способ передачи речевой информации
Классы МПК: | H04B3/50 системы передачи информации между двумя стационарными станциями по двухпроводным линиям связи |
Автор(ы): | Мартышевский К.Н., Соколов В.П. |
Патентообладатель(и): | Мартышевский Константин Николаевич, Соколов Владимир Петрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-01-19 публикация патента:
27.12.1998 |
Изобретение относится к области систем передачи информации, а также может быть использовано для передачи речевой информации. Сущность изобретения заключается в том, что для передачи и приема речевой информации на передающей стороне осуществляют преобразование акустического сигнала в электрический сигнал, усиление и передачу его с помощью несущей частоты fн, а на приемной стороне - фильтрацию несущей частоты fн, детектирование и преобразование электрического сигнала в акустический сигнал, причем на передающей стороне после усиления перед передачей с помощью несущей частоты fн преобразуют электрический сигнал в сигнал с двумя чередующимися коммутируемыми постоянными уровнями, частота которого соответствует частоте речевой информации, после чего в моменты появления каждого из двух коммутируемых постоянных уровней формируют код, а на приемной стороне после фильтрации несущей частоты fн и детектирований осуществляют корреляционную обработку кода, а перед преобразованием электрического сигнала в акустический формируют электрический сигнал с двумя чередующимися коммутируемыми постоянными уровнями, частота которого соответствует частоте речевой информации. Технический результат, достигаемый при осуществлении данного изобретения, состоит в повышении помехозащищенности, разборчивости и громкости речевой информации. 1 з. п.ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ передачи и приема речевой информации, включающий на передающей стороне преобразование акустического сигнала и электрический сигнал, усиление и передачу его с помощью несущей частоты fн а на приемной стороне фильтрацию несущей частоты fн, детектирование в преобразование электрического сигнала в акустический сигнал, отличающийся тем, что на передающей стороне после усиления перед передачей с помощью несущей частоты fн преобразуют электрический сигнал с двумя чередующимися коммутируемыми постоянными уровнями, частота которого соответствует частоте речевой информации, после чего в моменты появления каждого из двух коммутируемых постоянных уровней формируют код, а на приемной стороне после фильтрации несущей частоты fн и детектирования осуществляют корреляционную обработку кода, а перед преобразованием электрического сигнала в акустический формируют электрический сигнал с двумя чередующимися коммутируемыми постоянными уровнями, частота которого соответствует частоте речевой информации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании кода в виде радиоимпульсов накапливают энергию и передают ее в резонансную антенную систему.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике связи, а также связано с проблемами восприятия речевой информации человеком и может быть использовано для ее передачи. В современных системах передачи речевой информации на большие расстояния используется либо проводной канал (в телефонии), либо радиоканал или волноводный канал (в радиотелефонии). Передача исходной информации от одного абонента к другому в этих системах связи осуществляется без применения операции очищения от неинформативной составляющей, маскирующей информативную часть сообщения. В качестве неинформативной составляющей выступает амплитуда речевого сообщения (тембр). Информативная часть сообщения содержится только в частоте сигнала. Помехоустойчивость этих систем оказывается пониженной вследствие маскирующего действия неинформативной составляющей, а также необходимости расширения полосы пропускания в приемном устройстве в случае частотной модуляции или согласованной фильтрации для пропуска неинформационных составляющих в спектре сигнала. В случае амплитудной модуляции несущей, а также проводной связи без несущей помехозащищенности снижается из-за невозможности применения операции амплитудного ограничения в традиционных системах связи для сохранения тембра исходного речевого сообщения. Выберем в качестве аналога систему связи, включающую в себя как проводной канал, так и волноводный канал или радиоканал, которые являются дальнейшим развитием систем с проводными каналами, так как включают в себя дополнительный блок, в который входят модулятор, антенная система, радиоканал, приемная антенная система и демодулятор. Проведем анализ аналога в плане его помехозащищенности и степени информативности. В радиоканалах и волноводных каналах применяются различные виды модуляции несущей частоты информационным сообщением. Перечислим их в порядке возрастания помехозащищенности: амплитудная модуляция (АМ); частотная модуляция (ЧМ) и фазовая модуляция (ФМ); различные виды импульсных методов модуляции с использованием на приемной стороне согласованных фильтров, опорных сигналов и ограничителей. Уровень помехозащищенности различных видов модуляции при одном и том же значении сигнал/шум зависит в основном от двух факторов:а) суммарной полосы пропускания (П
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124154/931.gif)
б) наличия амплитудного ограничения в приемном устройстве. Если учесть, что в помехе присутствуют спектральные составляющие как с "правой" стороны от несущей fн (более высокие частоты - fп1, так и с "левой" стороны (более низкие частоты - fп2), то внутри полосы пропускания П входного контура будут взаимно вычитаться симметричные составляющие помехи (fп1 - fн = fн - fп2), начальные фазы которых относительно fн равны
