Адаптивный дельта-кодер Советский патент 1988 года по МПК H03M3/02 

(21)4218399/24-24

(22)04.01.87

(46) 23.09.88. Бкш. № 35

(72) Б,Ш. Златкин, В.А. Петросян

и С.О. Скворцов

(53)621.376.56(088.8)

(56)ТИИЭР, 1967, № 3, с. 59-71. Авторское свидетельство СССР

№ 1193820, кл. Н 03 М 3/02, 1984.

Дельта-модуляция Теория и приме™ иение. - М.: Связь, 1976, с. 188, рис. 7.8.

(54)АДАПТИВНЫЙ ДЕЛЬТА-КОДЕР

(57)Изобретение относится к автоматике и технике связи. Его использование в системах передачи информации позволит повысить точность дельтакодера, содержащего вычитатель 2, компйратор 4, формирователь 5 импульсной последовательности, амплитудно- импульсный модулятор 6, интегратор 7 к формирователь 10 сигнала управления. Благодаря введению фильтров нижних 1 и верхних 11 частот, вычитателя 3, интеграторов 8 и9, выпрямителя 12, cy мaтopa (3, перемножителя 14, источника 15 постоянного напряжения и функционального преобразователя 16 обеспечивается непрерывное слежение за. спектром аппроксимирующего сигнала, вследствие чего отфильтровываются высокочастотные составляюпще спектра сигнала, уровень которых ле-.g жит ниже уровня шума квантования.3 ил, ,

Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быТь использовано в системах передачи информации с дельта-модуляцией (ДМ).

Цель изобретения - повышение точности дельта-кодера,

На фиг, 1 приведена функциональная схема адаптивного дельта-кодера; f)a фиг,, 2 - спектры сигнала и шума. йваитования; на фиг. 3 - диаграммы работы дельта-кодера. ; Адаптивный дельта-кодер содержит фильтр 1 нижних частот (ФНЧ) первый 3 и второй 3 вычитатели, компаратор 4а формирователь 5 импульсной после- Довательности (в простейшем случае Триггер) э амплитудно-импульсный моду- л(ятор 6 (АИМ) 5 первый-третий интегра- TJopbi 7-9, формирователь , 10 сигнала 3 |правления5 фильтр 11 верхних частот СФВЧ)5 выпрямитель 12 (двухполупери- адный) сумматор 13, перемножитель 14, источник 15 постоянного напряжения И функциональный преобразователь 16, Информационный 17 и тактовый 18 входы nj выход 1 9 о

; Формирователь 10 сигнала управления служит для управления шагом кван- тЬвания в зависимости от входного сиг liana и может быть реализован так же, к)ак в известном устройстве, : Адаптивный дельта-кодер работает сщ едующим образом.

Ограниченный по спектру в ФНЧ 1 речевой сигнал UCt), поступающий со входа 175 сравнивается в вычитателе 2 с аппроксимирующим сигналом UCt), формируемым на .выходе интегратора 7 В соответствии с выходной импульсной последовательностью. Разностный сигнал U(t) - U(t) подается на компаратор 4j принимающий решение о знаке этого сигнала В моменты времени, определяемые тактовой частотой на входе 18, на выходе формирователя 5 образуется поток единиц и нулей в соответствии со знаком сигнала разности

Эта последова7 ельно.сть подается на местньЕЙ декодер и с выхода 19 - в такт связи. В схеме дельта-кодера предусмотрено5 что положительной Полярности сигнала разности соответствуют символы 1 в информационной последовательности на выходе 19 и увеличение аппроксимирующего сигнала на выходе местного декодера (выход интегратора 7), а отрицательной полярности - символы О и уменьшение

аппроксимирующего сигнала. Абсолютная величина приращения,формир.уемого в интеграторе 7, зависит от величины напряжения на управляющем входе АИМ 6, В функции АИМ 6 входит также пре- образова ше однополярного сигнала на входе, соответствующего уровням О и 1, в двухполярный сигнал на выходе .

Оптимальная величина приращения Ер„ аппроксимирующего сигнала (шаг квантования), формируемая на выходе перемножителя 14, является функцией двух величин: текущей мощности производной сигнала D и верхней частоты спектра входного сигнала, равной частоте среза ФНЧ1 f., причем они связаны следующим образом:

Ф(,); (f ) Л. In

f-r

(1)

5

0

5

0

5

0

5

где f - тактовая частота (константа) .

