DE60226195T2

DE60226195T2 - Tonrelais

Info

Publication number: DE60226195T2
Application number: DE60226195T
Authority: DE
Inventors: Scott Irvine Branden
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: EP1255411A3; EP1255411B1; EP1255411A2; US20020154760A1; US7035293B2; ATE393543T1; DE60226195D1

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 607284.969 mit dem Titel "DTMF RELAY", eingereicht am 18. April 2001.

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Telekommunikationssysteme und im Besonderen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Tönen in einem Sprachstrom.
HINTERGRUND
Bei Telekommunikationssystemen ist die Verwendung von Innenbandtönen zur Signalisierung üblich. Tonwahltelefone beispielsweise verwenden für gewöhnlich einen Ton, der aus zwei Komponententonen gebildet ist, um Ziffern in einem Signalisierungsschema zu senden, das als Tonwahlverfahren oder Doppeltonmehrfrequenzverfahren (DTMF/Dual-Tone Multi-Frequency) bezeichnet wird. Doppeltonsignale werden auch bei CAS (customer premise equipment alert signaling/Alarmsignalisierung kundeneigener Endgeräte), SAS (subscriber alert signaling/Teilnehmeralarmsignalisierung) und als VSLE-(visual screen list editing/Sichtbildschirmlistenbearbeitungs-)Töne verwendet.
Bei herkömmlichen Tonrelais kann eine Leckage oder Ableitung durch den Sprachpfad zu einer Fehlerkennung von Tönen am anderen Ende des Netzwerks führen. Daher können herkömmliche Systeme, zur Vermeidung einer Tonleckage (tone leakage) in den Sprachpfad, die Sprachabtastungen im Codierersystem in eine Warteschlange stellen (aber nicht freigeben). Der Sprachcodierer kann beispielsweise durch die maximale Zeitdauer verzögert werden, die nötig ist, um die Erkennung eines Tons zu garantieren (ungefähr 40 ms bei einem DTMF-Ton). Eine solche Verzögerung würde zu einer Nullleckage durch den Sprachpfad führen, kann jedoch die Sprachqualität negativ beeinflussen, da dem System eine Verzögerung von 40 ms hinzugefügt wird. Darüber hinaus ist bei speicherbegrenzten Systemen eine zusätzliche Zwischenspeicherung von 40 ms Dauer in der Ingress-Richtung erforderlich.
Alternativ dazu erkennen manche Systeme Töne vorab durch eine Kombination aus Tonentscheidungen und Zustandsmaschinenverarbeitung. Das eingehende Signal wird typischerweise in eine Warteschlange gestellt, wenn ein Ton vorab erkannt wird. Der Tondetektor trifft typischerweise alle fünf bis fünfzehn Millisekunden eine Entscheidung (d. h. ob ein Ton vorhanden ist). Wenn die Entscheidung falsch (ungültig) war, werden die Sprachabtastungen schließlich freigegeben, anderenfalls werden sie verworfen. Dies manifestiert sich als Jitter (Frequenzschwankungen oder Zittern), wenn Töne falsch vorab erkannt werden. Der zusätzliche Jitter, der infolge falscher frühzeitiger Tonerkennungen eingebracht wird, kann zu verlorenen Paketen, Frame-Wiederholungen und/oder einer erhöhten Systemverzögerung führen.
Es wäre daher vorteilhaft, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung und Beseitigung von Frequenztönen in Sprachsignalen bereitzustellen, ohne dabei einen erheblichen Jitter oder eine beträchtliche Verzögerung in das Signal einzubringen.
WO 01/13586 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen von Kontrolltönen in einem digitalen Signal durch Verwendung einer Tonerkennungseinheit (TDU – Tone Detection Unit) und einer Paket-Sprachprotokolleinheit (PVPU – Packet Voice Protocol Unit) in einem Netzwerk, über das das Signal gesendet wird. Die TDU erkennt das Vorhandensein eines Kontrolltons im Signal innerhalb der ersten 5 ms der Übertragung und generiert ein Alarmsignal für die PVPU, um die weitere Übertragung des Signals zu beenden. Nach der Bestätigung kann die PVPU die Übertragung unterbrechen und die Sprachsignalpakete zwischenspeichern oder löschen. Alternativ kann die PVPU, wenn keine Kontrolltöne im Signal vorhanden sind, die Übertragung jeglicher zwischengespeicherter Pakete fortsetzen. Das Verfahren umfasst ferner das Senden des Kontrolltonsignals an das empfangende Ende der Übertragung.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Empfangen und Weiterleiten von Signalisierungstönen in einem Kommunikationssignal, wie durch den unabhängigen Anspruch 1 definiert, und ein Datenübertragungssystem, wie durch den unabhängigen Anspruch 7 definiert, beschrieben.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind durch die abhängigen Unteransprüche definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den anhängigen Ansprüchen und begleitenden Zeichnungen genauer hervor. Es zeigt/zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Tonrelais gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Netzwerks zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem leitungsvermittelten Netzwerk (switched circuit network) und einem paketbasierten Netzwerk (packet based network) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines DTMF-Tonrelais gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine grafische Darstellung des Frequenzgangs eines beispielhaften Bandsperrfilters zur Invalidierung der Hochfrequenztongruppe in einem vorab erkannten DTMF-Signal gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
5a und 5b grafische Darstellungen der Ablaufsteuerung des DTMF-Tonrelais aus 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen und Beseitigen von Tönen von einem eingehenden Kommunikationskanal bereit, der auch andere Signale, wie z. B. Sprache, übertragen kann. Die beschriebene beispielhafte Ausführungsform sieht des Weiteren die Regeneration dieser Töne an einem anderen Ende des Netzwerks vor, bevorzugt mit reduzierten Talk-Off-Fehlern.
