Устройство для цифрового компандирования звуковых сигналов Советский патент 1983 года по МПК H04B1/64 

Изобретение относится к технике передачи высококачественных звуковы сигналов в цифровой форме, предназн ченной для передачи информации специального назначения со сжатием пол сы частот канала связи, отводимой для передачи. Известно устройство для цифрового компандирования звуковых сигналов, содержащее на передающей- стороне последовательно соединенные источник звукового сигнала, блок Коррекции, ограничитель и аналогоцифровой преобразователь АЦП , а тэкже последовательно соединенные компрессор и мультиплексор, вторые входы которых соединены с выходом регистра, установочный вход которог соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого соединен с тактовым входом - АЦП, а тр тий и четвертый выходы синхронизатора соединены соответственно с тактовыми входами компрессора и мул типлексора, причем вход компрессор с выходом цифрового блока памяти, вход которого соединен с выходом - АЦП и входом измерителя амплитуды цифрового сигнала, а тактовый вход цифрового блока памяти соединен с пятым выходом синхронизатора, а на приемной стороне - по следовательно соединенные демульти плексор, экспандер, цифро-аналоговы преобразователь и блок обратной коррекции, а также регистр, вход которого соединен с вторым выходом демультиплексора, а выход регистра с вторым входом экспандера l3. Однако известное устройство характеризуется недостаточной точностью передачи звуковых сигналов, поскольку ошибка квантования на передающей стороне минимизируется на основе наибольшего пика амплитуды, появившегося . в течение интервала запоминания. Это увеличивае среднее значение шума квантования. Недостатком также является задержка сигнала на выходе устройств на время запомЗянания, что не позво ляет проводить обработку звуковых сигналов в реальном масштабе време I, Целью изобретения является повышение точности передачи звуковых сигналов путем уменьшения шумов квантования. Поставленная цель достигается тем/ что в усуройсуво для цифрового компандирования звуковых сигналов, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные источни звукового сигнала, блок коррекции, ограничитель и - АЦП, а также после довательно соединенные компрессор и мультиплексор, вторые входы которых соединены с выходом регистра, установочный вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого соединен с тактовым входом АЦП - а третий и четвертый выходы синхронизатора соединены с тактовыми входами компрессора и мультиплексора, а на приемной стороне - последовательно соединенные демультиплексор, экспандер, АЦП и блок обратной коррекции, а также регистр, вход которого соединен с вторым выходом демультиплексора, а выход регистра соединен с вторым входом экспандера, введены на передающей стороне последовательно соединенные блок определения кода шкалы, блок сравнения кодов, первый элемент И и элемент ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу регистра, а также последовательно соединенные блок управления, блок определения максимального кода и второй элемент И, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения кодов, первый вход которого соединен с выходом регистра, вторым входом первого элемента И и первым входом введенного блока формирования маркерного сигнала, выход которого подключен к третьему входу мультиплексора, а третий выход блока сравнения кодов соединен с вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и третьим входом первого элемента И, а первый вход блока управления -подключен к выходу АЦП, первому входу компрессора и к первому входу блока определения кода шкалы, выход которого соединен с вторым входом блока определения максимального кода и вторым входом третьего элемента И, причем пятый, шестой и седьмой выходы синхронизатора соединены соответственно с тактовыми входами блока определения максимального кода, блока управления и блока формирования маркерного сигнала. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для цифрового компандирования звуковых сигналов. , Устройство содержит на передающей стороне источник 1 звуковых сигналов, блок 2 коррекций, ограничитель 3, АЦП 4, компрессор 5, мультиплексор б, блок 7 определения кода шкалы, блок 8 сравнения кодов, первый элемент И 9, элемент ИЛИ 10, регистр 11, второй элемент И 12, синхронизатор 13, блок 14 определения максимального кода 14, третий элемент И 15, блок 16 управления, блок 17

формирования маркерного сигнала, а на приемной стороне - демультиплесор 18, регистр 19, экспандер 20, АЦП 21, блок 22 обратной коррекции.

Работа устройства для цифрового компандирования звуковых сигналов осуществляется следующим образом.

Аналоговый сигнал с выхода источника 1 звукового сигнала через блок 2 коррекций, который осуществляет частотную коррекцию сигнала, согласно, рекомендациям МККТТ (подъем высокочастотных составляющих сигнала) , и ограничитель 3, согласующий амплитуду звукового сигнала с динамическим дисшазоном АЦП 4, поступае на информационный вход АЦП.4. На выходе АЦП 4 формируются 13-разрядные кодовые слова, суднозначно определяющие амплитуду аналогового сигнла в моменты Дискретизации, задаваемые на тактовый вход АЩ1 4с второго выхода синхронизатора 13. Кодовые слова с выхода АЦП 4 поступаю на вход блока 7 определения кода шкалы, который для каждого отсчета определяет поддиапазон динамического диапазона кодируемого звуковог сигнала, на котором находится данный отсчет, и вьщает код поддиапазона, т.е. код шкапы Xj.