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124091/981.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124005/960.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124091/981.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124005/960.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124154/931.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124091/981.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124005/960.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124005/960.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124091/981.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124005/960.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124005/960.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124154/931.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124057/916.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124154/931.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124185/937.gif)
а) вследствие высокого градиента перепада давления (фронт меандра) акустических колебаний среды слуховой аппарат человека формирует нервный импульс с более высокой амплитудой и меньшей длительностью, который подается в мозг и возбуждается в нейронах более мощный зарядовый (ионный) перепад, который преобразуется в акустическую электроупругую волну, распространяющуюся по заряженной внутренней поверхности упругой ткани аксонов, увлекая за собой вдоль аксона дипольнозаряженные транспортные объекты гранулярного эндоплазматического ретикулума (ЭПР), на противоположных концах которых абсорбированы капсули с тормозным медиатором на одном конце и возбуждающем на другом конце. Так как аксон заполнен заряженными жидкокристаллическими объектами в виде "трубочек", то под действием электрического поля электроупругой волны они располагаются вдоль аксона и открывают путь для движения дипольнозаряженных транспортных объектов ЭПР, ориентированных в зависимости от знака нервного импульса (+ или -). При достижении окончания аксона капсули с медиатором взаимодействуют с мышечной тканью предсинапса, разрушаются и через образующийся канал происходит впрыскивание медиатора в синаптическую щель, при этом электроупругая волна отражается от предсинапса и уносит с собой в нейрон дипольно-заряженные объекты (ЭПР) для "загрузки" новой партией медиатора в капсулях, которые постоянно вырабатываются в нейроне. Количество медиатора, поступающего в синаптическую щель в меандровом режиме значительно превышает его количество в синусоидальном режиме, что приводит к более интенсивной циркуляции нервного импульса в замкнутых структурах (состоящих из нейронов), периметры которых равны
P - nvTo
где
n - постоянное целое число;
v - скорость циркуляции нервного импульса;
To - период повторения отрицательных или положительных нервных импульсов, поочередно вырабатываемых слуховым аппаратом. б) При воздействии на слуховой аппарат меандровых акустических колебаний - его псофометрическая характеристика в диапазоне частот ниже 6 кГц становится ровной вследствие независимости градиента перепада давления от частоты, при этом в речевом диапазоне от 0,3 до 3 кГц нелинейные искажения из-за инерционности как слухового аппарата, так и акустических воспроизводящих устройств практически не ощущаются. Таким образом, при значительном увеличении разборчивости и громкости речи наряду с незначительными изменениями в натуральности восприятия (в диапазоне 0,3 - 3 кГц) делают предлагаемый способ передачи речевой информации незаменимым в системах связи. Рассмотрим более подробно динамику образования замкнутых мозговых структур, под действием акустических колебаний воздействующих на слуховой аппарат. Эти структуры состоят из нейронов, по которым непрерывно циркулируют нервные импульсы (НИ). Эти циркулирующие НИ возникают однажды (через слуховой аппарат) и остаются на всю жизнь. Медиатор служит усилителем НИ, а синапс, обладая вентильным свойством обеспечивает постоянство направления циркуляции НИ, а также связь мозга с гомеостазом. Амплитуда (интенсивность) циркуляции НИ регулируется с помощью нейронных структур в гиппокампе, путем изменения концентрации медиатора в нейронах инициирующих НИ. При воспроизведении информации, записанной в мозговых нейронных структурах, концентрация медиатора, вырабатываемого инициирующими нейронами, возрастает, что ведет к усилению НИ. При записи полезной информации, выбор конкретных замкнутых мозговых структур осуществляется при выполнении условия (P=nvTo), обеспечивающего локальное накопление биохимической энергии в определенных структурах, а также зависит от места поступления исходных НИ, вырабатываемых слуховым аппаратом с частотой 1/To. При меандровой речи интенсивность НИ, циркулирующих в замкнутых частных структурах, образующих общую структуру речи везде одинакова, поэтому маскирующий эффект связанный с подавлением маломощных структур более мощными сведен к минимуму, что ведет к более полному сохранению информации, заключенной в исходном акустическом колебании (сообщении) и более точному воспроизведению ее. В результате чего увеличивается разборчивость речевого сообщения при восприятии его слуховым аппаратом. Уменьшение длительности НИ, вырабатываемых слуховым аппаратом, ведет к уменьшению дисперсии частных замкнутых структур в пространстве нейронных сетей. Это обстоятельство повышает четкость общих замкнутых нейронных структур, образующих речь. В свою очередь пространственная четкость структур вызывает ощущение повышенной разборчивости речевого сообщения. Работа системы слуховой аппарат плюс мозг осуществляется следующим образом. В слуховом аппарате под действием акустических колебаний воздушной среды формируются НИ. Амплитуда НИ зависит от градиента перепада давления (P). Полярность НИ зависит от знака производной dP/dx. Частота НИ равна частоте акустических колебаний. Из слухового аппарата НИ поступают в мозг, в котором последовательно производятся следующие операции:
1. Выделение пачек импульсов, в которых содержится постоянное число НИ, равное Nп, следующих с квазипостоянной частотой
Fо = 1/Toп