Bezug nehmend nun auf 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Tonrelais gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform kann das Tonrelais in ein Sprachcodierersystem integriert sein. Das beschriebene beispielhafte Sprachcodierersystem umfasst einen Port oder Anschluss oder eine andere Einrichtung 30 zum Empfangen analoger oder digitaler Signale. Dieses Signal kann von einem Teilnehmer eines Telekommunikationssystems empfangene Informationen repräsentieren und durch den Kanal übertragene Töne sowie Informationen umfassen, wie etwa Sprache, Rauschen oder andere Signale.
Der Port 30 ist zur Kopplung an ein Kommunikationsmedium, wie etwa eine Telefonleitung, ein Kabel, eine Glasfaser oder eine andere Übertragungsleitung, ausgelegt. Bei der veranschaulichenden Ausführungsform werden die Daten in einem digitalen Format verarbeitet, um zu bestimmen, ob eine Tonziffer empfangen worden ist. Es ist jedoch für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich, dass analoge Komponenten oder eine Kombination aus analogen und digitalen Implementierungen dazu verwendet werden könnte, die Schritte und Elemente gemäß der veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Das beschriebene beispielhafte Tonrelais umfasst ferner einen mit dem Port 30 gekoppelten Tondetektor 20. Der Tondetektor 20 kann beispielsweise einen Doppeltondetektor umfassen, der das Eingangssignal entlang paralleler Verarbeitungspfade aufteilt, wobei ein Verarbeitungspfad das Vorhandensein eines Hochfrequenztons und der andere Pfad das Vorhandensein eines Niederfrequenztons erkennt. Eine mit dem Tondetektor 20 gekoppelte Tonvalidierungslogik 40 kann dann bestimmen, ob andere Parameter, wie z. B. die Tondauer, die relativen Amplitudenbereiche zwischen Komponententönen, die zulässige Frequenzschwankung der Komponententöne, etc., gemäß den Vorgaben geltender Richtlinien erfüllt werden.
Das beschriebene beispielhafte Tonrelais kann die empfangenen digitalen Sprachabtastungen stumm schalten oder Sprach-Frames verwerfen, wenn Töne erkannt werden. Darüber hinaus können Töne, zur Vermeidung einer Tonleckage in den Sprachpfad, durch eine Kombination aus Tonentscheidungen und Zustandsmaschinenverarbeitung vorab erkannt werden. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform trifft die Tonvalidierungslogik 40 ungefähr alle fünf bis zehn Millisekunden eine Entscheidung (d. h. ob ein Ton vorhanden ist). Wenn ein Ton vorab erkannt wird, übermittelt die Tonvalidierungslogik 40 eine Voraberkennungsmarke 40(a) an die Toninvalidierungslogik 50.
In Reaktion auf die Voraberkennungsmarke verarbeitet die Toninvalidierungslogik 50 das eingehende Signal 30(a), um sicherzustellen, dass in dem verarbeiteten Signal kein Ton erkannt wird, wenn dieses am anderen Ende des Netzwerks empfangen wird. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass eine Vielzahl von Verfahren zur Invalidierung (Ungültigmachung) von Mehrtonsignalen dazu genutzt werden kann, die Tonleckage in den Sprachpfad zu minimieren. Im Betrieb kann das Verfahren zur Invalidierung der Tonsignale jedoch in Übereinstimmung mit den rechnerischen und speicherbedingten Beschränkungen des Kommunikationskanals sowie den Auswirkungen auf andere Signale, wie z. B. Sprache auf dem Kanal, optimiert werden.
Beispielsweise lässt die Tonvalidierung (Tongültigkeitsprüfung) am anderen Ende typischerweise einen, und zwar nur einen, Ton in jeder der Tongruppen zu. Somit können während jeder Abtastung eines gültigen Tons nur ein Niederfrequenzton und ein Hochfrequenzton vorhanden sein. Daher kann die Toninvalidierungslogik 50 Töne in eingehenden Signal ungültig machen, indem entweder der Niederfrequenz- oder Hochfrequerztongruppe ein zweiter Ton hinzugefügt wird. Ebenso besteht ein anderes Verfahren zur Invalidierung eines Doppeltonsignals darin, eine Frequenzverschiebung des Tons durchzuführen, so dass er ähnlich klingt wie der Spektralinhalt des Originals, wobei sich der Ton jedoch nicht auf der korrekten Frequenz befindet.