Напряжение, численно равное , на одном из входов перемножителя 14 формируется путем анализа выходной импульсной последовательности в формирователе 10, На второй вход перемножителя 14 поступает напряжение, , обусловленное текущим значением частоты среза fg ФНЧ 1, Оно получается в результате преобразования величины .f(., равной управляющему напряжению ФНЧ 1, формируемому на выходе интегратора 9 в преобразователе 16, который реализует преобразование согласно (1),

Ограничение спектра сигнала в ФНЧ 1 осуществляется с тем, чтобы верхние слабые составляющие спектра сигнала, которые при декодировании сигнала окажутся ниже уровня шума квантования, не поступали на вход дельта-кодера. Аналогичное ограничение, но аппроксимирующего сигнала производится в декодере, который эквива :ентен местному декодеру, что приводит к вырезанию той части спектра, которая находится вьиие уровня шума квантования.

Поскольку как форма спектра сигнала, так и уровень шума квантования меняются во времени, то и частота среза ФНЧ 1 меняется в соответствии с этими факторами на основе анализа аппроксимирующего сигнала и ве31А25839

личины шага квантования в местном декодере.

Для уяснения принципа формирова.ния напряжения управления частотой среза рассмотрим аппроксимирующий сигнал в частотной области. На фиг, 2 схематически показан его спектр, содержащий составляющие полезного сигнала (С) и шума квантования (Ш), По оси абсцисс отложена частота f, а по оси ординат - спектральная плотность (5 . Путем фильтрации в ФНЧ 11, частота среза которого совпадает с частотой среза ФИЧ 1, получают внеполосную часть спектра, состоящую преимущественно из шума квантования (фиг.26). Двухполупериодный вьтрямитель 13 совки слежение осуществляется за частотой fJ, незначительно сдвинутой относительно f на f.

с Рассмотрим подробнее процесс адаптации. Возможны два начальных состояния.

Пусть в исходном состоянии частота среза fс f( (фиг,За). При этом

10 напряжение uU на выходе вычитателя 3 (ли и. /и + и) 0. Интегрирование положительного напряжения Л U в интеграторе 9 приводит к непрерывному увеличению напряжения на его вы15 ходе, которое смещает частоту среза ФНЧ 1 и ФВЧ 11 в область верхних частот. Напряжение на выходе преобразователя 16 уменьшается в соответст- местно со вторым интегратором 8 вычис- вии с функцией (f) (О, тем самым ляют текущий уровень U, внеполосной 20 поддерживая величину шага квантован- части аппроксимирующего сигнала. тования оптимальной. Процесс проУровень шума квантования при отсутствии перегрузки прямо пропорционалет напряжению U на выходе перемнодолжается до тех пор, пока уменьшающееся при этом напряжение U( не станет равным и -ь UQ, а fj. f, . Пожителя 14, равному шагу квантования. 25 скольку ди станет равным нулю, то вы-.

Величина U, сравнивается с напряже- ходное напряжение интегратора 9 фикнием и2) смещенным с помощью сумма-

тора 13 и источника 15 на небольшую

величину UQ. Напряжение разности ди

сируется и перестройка далее не осуществляется.

Пусть в исходном состоянии

на выходе вычитателя 3 интегрирует- 0 с (Фиг.4б). В этом случае U Ц

и

35

ди и, - (и + Ug) -и. Напряжение на выходе интегратора 9 уменьшается, смещая частоту среза фильтра 1 и 11 в область нижних частот. Напряжение на выходе преобразователя 16 увеличивается, поддерживая оптимальным. Регулировка осуществляется до частоты fc f, , при этом U + UQ и, и ди О, следовательно, пере-

ся в интеграторе 9 и поступает на управляющие входы ФНЧ 1 и ФВЧ 11, а также на вход преобразователя 16.

Регулировка ФНЧ 1 и ФВЧ. 11 осуществляется так, чтобы частота среза следила за точкой пересечения огибающих спектров сигнала и шума (этой точке соответствует частота f, на фиг.2а). Для этого сравниваются уровни внеполосного аппроксимирующего . стройка прекращается, сигнала U, и шума квантования U, ко-

торые при наличии слежения (в уста- Таким образом, напряжение, управ- новившемся режиме) должны быть одина- ляющее частотой среза УФНЧ 1 и УФВЧ ковы, поскольку шум квантования рас- .11 Формируется на основе анализа пределен по оси частот сравнительно .с аппроксимирующего сигнала и величины равномерно. Увеличение U, относитель- шага квантования 5 , а зависит от но и свидетельствует о том, что вне- частоты среза и мощности производ- полосная часть аппроксимирующего сиг- ой D. При этом любые отклонения нала содержит не только шум квантова- частоты fj от ff вследствие пере- ния, но и сам сигнал. При этом час- распределения спектра сигнала и уров- тота среза управляемых фильтров 1 и ня шума приводят к соответствующей 11 увеличивается (фиг.За). Небольшое перестройке частоты среза и шага смещение U,, соответствующее умень- квантования так, чтобы обеспечивалось шению частоты среза на f , введено равенство fj, f, и оптимальность . для. обеспечения условия , в Это позволяет ограничивать слабые вы- тех случаях, когда частота среза на- сокочастотные составляющие спектра ходится Bbmie частоты f, (фиг,36). В сигнала, которые оказываются ниже этом случае частота среза фильтров уровня шума квантования, в результате уменьшается. Таким образом, фактичес- чего отношение сигнал-шум квантоки слежение осуществляется за частотой fJ, незначительно сдвинутой относительно f на f.