Блок 7 определения кода шкалы (не показано ji состоит из регистра памяти, в котором записаны коды граничных точек поддиапазонов, схем сравнения и решающей дхемы. Коды отсчетов поступают riSi один вход схё мы сравнения, а на другой поступеаот коды граничных точек поддиапазонов с регистра памяти, в результате сравнения решающая схема вьщает код шкалы. Этот код поступает на блок 8 сравнения кодов, на второй вход которого подается код шкалы, записанный в один из предьадущих моментов времени в регистре 11. Блок 8 сравнения кодов представляет собой (не показано) схему сравнения, выполненную на сумматоре, с управляющей логикой, которая, в зависимости от результата сравнения, вырабатывает сигналы. На выходах блока 8 сравнения кодов формируются следующие сигналы: Хл У, либо Xц У, либо х; У, где У - код шкалы, записанный в регистр 11. В первом случае на первый вхоД третьего элемента И 15 выдается сигнал разрешения, который открывает его и код шкалы с выхода блока 7 определения кода шкалы через третий элемент И 15, элемент ИЛИ 10 поступает на информационный вход регистра 11, в котором по тактовому импульсу с синхронизатора 13 записывается. Одновременно с третьего выхода блока 8 сравнения кодов выдается сигнал запрета на второй вход блока 16 управления, где он запоминается. Таким образом, в случае, есЛи Х- У, сразу происходит изменение коДа шкалы, чем обеспечивается исключение клиппирования кодируемого звукового сигнала. Во втором случае, когда

X ; У/ сигнал разрешения с Первог го выхода блока 8 сравнения кодов, поступает на первый вход первого элемента И 9 и разрешает перезапись

0 кода с выхода регистра 11 на. его вход по цепи: второй вход первогр элемента И 9, первый вход элемента ИЛИ 10, информационный вход резпистра 11. Одновременно с третьего выхода блока 8 сравнения выдается.сиг5нал запрета на второй вход блока 16 управления, где он записьтается. В третьем случае, когда -. X У, код шкалы в регистре 11 переписывается аналогично, как и во втором

0 случае. Кроме этого, в блоке 16 управления вьщеляются отсчеты сигнала, в которые кодируемый звуковой сигнеш проходит через среднее значение динамического диапазона.

5

Блок 16 управления представляет . собой (не показано) схему выделения отсчетов, в которые сигнал проходит через среднее значение, это может быть, например, дифференцирующая

0 цепь, триггер памяти сигналов запрета, поступающих с третьего выхода блока 8 сравнения .кодов и логических элементов, формирующих сигнал запрета на первый элемент И 9 и второй

5 элемент И 12, а также сигнал обнуления на первый вход блока 14 определения максимального кода.В.случае, если с момента предыдущего сигнала, в котором сигнал проходит через

0 средний уровень, на второй вход блока 16 управления не поступает сигнал запрета с третьего выхода блока 7 сравнения кодов, блок 16 управления выдает разрешение на вход второго элемента И 12 и на третий вход

5 первого элемента И 9 Запрет. Тогда код шкалы с выхода блока 14 Определения максимального кода через второй элемент И 12 поступает на второй вход элемента ИЛИ 10,

0 ас его выхода - на информационный вход регистра 11, в который записывается по тактовс 1у сигналу с синхронизатора 13. Выход блока 14 определения максимального кода обну5ляется сигналом с первого выхода блока 16 ут1равления, поступающим на первый вход блока 14 определения максимального кода, вырабатываемым в момент перехода кодируемого зву0кового сигнала через средний уровень. На второй вход блока 14 определения Мсцссимального кода (не показано), представляющего собой схему сравнения,, цифровой коммутатор и регистр

5 кода, -выход которого подключен к

одному входу схемы сравнения, на другой вход которой поступает код с выхода блока 7 определения кода шкалы, по результатам сравнения ва а атывается сигнал управления цифровым коммутатором, который подключает к выходу регистра больший из сравниваемых кодов, который и записывается в регистр.

