Дельта-кодер Советский патент 1988 года по МПК H03M3/02 

Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи информации.

Цель изобретения - повышение точности кодирования путем расширения полосы частот кодируемого сигнала.

На фиг, 1 представлена функциональная схема дельта-кодера;на фиг. 2 изображены временные диаграммы его работы.

Дельта-кодер содержит компаратор 1, первый триггер 2, регистр 3 сдвига, первый - четвертый элементы И 4-7,элемент ИЛИ 8, второй триггер 9, первый - третий счетчики 10-12, блок 13 постоянной памяти, элемент 14 эквивалентности, блок 15 мультиплексоров, первый - третий дешифра- торы 16-18, реверсивный счетчик 19, первь1й и второй мультиплексоры 20 и 21,первый и второй буферные регистры 22 и 23, арифметико-логический блок (АЛБ) 24, цифроаналоговый пре- образователь (ЦАП) 25, информационный итактовый входы26 и27 и выход 28.

Второй и третий дешифраторы 17 и 18 служат для индикации достижения реверсивным счетчиком 19 соответст- венно N и N некоторых чисел, свидетельствующих о том,что дельта-кодер работает либо со слишком большим, либо со слишком малым шагом квантования, из-за чего вели- ка мощность шумов либо квантования, либо перегрузки.

На фиг. 2 обозначены: а - тактовая последовательность импульсов с частотой f (-;

б - выходной сигнал Y(t) дельта- кодера;

в - сигнал B(t) на выходе элемента 8 ИЛИ;

г - сигнал S(t) на выходе второго триггера 9;«

д,ж-сигналы С ,о (t), С i, Ct),... , . . . , С , I, (t) на первых п выходах первого дешифратора 16;

з,к - сигналы К ,0 (t) ,, (t) , ,..., К „(t) на инверсных выходах первых п разрядов первого буферного регистра 22;

л, н - сигналы (t) C,(t),... ,..., ,(t) на вторых п выходах первого дешифратора 16;

о,р - сигналы (t),..., K,},(t) К (t) прямых выходах вторых п разрядов первого буферного регистра 22;

с,т - сигналы M,(t), M(t) на выходах первого и второго мультиплексоров 20 и 21;

у - сигнал X(t) на выходе элемента 14 эквивапентности.

Дельта-кодер работает следующим образом.

Результаты сравнения компаратором 1 входного U(t) и аппроксимирующего U(t) напряжений в виде единичных или нулевых битов записываются в триггер 2 по информационному входу в моменты поступления на его стробирую щий вход тактовых импульсов чтстотой f J. с тактового входа 27. Дифр:1вая последовательность Y(t) с выхода триггера 2 является выходным сигна,- лом кодера и одновременно записывается в регистр 3 сдвига по приходу очередных тактовых импульсов f на его стробирующий вход. Прс двигаясь по регистру 3 сдвига, импульсная последовательность Y(t) анализируется элементами И 4 и 5 и элементом ИЛИ 8, на выходе которого генерируются короткие единичные импульсы B(t) всякий раз, когда в последовательности Y(t) появляются два (и более) одинаковых единичных или нулевых символа, следующих подряд. Длительность единичных импульсов B(t) определяется длительностью тактовых импульсов f J, . Производимые таким образом укорочение импульсов B(t) необходимо для нормальной работы первого счетчика 0.

Как известно информация о частоте входного сигнала может быть получена путем анализа выходной последовательности Y(t) на количестве изменений знака многоэлементных пачек в течение некоторого интервала времени Т. Таким образом, частотный диапазон входного сигнала U(t) с которым должен работать дельта-кодер, можно разбить на несколько частотных поддиапазонов и установить для каждого из них значения

NN

мин о мци 1

VМ

мин h- 1 МММ п

мо(ксс /иаис1 Moncfv.iN

1ЯКС f

Каждое из чисел N .

Мин о

соответствует своему частотному поддиапазону и (так же,как в прототипе) свидетельствует о том, что кодер работает со слишком большим шагом квантования , а следовательно

низким отношением сигнал - шум из-за большой мощности шумов квантования и что шаг квантования необходимо уменьшить4Каткдое из чисел ., ,...

N.

(каждое из которых

- АЛЯКС (1

установлено для своего частотного

поддиапазона) свидетельствует о том, что кодер работает в режиме перегрузки (велика мощность шумов перегрузки) и что шаг g квантования необходимо увеличить. Любое число импульсов сигнала B(t) за время Т между

любой из пар N

и N

будет

«АМН i MIKK-I; ; свидетельствовать о том, что для

данного случая кодер работает с оптимальным шагом f квантования и что изменять его пока не следует.