Alternativ kann die Toninvalidierungslogik ein eingehendes Signal zwischenspeichern und die vor der Voraberkennung eines Tons empfangenen Daten erneut senden, anstatt einen verarbeiteten Ton zu senden. Das erneute Senden zwischengespeicherter Daten macht den Ton am anderen Ende ungültig, und zwar bei minimaler Auswirkung auf andere Signale auf dem Kanal, da der Spektralinhalt der erneut gesendeten Daten dem Spektralinhalt von Daten ähnelt, die am anderen Ende kürzlich abgespielt wurden.
Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform gibt die Toninvalidierungslogik 50 ein verarbeitetes Signal an einen Sprachcodierer 60 aus, welcher beispielsweise einen normalen 16Bit-PCM-Codierer oder einen beliebigen Sprachcodierer umfassen kann, der einen oder mehrere der von ITU veröffentlichten Standards unterstützt. Im Wesentlichen verzögerungsfreie codierte digitale Sprachabtastungen werden dann zur Übertragung über das Netzwerk an den Host übermittelt.
Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform übermittelt die Tonvalidierungslogik 40 ein Tonerkennungsereignis an den Sprachcodierer 60, wenn das Vorhandensein eines Tons bestätigt (validiert) worden ist. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform beendet der Sprachcodierer 60 den Betrieb und Tonereignisse werden dem Host 70 gemeldet. Dies ermöglicht es dem Host, beispielsweise eine DTMF-Tastenfolge in eine Zieladresse umzuwandeln und eine Anrufweiterleitung über DTMF zu unterstützen. Die beschriebene beispielhafte Ausführungsform stellt daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum erheblichen Reduzieren der Tonleckage in den Sprachpfad bereit, bei denen keine Signalwarteschlangenbildung oder -verzögerung erforderlich ist, wodurch ansonsten Jitter oder andere unerwünschte Artefakte in das System eingebracht werden könnten.
Obgleich die vorliegende Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Ausführungen offen ist, ist es vorteilhaft, die Erfindung im Zusammenhang mit einem beispielhaften Kommunikationskanal zu beschreiben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten Formen beschränkt sein soll. Im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und alternativen Ausführungen abdecken, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen, welcher in den anhängigen Ansprüchen dargelegt ist.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als Tonwahl- oder Doppeltonmehrfrequenzrelais in einem Signalverarbeitungssystem genutzt werden, das dazu eingesetzt wird, Telefoniegeräte mit paketbasierten Netzwerken zu verbinden. Telefoniegeräte umfassen beispielsweise analoge und digitale Telefone, Ethernet-Telefone, Internetprotokolltelefone, Faxgeräte, Datenmodems, Kabelmodems, interaktive Sprachantwortsysteme, PBXs, Tastensysteme und beliebige andere bekannte herkömmliche Telefoniegeräte.
Die beschriebene beispielhafte Ausführungsform des Signalverarbeitungssystems kann mit einer Vielzahl an Technologien implementiert werden, welche beispielsweise eingebettete Kommunikationssoftware umfassen, die die Übertragung von Informationen, welche Sprach-, Fax- und Modemdaten umfassen, über paketbasierte Netzwerke ermöglicht. Die eingebettete Kommunikationssoftware wird bevorzugt auf programmierbaren digitalen Signalprozessoren (DSPs) betrieben und in Gateways (Protokollumsetzern), Kabelmodems, Fernzugriffsservern, PBXs und anderen paketbasierten Netzwerkeinrichtungen verwendet.
Wie bei der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform dargestellt, ermöglicht der Signalverarbeitungsschaltungsaufbau, der beispielsweise als Netzwerk-Gateway ausgeführt ist, die Übertragung von Sprache über ein paketbasiertes System, wie etwa Voice over IP (VOIP, H.323), Voice over Frame Relay (VoFR, FRF- 11), Voice Telephony over ATM (VTOA) oder ein beliebiges anderes firmeneigenes Netzwerk. Das Signalverarbeitungssystem kann es auch ermöglichen, Sprache über traditionelle Medien zu übertragen, wie etwa Zeitmultiplex-(TDM-/Time Division Multiplex)Netzwerke und Sprachspeicher- und -wiedergabesysteme.