2. Каждая пачка НИ воздействует на конкретные инициирующие нейроны коры головного мозга, при этом в течение всей жизни мозга разные пачки НИ никогда не воздействуют на один и тот же отдельно взятый инициирующий нейрон. Поэтому количество речевой информации, которое может быть записано в течение жизни зависит от количества нейронов, связанных со слуховым аппаратом. Нейроны образуют в коре головного мозга непрерывные двухмерные сети, внутри которых каждый нейрон имеет аксон (аксоны) с несколькими специализированными межнейронными контактами (синапсами). Также есть (в небольшом количестве) нейроны, которые объединяют двухмерные сети между собой, образуя более сложные многомерные структуры. При воздействии отдельной пачки импульсов на конкретный нейрон внутри сети нейронов образуются замкнутые структуры с повышенным содержанием биохимической энергии, циркулирующей в них в виде НИ. Эти замкнутые структуры (в которых P = nvTo) образуют сложные "узоры", в которых циркулируют НИ с частотами соответствующими спектру S(
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124007/969.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/2124268-2t.gif)
где
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124057/964.gif)
x(t) - амплитудно-временная реализация пачки НИ, поступающей из слухового аппарата. Пространственное распределение спектральных составляющих функции S)w) внутри сети нейронов подчиняется соотношению
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124007/969.gif)
где
lэ - эквивалентное удаление центров частных замкнутых структур от центра оснований, связанной с инициирующим нейроном, на который воздействует пачка НИ, при этом
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/2124268-3t.gif)
v - средняя скорость распространения электроупругой волны в нейронной сети. Необходимо отметить, что скорость распространения электроупругой волны вдоль аксона зависит от толщины миелинового слоя, находящегося с его (аксона) наружной стороны. Перехваты Ранвье служат для согласования электроупругой волны с волновым сопротивлением аксона. Такое согласование необходимо для исключения возможности возникновения отраженной электродуговой волны раньше, чем она достигнет предсинапса. Сопротивление аксона в большой степени зависит от степени вышеупомянутого согласования (электроупругой волны с аксоном). Последовательное воздействие следующих друг за другом пачек НИ на сеть инициирующих нейронов приводит к образованию структуры записи речевой информации в мозгу человека в виде следующих друг за другом во времени сложных "узоров", разнесенных также и пространственно. Воспроизведение записанной информации производится также путем воздействия на инициирующие нейроны (в той же последовательности, что и при записи) с целью увеличить производство медиатора в них, что ведет к резкому росту амплитуд НИ, циркулирующих в речевых структурах. В процессе развития мозга в некоторых нейронах дендриты образуют новые связи, по которым циркулируют НИ, что ведет к усложнению мозговых структур, а также увеличению их числа измерений, а значит росту интеллекта через ассоциации. Эти ассоциации вызывают образование новых связей между частными структурами. Существуют два принципиально различных режима работы мозга:
а) автоколебательный режим, в котором осуществляется обработка записанной в мозгу информации и наращивание структур через ассоциации;
б) сенсорный, в котором производится запись речевой информации с помощью слухового аппарата (или иной информации через соответствующие сенсоры). Резюме: более оптимальный режим записи речевой информации (в случае двухуровнего режима записи), ведет к возможности образования новых, более гармоничных структур в мозгу человека (с высокой степенью информативности), которые образуются при одновременном воспроизведении частных структур (ассоциаций) в автоколебательном режиме работы системы мозг плюс гемостаз. Выше (в критике аналога) было показано, что в способе передачи и приема речевой информации по п. 1 через радиоканал на несущей частоте fн, обеспечивается высокая помехозащищенность системы связи. Узкополосный фильтр на входе приемного устройства и амплитудный ограничитель позволяют снизить уровень входных шумов. Формирование несущей частоты Fн на передающей стороне производится в момент появления только одного из двух уровней, в результате чего в эфир излучаются радиоимпульсы разной длительности, равные половине периода звуковой частоты 1,5 - 0,15 мс (фиг. 1). В способе передачи и приема речевой информации по п. 1 импульсы формируются в момент появления каждого из двух уровней. Длительность их не должна превышать величины
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/2124268-4t.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124057/964.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/8593.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/8595.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/8593.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/8595.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/2124268-5t.gif)
![способ передачи речевой информации, патент № 2124268](/images/patents/347/2124268/2124268-6t.gif)
b + 0 дБ на 3-х кГц;
b + 0 дБ на 300-х Гц. Более высокая разборчивость речи была связана не только с повышенной помехозащищенностью способа, но и с более благоприятным биологическим воздействием двухуровневого режима на нервную систему и головной мозг человека. Использование предлагаемого способа передачи речевой информации в сравнении с существующими традиционными способами позволит:
а) упростить системы связи;
б) уменьшить их габариты;
в) повысить надежность и качество;
г) в значительной степени заменить проводную телефонию радиотелефонией;
д) значительно снизить расходы на строительство новых систем связи;
е) увеличить радиус их действия за счет высокой помехозащищенности;
ж) повысить мощность передающих устройств;
з) использовать системы связи передающие речевую информацию для посылки иных видов информации (видеотелефония, цифровые потоки, поканальные коды и т.д.).
Класс H04B3/50 системы передачи информации между двумя стационарными станциями по двухпроводным линиям связи