Функцию счета импульсов B(t) на интервале Т выполняет первый счетчик 10, на счетный вход которого поступает последовательность B(t).Периодический интервал времени, на котором проводится анализ выходной последовательности Y(t), определяется числом, хранящимся (в двоичном коде) в блоке 13 и постоянно присутствующим на первой группе выводов этого блока, а следовательно, и на второй группе входов элемента 14 эквивалентности. Это число должно быть равно количеству тактовых импульсов, укладывающихся в интервал Тц. Таким образом, как только второй счетчик 11, на счетный вход которого подаются тактовые импульсы, достигает до числа, хранящегося на первой группе выходов блока 13, так как на выходе элемента 14 эквивалентности появится единичный импульс X(t), который сбросив счетчики 10-12, обнулив первый буферный регистр 22 и поступив в качестве управляющего сигнала на элементы И 6 и 7, отметит конец предыдущего и начало следующего анализируемого интервала Тд выходного сигнала Y(t).

Результаты счета импульсов B(t) первым счетчиком 10 постоянно анализируются дешифратором 16, который на первом выходе первой группы выходов генерирует короткий импульс C,5(t) в тот элемент, когда первый счетчик 10 досчитает до N,0 на втором выходе С (t) в-тот момент,ког да первый счетчик 10 досчитает до

N

«ими

ит.д, до п-го выхода первой

группы.Таким же образом короткие импульсы С 1,0 (t),.. ., С ,,fc (t) образу ;

ются на выходах второй группы дешифратора 16,но при этом состояние первого счетчика 10 анализируется на NMO. . ««ксл Р зУ ьтаты анализа последовательности Y(t) и B(t) (сигна

С

(t) и С ,ft)...

i,n момент их появления

записываются через информационные входы в регистр 22 и хранятся там до окончания текущего интервала анализа Тд.

Анализ выходной последовательности Y(t) на количество изменений знака многоэлементных пачек производится с помощью регистра 3 сдвига, элементов И 4,5. второго триггера 9 и третьего счетчика 12. На выходе элемента И 4 появляются короткие единичные импулвсы, когда в последовательности Y(t) встречаются два и более единичных символа, следующих подряд, которые, попадая на первый вход триггера 9, устанавливают его в единицу. На второй вход триггера 9 поступают короткие единичные импульсы с выхода элемента И 5 в те моменты, когда в сигнале Y(t) появляются два и более нулевых символа, следующих подряд. Эти импульсы устанавливают триггер 9 в нулевое состояние.

Таким образом, состояние триггера 9 изменяется всяЛий раз, когда происходит смена знака пачек. Подсчет количества изменений состояния триггера 9 в течение интервала времени TC( осуществляется третьим счетчиком 12,к счетному входу которого подключен прямой выход триггера 9. По окончании интервала анализа на выходах третьего счетчика 12 формируется (в двоичном виде) номер частотного поддиапазона, который подается на управляющие входы мультиплексоров 20 и 21.

Сигналы R (t), К ,, (t),... , ,..., .(t), K(t) с инверсных выходов первых п разрядов регистра 22 поступают на информационные входы мультиплексора 20, а сигналы К 7 о (t) , ,..., KI n(t) с прямых выходов вторых п разрядов регистра 22 поступают на информационные входы мультиплексора 21. Таким образом, по истечении интервала времени Т на выходы мультиплексоров 20 и 21 проключится не- ;которая пара сигналов К , , (t) и li (t) номер i которой сптределяется числом, формирующимся на выходах третьего счетчика 12.

Комбинация сигналов с выходов мультиплексоров 20 и 21 в момент окончания текущего интервала Т, поступает через элементы И 6 и 7 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 19.

В случае, если в течение интервала TO число импульсов в последовательности B(t) на выходе элементов ИЛИ 8 для некоторого i-ro частотного поддиапазона бьто меньше N , то на выходах мультиплексоров 20 и 21 - сигналы M,(t) 1 иМ,(е)0. Соответственно на вычитающем входе реверсивного счетчика 19 в момент окончания интервала Т, появится единичный короткий импульс. Если число импул1 сов в пос ттедовательности B(t) будет между N „ „ и , ,,то в момент прихода очередного Iiмпyльca X(t) на обоих входах реверсивного счетчика 19 будут присутствовать нули и реверсивный счетчик 19 не изменит своего состояния. Если число импульсов в последовательности B(t) за время Т„ достигло значения N или превысило его, то в момент окончания анализируемого интервала Т на суммирующем входе реверсивного счетчика 19 появляется короткий единичный импульс.

Блок 15 мультиплексоров представляет собой несколько мультиплексоров с объединенными управляющими входами и разделенными информационными входами. К информационным входам бло кл 15 мультиплексоров подводится набор шагов квантования ct ,... , с которыми может работать устройство и которые хранятся в блоке 13 в виде двоичных чисел. Предполагается, что двоичное число, соответствующее сГ, больше, чем двоичное число, соответствующее

,.сГ,

cJ, , И Т.Д., т.е.