Das Netzwerk-Gateway 90a unterstützt den Sprachaustausch zwischen einem traditionellen leitungsvermittelten Netzwerk 94 und einem paketbasierten Netzwerk 96. Darüber hinaus unterstützen die Netzwerk-Gateways 90b, 90c, 90d, 90e den Sprachaustausch zwischen dem paketbasierten Netzwerk 96 und mehreren Telefonen 92a, 92b, 92c, 92d, 92e. Obgleich die beschriebene beispielhafte Ausführungsform zur Telefonkommunikation über das paketbasierte Netzwerk dargestellt ist, versteht es sich für Fachleute auf dem Gebiet, dass andere Telefonie-/Netzwerkgeräte anstelle eines oder mehrere der Telefone verwendet werden könnten, etwa ein über ein Kabelmodem angeschlossenes HPNA-Telefon.
Das Signalverarbeitungssystem umfasst ein Codierersystem mit DTMF-Erkennung und ein Decodersystem mit DTMF-Erzeugung. DTMF-(Doppeltonmehrfrequenz-)Töne sind Signalisierungstöne, die innerhalb des Audiobands übertragen werden. Ein Doppeltonsignal wird durch zwei sinusförmige Signale repräsentiert, deren Frequenzen in der Bandbreite getrennt sind und die nicht miteinander korreliert sind, um eine falsche Tonerkennung zu vermeiden. Ein DTMF-Signal umfasst einen von vier Tönen, die jeweils eine Frequenz in einem Hochfrequenzband haben, und einen von vier Tönen, die jeweils eine Frequenz in einem Niederfrequenzband haben. Die zur DTMF-Codierung und -Erkennung verwendeten Frequenzen sind durch verschiedene ITU- und Bellcore-Standards definiert und werden auf der ganzen Welt weitgehend akzeptiert. Diese Standards umfassen verschiedene Kriterien, wie etwa die Frequenzverzerrungstoleranz, die Twist-Toleranz, die Rauschimmunität, die Schutzzeit, Talk-Down, Talk-Off, den akzeptablen Rauschabstand, den dynamischen Bereich, etc.
Wie im Stand der Technik bekannt ist, besteht jede gültige DTMF-Ziffer aus der gleichzeitigen Übertragung eines Tons aus einer Niederfrequenzgruppe mit einem Frequenzbereich von 697 bis 941 Hz und einer Hochfrequenzgruppe mit einem Frequenzbereich von 1209 bis 1633 Hz. Es ist ersichtlich, dass die Töne bei einem typischen Sprachfrequenzkanal, wie etwa von 300 bis 3000 Hz, eine Innenbandsignalisierung darstellen. Daher können auch andere Signale, die Sprache umfassen, Signale mit denselben Frequenzen erzeugen, die von den DTMF-Tönen genutzt werden.
Weitere Parameter spezifizieren die Anforderungen für eine gültige Ziffernerkennung. Ein Verzerrungstoleranzkriterium spezifiziert beispielsweise, dass ein DTMF-Detektor ein gesendetes Signal erkennen sollte, das eine Frequenzverzerrung von weniger als 1,5% aufweist, und keine DTMF-Signale erkennen sollte, die eine Frequenzverzerrung von mehr als 3,5% aufweisen. Der Begriff "Twist" bezieht sich auf den Unterschied, in Dezibel, zwischen der Amplitude des stärksten Tastatur-Spaltentons und der Amplitude des stärksten Tastatur-Zeilentons. Der Bellcore-Standard beispielsweise verlangt, dass der Twist zwischen –8 und +4 dBm liegt. Das Rauschimmunitätskriterium verlangt, dass, wenn das Signal einen Rauschabstand (SNR) aufweist, der größer als eine bestimmte Dezibelzahl ist, der DTMF-Detektor das Signal dann nicht verfehlen darf, d. h. das Signal erkennen muss. Unterschiedliche Standards haben unterschiedliche SNR Anforderungen, die für gewöhnlich in einem Bereich von 12 bis 24 Dezibel liegen.
Das Schutzzeitüberprüfungskriterium verlangt, dass, wenn ein Ton eine Dauer von mehr als 40 Millisekunden hat, der DTMF-Detektor den Ton erkennen muss, wohingegen der DTMF-Detektor, wenn der Ton eine Dauer von weniger als 23 Millisekunden hat, den Ton nicht erkennen darf. Ebenso muss der DTMF-Detektor Zwischenziffernintervalle akzeptieren, die größer oder gleich 40 Millisekunden sind. Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen die Einhaltung anderer Telekommunikationsstandards vor, wie etwa EIA-4648 und JJ-20.12.
Es ist somit offensichtlich, dass die Bandbreite an Zuständen und Variationen, die toleriert werden müssen, einem DTMF-Empfänger Bürden auferlegt, insbesondere in Anbetracht des Wunsches, Talk-Off, Jitter und andere Sprach- und Signalstörzustände zu minimieren.