Рассмотрим подробнее процесс адаптации. Возможны два начальных состояния.

Пусть в исходном состоянии частота среза fс f( (фиг,За). При этом

напряжение uU на выходе вычитателя 3 (ли и. /и + и) 0. Интегрирование положительного напряжения Л U в интеграторе 9 приводит к непрерывному увеличению напряжения на его выходе, которое смещает частоту среза ФНЧ 1 и ФВЧ 11 в область верхних частот. Напряжение на выходе преобразо с (Фиг.4б). В этом случае U Ц

и

ди и, - (и + Ug) -и. Напряжение на выходе интегратора 9 уменьшается, смещая частоту среза фильтра 1 и 11 в область нижних частот. Напряжение на выходе преобразователя 16 увеличивается, поддерживая оптимальным. Регулировка осуществляется до частоты fc f, , при этом U + UQ и, и ди О, следовательно, пере-

стройка прекращается,

вания дельта-преобразования увеличивается.

Формула изобретения

тот и фильтр низших частот, информационный вход которого является икфор мзционным входом дельта-кодера, вы- :од формирователя сигнала управления соединен с первым входом перемножите

10

ля, выход которого подключен к управ ляющему входу амплитудно-импульсного модулятора и первому входу сумматора, выход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом cj сумматора, выход которого подключен к. вычитающему входу второго вычита- таля, выход которого через третий ин

Адаптивный дельта-кодер, содержащий первый вычитатель, выход которого соединен с входом компаратора, выход которого подключен к информационному входу формирователя импульсной /последовательности, тактовый вход которого является тактовым входом дельта-кодера, выход формирователя импульсной последовательности под- ig тегратор соединен с управляющими БХО ключен к информационным входу ампли- дани фильтра верхних частот и фильт- тудно-импульсного модулятора, входу ра нижних частот и входом функцио- формИрователя сигнала управления и нального преобразователя, выход кото является выходом дельта-кодера, вы- рого подключен к второму входу переход амплитудно-импульсного модулятора зо множителя, выход фильтра нижних час- через первый интегратор соединен с тот соединен с суммирующим входом вычитающим входом первого вьмитателя,. отличающийся тем, что,, с

первого вычитателя, информационный вход фильтра верхних частот подключен к выходу первого интегратора, 25 выход фильтра верхних частот через соединенные последовательно выпрямитель и второй интегратор соединен с суммирующим входом второго вычитацелью повьшения точности дельта-коде- ра, в него введены второй и третий интеграторы, второй вычитатель, сумматор, источник постоянного напряжения, перемножитель, функциональный преобразователь, фильтр верхних час-а

тот и фильтр низших частот, информационный вход которого является икфор- мзционным входом дельта-кодера, вы- :од формирователя сигнала управления соединен с первым входом перемножитетегратор соединен с управляющими БХО ани фильтра верхних частот и фильт- а нижних частот и входом функцио- ального преобразователя, выход кото ого подключен к второму входу переножителя, выход фильтра нижних час- от соединен с суммирующим входом

ля, выход которого подключен к управляющему входу амплитудно-импульсного модулятора и первому входу сумматора, выход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом cj сумматора, выход которого подключен к. вычитающему входу второго вычита- таля, выход которого через третий ин

тегратор соединен с управляющими БХО дани фильтра верхних частот и фильт- ра нижних частот и входом функцио- нального преобразователя, выход кото рого подключен к второму входу перемножителя, выход фильтра нижних час- тот соединен с суммирующим входом

тегратор соединен с управляющими БХО дани фильтра верхних частот и фильт- ра нижних частот и входом функцио- нального преобразователя, выход кото рого подключен к второму входу перемножителя, выход фильтра нижних час- тот соединен с суммирующим входом

первого вычитателя, информационный вход фильтра верхних частот подключен к выходу первого интегратора, выход фильтра верхних частот через соединенные последовательно выпрямитель и второй интегратор соединен с суммирующим входом второго вычита 1

С ОО

J

Фие.2

d

Jc // Л

/// Л

-леS:%

фиг.д