; 4

..v

При поступлении короткого единичного импульса на суммирующий вход реверсивного счетчика 19 двоичное число на его выходах увеличивается на одну единицу и на выходы блока 15 мультиплексоров проключается следующий (больший) шаг J квантования из блока 13 в виде двоичного числа. Если единичный импульс поступает на вычитающий вход реверсивного счет-

чика 19, то на выходы блока 15 мультиплексоров проключается предыдущий (меньший) шаг if квантования. Двоичное число, соответствующее текущему шагу квантования, с выходов блока 15 мультиплексоров поступает на первую группу входов АЛБ 24 и в зависимости от состояния его управ- .

ляющего входа либо суммируется, либо вычитается из двоичного числа присутствующего на второй группе входов АЛБ 24 и являющегося результатом аналогичной арифметической операции

(произведенной в предыдущем тактовом интервале), хранящимся в буферном регистре 23 в течение одного периода тактовой последовательности. На выходе буферного регистра 13 таким образом образуется двоичное число, величина которого определяет величину напряжения аппроксимации U(t) входного сигнала в цепи обратной связи кодера. Преобразование данного двоичного числа в уровень напряжения U (t) производит 1Ш1 25.

Как следует из описания работы дельта-кодера, его характерной особенностью является зависимость величин текущих N,

и N

от

мни 1 манс параметров входного сигнала, причем

основным фактором, влияющим на использование конкретной пары Н,и„; и NVMKC ;,является частота входного сигнала.

Таким образом, шаги квантования с которыми работает кодер, будут оптимальными для всей полосы частот спектра передаваемого речевого сигнала, поэтому реальная полоса передаваемых сигналов значительно расширяется .

Формула изобретения

Дельта-кодер, содержащий компаратор, первый вход которого является информационным входом дельта-кодера, выход компаратора соединен с информа- ционным входом первого триггера,выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига, управляющему входу арифметико-логического блока и является выходом дельта-кодера, прямые и инверсные выходы разрядов регистра сдвига подключены к соответствующим первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика,второй счетчик, выходы которого соединены с первыми входами элемента эквивалентности, выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И и входам обнуления первого буферного ре- гивтра и первого счетчика, выходы которого соединены с входами первого дешифратора, шходы которого подключены к информационным входам первого буферного регистра, выходы трет его и четвертого элементов И соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам второго и третьего дешифратр- ров и управляющим входам блока мультиплексоров, блок постоянной памяти, первые и вторые выходы которого соединены соответственно с вторыми входами элемента эквивалентности и информационными входами блока мультиплексоров, выходы которого подключены к первым информационным входам арифметико-логического блока, выходы которого соединены с информационными входами второго буферного регистра, выходы которого подключены к вторым информационным входам арифметико- логического блока и входам цифроана- логового преобразователя, выход ко- торого соединен с вторым входом компаратора, инверсные выходы второго и третьего дешифраторов соединены с вторыми входами соответственно третьего и четвертого элементов И, входы синхронизап и регистра сдвига и первого триггера, счетный вход второго счетчика, стробирующий вход второго буферного регистра и вторые входы первого и второго элементов И объединены и являются тактовым входам дельта-кодера, отличающийся тем,что,с целью повышения точности кодирования путем расширения полосы частот кодируемого сигнала, в дельта-кодер введены первый и второй мультиплексоры,третий счетчик и второй триггер,первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И,выход второго триггера соединен со счетным входом третьего счетчика, установочный -вход которого и вход обнуления второго счетчика объединены и подключены к выходу элемента эквивалентности, выходы третьего счетчика подключены к управляияцим входам первого и второго мультиплексоров, выходы которых соединены с третьими входами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые и вторые выходы первого буферного регистра соединены с соответствующими информационными входами соответственно первого и второго мультиплексоров.

Фиа.2

Изобретение относится к автоматике и технике связи. Его использование в системах передачи информации гв позволяет повысить точность кодирования путем расширения полосы частот кодируемого сигнала. Дельта-кодер содержит компаратор 1, триггер 2, регистр 3 сдвига, элементы И 4-7,элемент ИЛИ 8, счетчики 10, 11, блок 13 постоянной памяти, элемент эквивалентности, блок 15 мультиплексоров, дешифраторы 16-18, реверсивный счетчик 19, буферные регистры 22, 23, арифметико-логический блок 24 и цифроаналоговый преобразователь 25. Благодаря введению триггера 9,счетчика 12 и мультиплексоров 20, 21 обеспечивается оПтит альный выбор шага квантования в зависимости от частотного состава кодируемого сигнала. 2 ил. i (Л