Bezug nehmend nun auf 3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Tonrelais gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das beschriebene beispielhafte Sprachcodierersystem umfasst einen Port oder Anschluss oder eine andere Einrichtung 130 zum Empfangen analoger oder digitaler Signale. Dieses Signal kann von einem Teilnehmer eines Telekommunikationssystems empfangene Informationen repräsentieren und durch den Kanal übertragene Töne sowie Informationen umfassen, wie etwa Sprache, Rauschen und andere Signale. Der Port 130 ist zur Kopplung an ein Kommunikationsmedium ausgelegt, wie etwa eine Telefonleitung, ein Kabel, eine Glasfaser oder eine andere Übertragungsleitung.
Das beschriebene beispielhafte Tonrelais umfasst ferner einen mit dem Port 130 gekoppelten Tondetektor 120. Der Tondetektor kann einen A/D-Umsetzer 140 umfassen, um empfangene analoge Signale in ein digitales Format umzusetzen. Es sei darauf hingewiesen, dass das empfangene Signal komprimiert oder kompandiert sein kann und somit vom A/D-Umsetzer 140 im Tondetektor erzeugte digitale Daten kompandiert sein können, d. h. logarithmisch komprimierte digitale Daten umfassen können. Wie im Stand der Technik wohlbekannt ist, betrifft das Kompandieren das logarithmische Komprimieren eines Signals an der Quelle und das Dekomprimieren des Signals am Ziel, um einen durchgehend hohen dynamischen Bereich zu erhalten, wobei gleichzeitig die dynamischen Bereichsanforderungen im Kommunikationskanal reduziert werden. In diesem Fall dekomprimiert der Tondetektor die Daten logarithmisch in ein lineares Format, bevorzugt ein lineares 16Bit-Format.
Der Tondetektor kann ferner ein Hochpassfilter 150 umfassen, um Netzleitungsfrequenzkomponenten von 60 Hz und harmonische Oberschwingungen solcher Netzleitungskomponenten abzuschwächen. Bei einem Mehrtonsystem kann das Eingangssignal aufgeteilt und entlang paralleler Verarbeitungspfade 160a und 160b gesendet werden. Bei dem beschriebenen beispielhaften Doppeltonsystem erkennt ein Verarbeitungspfad erkannt das Vorhandensein eines Hochfrequenztons 160a und der andere Pfad das Vorhandensein eines Niederfrequenztons 160b.
Bei dem beschriebenen beispielhaften Tondetektor leiten die Verarbeitungspfade das Eingangssignal durch Bandpassfilter 170 und 180, wobei jedes Bandpassfilter einem der Komponententöne zugeordnet und bevorzugt darauf zentriert ist. Die gefilterten Signale 170a und 180a werden dann durch die Leistungsdetektoren 190 bzw. 200 und einen Vergleicher 210 geleitet, um zu bestimmen, ob die Signale eine ausreichende Stärke haben. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform kann die Tonvalidierungslogik 220 dann bestimmen, ob andere Parameter erfüllt werden. Die Validierungslogik kann beispielsweise die für die oberen und unteren Bänder identifizierte Frequenz mit vorgegebenen Frequenzpaaren vergleichen, die im Kontrollstandard identifiziert sind, wie z. B. in den ITU-T-Empfehlungen zum Identifizieren einer Ziffer.
Das beschriebene beispielhafte Tonrelais kann DTMF-Töne vorab erkennen, um eine Tonleckage in den Sprachpfad zu vermeiden. Im Betrieb trifft die Validierungslogik 220 ungefähr alle fünf bis zehn Millisekunden eine Entscheidung (d. h. ob ein Ton vorhanden ist). Wenn ein Ton vorab erkannt wird, übermittelt die Validierungslo gik eine Voraberkennungsmarke 220a an die Toninvalidierungslogik 230. In Reaktion auf die Voraberkennungsmarke verarbeitet die Toninvalidierungslogik 230 das eingehende Signal 130(a), um sicherzustellen, dass am anderen Ende des Netzwerks keine gültige DTMF-Ziffer erkannt wird, bevorzugt ohne erheblichen Qualitätsverlust der Sprache oder anderer Signale, die auf dem Kanal vorhanden sein können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die Toninvalidierungslogik 230 ein Bandsperrfilter umfassen, das den Hochfrequenzton ungültig macht. Im Betrieb können die Auswirkungen auf die Qualität von auf dem Kanal vorhandenen Sprachsignalen minimiert werden, wenn das Bandsperrfilter nur den spezifischen Hochfrequenzton beseitigt, der im DTMF-Signal vorab erkannt wurde. Dazu sind jedoch vier unterschiedliche Filter nötig, wodurch die Konstruktion des Systems erheblich komplexer wird. Daher kann die Toninvalidierungslogik bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ein Bandsperrfilter umfassen, das die gesamte Hochfrequenztongruppe filtert oder beseitigt.
