи акустического сигнала заведомо превышает длительность псевдостационарного вокализованного участка речевого сигнала.

Реализуется вторичная обработка с помощью регистра 18, в котором накапливается последовательность первичных решений о наличии информационного сигнала в канале связи. В случае если длина последовательности первичных положительных решений о наличии акустического сигнала достигает значения N, то во втором логическом элементе И 19 формируется вторичное решение об обнаружении тонального сигнала.

Длительности процедуры обработки входного сигнала в данном устройстве задаются посредством управляющего таймера 20, который соединен как с первым, так и со вторым логическими элементами И 17, 19.

Заявляемый объект может быть построен с использованием существующих электронных средств и компонентов аппаратуры связи либо реализован на базе компьютерной техники, либо с помощью сигнальных процессоров. Данное устройство может найти применение в составе аппаратно-программных средств телефонной станции.

Источники информации
1. Зайончковский Е. А., Пшеничников А.П., Романцов В.М. Автоматическая междугородная связь.- М.: Радио и связь, 1984, c. 111-115.

2. Авторское свидетельство N 441681, H 04 M 1/46, 03.01.73.

3. Авторское свидетельство N 2118067, H 04 B 3/46, 20.08.98.