Такю.образом, определяете больший код шкалы между двумя последоъатепъшялк моментами прохождения звукового сигнала через среднее значение, причем этот код записывается В регистр 11, если на второй элемен И 12 поступает разрешение с блока 16 управления. Следовательно, в первом регистре 11 постоянно записан код шкалы, который поступает на второй вход компрессора 5, второй вход мультиплексора б и на вход блока 17 формирования маркерного сигна ла. В компрессоре 5 по коду шкалы формируется сигнал управления компр сии. Компрессор 5 осуществляет компрессию кодовых слов, поступающих на его первый вход с выхода АЦП 4.

Блок 17 формирования маркерного сигнала формирует маркерный сигнал только в моменты смены кода шкалы, он может быть выполнен на регистре памяти и на сумматоре с управляющей логикой. Маркернйй сигнал является и сигналом разрешения для ввода в цифровой поток кода шкалы, поэтому в мультиплексор 6 включен (не показано) дополнительно логический элемент И, на информационный вход которого поступает код шкалы с выхода регистра 11, а на вход разрешения маркерный сигнал, в остальном мультиплексор б выполнен аналогично мультиплексору в известном устрой стве.

Таким образом, мультиплексор 6, тактируемый по тактовому входу с

синхронизатора 13, формирует цифровой поток, состоящий из кода шкалы, компрессированных кодов отсчетов и маркерного сигнала. Цифровой поток через канал связи передается на приемную сторону, где поступает на вход демультиплексора 18. В демультиплексоре 18 по маркерному сигналу выделяется кодшкалы, который записывается в регистр 19. По коду шкалы, поступающему с выхода регистра 19 на второй вход экспандера 20, фомируют сигнал управления экспандированием, всоответствии с которым экспандируются коды отсчетов сигнала, -поступающие на первый вход экспандера 20 с первого выхода демультиплексора 18. Экспандированные коды с выхода экспандера 20 поступают на вход ДАЛ 21, которУЙ по ним формирует аналоговый сигнал. Аналоговый сигнал через блок 22 обратной коррекции, имеющий частотную характеристику, обратную характеристике блока 2 коррекции, поступает на выход устройства.

Предлагаемое устройство для цифрового компандирования звуковых сигналов позволяет повысить точност передаваемой звуков.ой информации за счет формирования сигнала управления компрессии, зависящего как от частотного состава кодируемого звукового сигнала, так и от вероятности попадания его поддиапазона, на которые разбит весь Динамический диапазон кодируемого сигнала. За счет повышения точности, достигаемой в предлагаемом устройстве, можно сократить цифровой поток в канале связи более,-чем на 1 бит на отсчет сигнала по сравнению с известным устройством. Устройство. также устраняет задержку сигнала, что позволяет использовать его для работы в реальном масмтабе временя.

Нзканали c9fffii

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО КОМПАНДИРОВАНИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные источник звукового сигнала, блок коррекций, ограничитель и аналого-цифровой преобразователь, а также последовательно соединенные компрессор и мультиплексор, вторые входы которых соединены с выходом регистра, установочный вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход -которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, а третий и четвертый выходы синхронизатора соединены с тактовыми входами компрессора и мультиплексора, а на приемной стороне - последовательно соединенные демультиплексор, экспандер, цифроаналоговый преобразователь и блок обратной коррекции, а также регистрj вход которого соединен с вторьал выходом демультиплексора, а выход регистра - с вторым входом экспандера , отличающееся .тем, что, с целью повышения точнос ти переда 1и звуковых сигналов путем уменьшения шумов квантования, в него введены на передающей стороие после;д6вательно соединенные блок определения кода шкалы, блок кодов, первый элемент И и элемент ИЛИ, выход которого подключён к ин фОЕЯлационному входу регистра,, а так:же последовательно соединена ® блок управления, блок определения максимального кода и второй элемедт И, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, третий вход ко- торого соединен с выходом третьего I элемента И, первый вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения кодов, первый вход которого : соедиг ен с выходом регистра, вторьич-. (Л I входом первого элемента И и входом введенного блока формирования марI керного сизгнала, выход которого 1, подключен к третьему входу мультиплексора, а третий выход блока сравнения кодов соединен с вторым входом блока управления, второй выход . которого соединен с вторым входом . второго элемента И и третьим входом первого элемента И, а первый вход м о блока управления подключен .к выходу аналого-цифрового преобразователя, к первому входу компрессора и CD к первому входу блока определения кода шкалы/ выход которого соединен с вторым входом блока определения СТ максимального кода и вторым входом третьего элемента И, причем.пятый, шестой и седьмой выходы синхронизатора соединены соответственно с тактовыми входами блока определения максимального кода, блока управления и блока формирования маркерного сигнсша.