Die Beseitigung der Hochfrequenztongruppe könnte sich in Sprache bemerkbar machen, wenn dies über eine längere Zeitspanne durchgeführt wird. Die Toninvalidierungslogik ist jedoch in Übereinstimmung mit den Schutzzeitüberprüfungskriterien des verwendeten Protokolls typischerweise für eine relativ kurze Zeitspanne aktiv. Bei einer DTMF-Ziffer beispielsweise kann die Tonvalidierungslogik alle Töne mit einer Dauer von weniger als ungefähr 23 ms zurückweisen und alle Töne mit einer Dauer von mehr als 40 ms annehmen. Daher beschädigt oder verarbeitet die beschriebene beispielhafte Ausführungsform im Betrieb das eingehende Signal, um den Ton für eine begrenzte Zeitspanne, typischerweise in einer Größenordnung von 5 bis 30 ms, während einer Fehlerkennung ungültig zu machen.
Des Weiteren ist das Auftreten einer falschen Ton-Voraberkennung in normaler Sprache relativ selten. Darüber hinaus werden falsch vorab erkannte Töne während des nächsten Entscheidungszeitpunkts, typischerweise in einer Größenordnung von fünf bis zehn Millisekunden später, häufig durch die Validierungslogik ungültig gemacht. Das Filtern der Hochfrequenzgruppe über derart kurze Zeitspannen ist typischerweise in normalen Gesprächen nicht bemerkbar und führt daher zu einer minimalen Verschlechterung der tatsächlichen Sprachqualität des Kommunikationskanals.
Demgemäß kann die beschriebene beispielhafte Ausführungsform ein symmetrisches (linearphasiges) FIR-Filter fünfter Ordnung nutzen, um die Hochfrequenztongruppe ungültig zu machen. Der Frequenzgang des beschriebenen beispielhaften Bandsperrfilters ist in 4 grafisch dargestellt. Im Betrieb kann die konstante Gruppenverzögerung durch das Filter bewirken, dass der gefilterte Ausgang bezogen auf den Eingang verzögert wird. Daher kann die beschriebene beispielhafte Toninvalidierungslogik den gefilterten Ausgang verschieben, um Phasendiskontinuitäten im verarbeiteten Signal zu minimieren.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass eine Vielzahl an Verfahren zur Ungültigmachung (Invalidierung) von DTMF-Signalen zur Minimierung der Tonleckage in den Sprachpfad verwendet werden kann. Der Twist eines DTMF-Signals beispielsweise, der als das Amplitudenverhältnis eines Paares DTMF-Töne definiert wird, muss innerhalb eines spezifizierten Bereichs liegen. Daher kann die Toninvalidierungslogik die Amplitude des niedrigen oder hohen Tons erheblich verändern (verstärken oder abschwächen), so dass der Twist des Tonpaares die in dem entsprechenden Protokoll spezifizierten Twist-Anforderungen nicht erfüllt und am anderen Ende kein gültiger Ton erkannt wird.
Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird das verarbeitete Signal mit einem Sprachcodierer 240 gekoppelt, welcher beispielsweise einen normalen 16Bit-PCM-Codierer oder einen beliebigen Sprachcodierer umfassen kann, der einen oder mehrere der von ITU veröffentlichten Standards unterstützt. Die codierten digitalen Sprachabtastungen werden durch eine Paketierungsmaschine 250 zu einem Sprachpaket (oder -paketen) formatiert. Die Paketierungsmaschine 250 formatiert die Sprachpakete gemäß einem Anwendungsprotokoll und gibt formatierte Pakete an einen Host (nicht gezeigt) aus. Die Paketierungsmaschine 250 kann das gesamte Sprachpaket oder nur den Sprachabschnitt des Sprachpakets generieren. Spezifischer kann ein voll paketiertes System mit allen Protokoll-Headern implementiert werden oder es wird alternativ nur der Sprachabschnitt des Pakets an den Host geliefert.
Als Beispiel ist es bei VOIP sinnvoll, das in einem Echtzeittransportprotokoll (RTP/Real-Time Transport Protocol) gekapselte Paket mit der Paketierungsmaschine zu erzeugen, den restlichen Übertragungssteuerprotokoll/Internetprotokoll-(TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol))Stapel jedoch im Host zu belassen. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform befinden sich die Sprachpaketierungsfunktionen in der Paketierungsmaschine. Das Sprachpaket sollte gemäß dem spezifischen Standard formatiert werden, obgleich nicht alle Header (Anfangsinformationen) oder alle Komponenten des Headers konstruiert werden müssen.
Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform analysiert die Tonvalidierungslogik 210 die Ereigniszeitabfolge und vergleicht die Ton-An- und Ton-Aus-Zeitspannen bei einem gegebenen Ton mit den vordefinierten Standards, um zu bestimmen, ob eine gültige DTMF-Ziffer vorhanden ist. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform übermittelt die Tonvalidierungslogik 220 ein Tonerkennungsereignis 220(b) an den Sprachcodierer 240, wenn eine DTMF-Ziffer für gültig erklärt (validiert) worden ist. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform beendet der Sprachcodierer 240 den Betrieb und DTMF-Erkennungsereignisse werden bevorzugt dem Host gemeldet.
Dies ermöglicht es dem Host beispielsweise, eine DTMF-Tastenfolge in eine Zieladresse umzuwandeln und eine Rufweiterleitung über DTMF zu unterstützen. Die beschriebene beispielhafte Ausführungsform stellt daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum erheblichen Verringern der Tonleckage in den Sprachpfad bereit, bei denen keine Signalwarteschlangenbildung oder -verzögerung erforderlich ist, wodurch andernfalls Jitter oder andere unerwünschte Artefakte in das System eingebracht werden könnten.
Die 5a und 5b stellen die Ablaufsteuerung eines beispielhaften Paket-Tonrelais bei einer Ausführungsform mit DTMF-Detektor grafisch dar. 5a stellt den Original-Audiopfad dar, bei dem ein eingehendes Signal zunächst empfangen, durch einen Tondetektor parallel verarbeitet und durch einen Sprachcodierer codiert wird. Bei diesem Beispiel übermittelt die Tonvalidierungslogik eine Ton-Voraberkennungsmarke an die Toninvalidierungslogik, nachdem ein gültiger Ton ungefähr 10 ms lang erkannt worden ist. Die Toninvalidierungslogik beginnt, die Hochfrequenzgruppe zu filtern, um den Ton im eingehenden Signal in Reaktion auf die Voraberkennungsmarke ungültig zu machen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Sprachcodierer fort, die gefilterte Sprache zu codieren und gefilterte Sprachpakete werden ohne erhebliche Verzögerung oder beträchtlichen Jitter über das Netzwerk übertragen.
Bei diesem Beispiel fährt das Tonrelais fort, weitere 25 ms lang ein gültiges DTMF-Signal zu erkennen, wonach die Tonvalidierungslogik ein Tonerkennungsereignis an den Sprachcodierer übermittelt. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungs form beendet der Sprachcodierer den Betrieb und DTMF-Ereignisse werden bevorzugt dem Host gemeldet. Der Host überträgt Ton-An-Pakete über eine vordefinierte Zeitspanne über das Netzwerk. Der Sprachcodierer kann dann wieder aktiviert und Ton-Aus-Pakete für eine vordefinierte Zeitspanne über das Netzwerk übertragen werden.
Der regenerierte Audiopfad am anderen Ende des Netzwerks ist in 5b dargestellt. Ungefilterte Sprachpakete werden am anderen Ende des Netzwerks solange ständig empfangen und verarbeitet bis die Voraberkennungsmarke generiert wird, und zwar 10 ms lang innerhalb dessen, was ein gültiger Ton an diesem Ende des Netzwerks sein könnte. Zu diesem Zeitpunkt werden im Wesentlichen verzögerungsfreie gefilterte Sprachpakete, bei denen die obere Frequenztongruppe beseitigt worden ist, am anderen Ende des Netzwerks empfangen und verarbeitet. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden in den gefilterten Sprachpaketen keine gültigen DTMF Ziffern erkannt.
Nach ungefähr 35 ms werden Ton-An-Pakete am anderen Ende des Netzwerks infolge des an diesem Ende des Netzwerks generierten Erkennungsereignisses empfangen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wandelt ein DTMF-Tongenerator die DTMF-Signale in einen DTMF-Ton um, der für ein normales digitales oder analoges Telefon geeignet ist. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform übersteigt die Ausdehnung des DTMF-Tons die Mindestdauer, die erforderlich ist, um eine Tonerkennung sicherzustellen, und die bei einem DTMF-Ton eine Größenordnung von ungefähr 40 ms hat. Auf den DTMF Ton folgt ein DTMF-Ton-Aus-Puls, was erforderlich ist, um eine gültige Tonerkennung zu gewährleisten.
Obgleich eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, sollte diese nicht so ausgelegt werden, dass sie den Schutzumfang der anhängigen Ansprüche einschränkt. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass an der beschriebenen Ausführungsform verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Die beschriebene beispielhafte Ausführungsform stellt beispielsweise ein Doppeltonrelais dar, das DTMF-Töne von einem eingehenden Kommunikationskanal erkennt und beseitigt, wobei jeder Ton einer von mehreren vordefinierten Tönen aus zwei jeweiligen Frequenzgruppen ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch einen Mehrtonmehrfrequenz-(MTMF-/Multi Tone Multi Frequency)Detektor zum Erkennen einer größeren Anzahl an Tönen in einem empfangenen Signal, d. h. zwei oder mehr Töne, umfassen. Die zwei oder mehr Töne können, je nach Wunsch, aus zwei oder mehr unterschiedlichen Frequenz gruppen oder aus einer einzelnen Frequenzgruppe stammen. Daher können das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Erkennen einer beliebigen Anzahl an Tönen in einem empfangenen Signal verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise in Übereinstimmung mit Mehrfrequenz-(MF-)Tonplänen genutzt werden, wie z. B. MF-R1, MF-R2-Forward und MF-R2-Backward, die durch die Bellcore GR-506-CORE-Spezifikation und verschiedene ITU-Spezifikationen definiert sind. Mehrfrequenztöne werden typischerweise in Zwischenvermittlungssystemübertragungseinrichtungen verwendet. Ein MF-Tonrelais kann bei der Übertragung einer angerufenen Nummer von einem SPCS an ein anderes Vermittlungssystem, der Übertragung der anrufenden Nummer (ANI-Information) von einem SPCS an ein Operator-System oder ein anderes Netzwerkgerät, das Informationen bezüglich der anrufenden Nummer benötigt, oder zur Steuerung von öffentlichen Münzfernsprechern von Operator-Systemen aus verwendet werden. MF-Töne sind typischerweise jedoch nicht in Hoch- und Niederfrequenzgruppen eingeteilt. Daher kann die Toninvalidierungslogik die vorab erkannten Töne vor der Übertragung an das andere Ende des Netzwerks filtern oder erheblich abschwächen.
Darüber hinaus gibt die Erfindung Fachleuten auf den verschiedenen Gebieten hierin Lösungsvorschläge bezüglich anderer Aufgaben und Anpassungsvorschläge für andere Anwendungen. Die vorliegenden Ausführungsformen sollen daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden, wobei vielmehr auf die anhängigen Ansprüche als auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird, um den Schutzumfang der Erfindung anzugeben.

Claims

Verfahren zum Empfangen und Weiterleiten von Signalisierungstönen in einem Kommunikationssignal über ein Netzwerk, das die Schritte umfasst: – Voraberkennung (20) der Signalisierungstöne, – Verarbeitung des Kommunikationssignals zur Invalidierung der Signalisierungstöne in Reaktion auf die Ton-Voraberkennung (50), – Übermittlung des verarbeiteten Kommunikationssignals über das Netzwerk (60), – Validierung der Signalisierungstöne (40), und – Übermittlung von Ton-An-Signalen über das Netzwerk in Reaktion auf die Validierung (80), wobei der Schritt der Verarbeitung des Kommunikationssignals zur Invalidierung der Signalisierungstöne durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass in dem verarbeiteten Kommunikationssignal keine Signalisierungstöne erkannt werden, wenn es am anderen Ende des Netzwerks empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Signalisierungstöne Doppeltonsignale umfassen, die eine Niederfrequenztongruppe und eine Hochfrequenztongruppe aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt der Verarbeitung des Kommunikationssignals zur Invalidierung der Signalisierungstöne das Filtern der Hochfrequenztongruppe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Verarbeitung des Kommunikationssignals zur Invalidierung der Signalisierungstöne eine Frequenzverschiebung des Tons umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Verarbeitung des Kommunikationssignals zur Invalidierung der Signalisierungstöne das Hinzufügen eines zusätzlichen Tons zu dem eingehenden Signal mit einer diskreten Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Voraberkennung der Signalisierungstöne das Bestimmen einer Charakteristik des Signalisierungstons und das Vergleichen der Charakteristik mit einem oder mehreren vordefinierten Schwellenwerten umfasst, wobei der Signalisierungston in Übereinstimmung mit dem Vergleich vorab erkannt wird.
Datenübertragungssystem, das umfasst: – ein Telefoniegerät (92), das ein Signal ausgibt, und – einen Signalprozessor, der eine mit einem Tondetektor (20) gekoppelte Validierungslogik (40) zur Voraberkennung von Tönen in dem Signal, eine Invalidierungslogik (50) zur Verarbeitung des Signals zur Invalidierung der Töne in Reaktion auf die Ton-Voraberkennung und einen Codierer (60) zum Codieren des verarbeiteten Signals in Übereinstimmung mit einem Anwendungsprotokoll umfasst, wobei die Invalidierungslogik (50) dafür konfiguriert ist, die Töne zu invalidieren, um zu sicherzustellen, dass in dem Signal keine Töne erkannt werden, wenn es an einem anderen Ende eines zugeordneten Netzwerks empfangen wird.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Töne Doppeltonsignale umfassen, die eine Niederfrequenztongruppe und eine Hochfrequenztongruppe aufweisen.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Invalidierungslogik (50) ein Bandsperrfilter zum Filtern der Hochfrequenztongruppe umfasst.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Validierungslogik (40) eine oder mehrere Charakteristika des vorab erkannten Tons analysiert, um die Tongültigkeit zu verifizieren, und wobei ein Host in Übereinstimmung mit der Tonvalidierung ein Ton-An-Signal über das Netzwerk übermittelt.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, bei dem der Codierer (60) einen Sprachcodierer umfasst.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Invalidierungslogik (50) einen Signalgenerator zum Hinzufügen eines zusätzlichen Tons zu dem eingehenden Signal mit einer diskreten Frequenz umfasst.