Устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием Советский патент 1989 года по МПК H04B1/64 

сигнала конца перегрузки, блок 23 задержки, блок 24 стробирования, усилитель 25, блок 26 начальной ус- taнoвки, блок 27 памяти, интерполя- top 28, мультиплексор 29,.регистры 30 и 31, эл-т И 32. Цель достигается

за счет обеспечения правильного клип- пирования сигнала при возникновении на входе устр-ва недопустимо больших уровней сигнала. Даны ил, вьшол- нения блока 27 памяти и интерполятора 28, 4 ил.

Изобретение относится к технике передачи информации. Цель изобретения - увеличение точности декодирования цифровых сигналов при кодировании звуковых сигналов с инерционным компандированием. Устр-во содержит; на передакмдей стороне - источник 1 сигнала, усилитель 2, блок 3 дискретизации и хранения, блок 4 масштабного усиления, блок 5 коммутации, АЦП 6, формирователь 7 кода, блок 8 управления, блок 9 формирования (БФ) кода инерционной шкалы, блок 10 проверки разрядов на равнозначность, ВФ 11 сигнала перегрузки, аттенюатор 12, блок 13 анализа кода шкалы и БФ 14 сигнала конца перегрузки, а на приемной стороне - регистр 15 кода, ЦАП 16, экспандеры 17 и 20, блок 18 проверки разрядов на равнозначность, БФ 19 сигнала перегрузки, блок 21 анализа кода шкалы, БФ 22 Ш (Л с оо 14) фи.1

I1

I Изобретение относится к технике Передачи информации, может быть ис- |пользовано в цифровьк звуковых трак- |тах телерадиовещания, в системах дис- |кретной обработки звуковых сигналов |и является усовершенствованием уст- 1ройства по авт.св. № 1356233,, I Цель изобретения.- увеличение точ- |ности декодирования цифровых сигналов |при кодировании звуковых сигналов с |инерционным компандированием.

На фйго1 изображена структурная ;схема устройства; на фиг,2 - схема ;блока памяти и интерполятора; на фиг,3 - выходные импульсы, вьфаба- 1тываемые блоком управления; на фиг.4- ; характеристика квантования отсчетов , звукового сигнала.

Устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компан- дированием. (фиг,1) содержит на пере- дающей стороне источник 1 сигнала, первый усилитель 2 и блок 3 дискретизации и хранения, блок 4 масштабного усиления, блок 5 коммутации, аналого-цифровой преобразователь 6 и формирователь 7 кода, блок В управления, блок 9 формирования кода инерционной шкалы, первый блок 10 проверки разрядов на равнозначность, первый блок 11 формирования сигнала перегрузки (СП), аттенюатор 12, первый блок 13 анализа кода шкалы, первый блок 14 формирования сигнала конца перегрузки (СКП), на приемной стороне устройство содержит входной регистр 15 кода, цифроаналоговый преобразователь 16, первый экспандер 17, второй блок 18 проверки разрядов на равнозначность, второй блок 19 формирования СП, управляемый второй экспандер 20, втърой блок 21 анализа кода шкалы, второй блок 22 формирования СКП, блок 23 задержки, блок 24 стробирования, второй усилитель 25, блок 26 начальной установки, блок 27 памяти, интерполятор 28, мультиплексор 29, первый регистр 30, второй регистр 31 и элемент И 32.

Интерполятор (фиг.2) представляет собой вычислительное устройство, состоящее из сумматора 33, блока 34 памяти. На выходе интерполятора производится математ ическая операция деления на четыре, которая реализуется простым сдвигом разрядной сетки на два разряда вниз. Таким образом,

5 интерполятор вычисляет величину, в два раза меньшую (для того, чтобы не происходило переполнения разрядной сетки) среднего арифметического значения, между двумя отсчетами кода

0 сигнала. Блок памяти реализован как цепочка последовательно соединенных регистров , синхронизируемых .тактовой частотой.

Возможно применение интерполятора,

5 работающего по более сложному алгоритму, например квадратичной интерполяции, это позволит еще более увеличить точность декодирования.

Устройство работает следующим об0 разом.

Аналоговый звуковой сигнал с источника 1 сигнала поступает на. вход первого усилителя 2, в котором усиливается, и ограничивается по спектру

35 с целью предотвращения перекрытия боковых полос звукового сигнала (ЗС) . при дискретизации, после чего поступает на яервьш (аналоговый) вход блока 3 дискретизации и хранения,

40 Далее работа устройства для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием происходит следующим образом.

При подаче питающих напряжений на первых выходах блока 9 формирования кода ИШ устанавливается код, который, поступая на первые (управляющие) входы блока 4 масштабного усиления, обеспечивает работу устройства для кодирования зв уковых сигналов с инерционным компандированием на самой точной шкале квантования, а с третьего выхода блока 9 формирования кода ИШ на четвертый вход (вход начальной установки) управляемого аттенюатора 12 поступает отрицательный импульс, устанавливая коэффициент передачи его, соответствующий нулевому затуханию. Одновременно, на приемной стороне при подаче питающего напряжения с выхода блока 26 начальной установки отрицательный импульс поступает на четвертый вход (начальной установки) управляемого второго экспандера 20, при этом он включается в режим работы с минимальным коэффициентом передачи. Последующая работа передающей части устройства определяется импульсами внешней синхронизации,-поступающими на первый (вход внешней синхронизации) блока 8 управления. С приходом очередного положительного фронта этого импульсного сигнала (фиг.За) блок 8 управления формирует короткий отри- цательньш импульс (фиг.36), которьй с его первого выхода поступает на второй вход блока 3 дискретизации и хранения, как импульс начала выборки (ИНВ). С приходом ИНВ в блоке 3 дискретизации и хранения начинается формирование импульса выборки, в течение которого он отслеживает величину входного аналогового сигнала. Одновременно уровень логической 1 устанавливается на четвертом выходе блока 8 управления и поступает на второй вход (управления) блока 5 коммутации. По нему блок 5 коммутации подключает второй (сигнальньй) выход блока 3 дискретизации и хранения через управляемый аттенюатор 12 к первому (сигнальному) входу блока

4масштабного усиления и через блок

5коммутации к первому (аналоговому) входу АЦП 6. Кроме того, уровень логического О устанавливается на десятом выходе блока 8 управления ;(фиг.3в) и следовательно на третьем входе (входе начальной установки) АЦП 6, подготовливая его этим к рабо0113

те.- Через 1 мкс блок 8 управления начинает формировать положительные и отрицательные импульсы длительностью g 150 НС с периодом 2 мкс (фиг.Зг). Первый отрицательный импульс является импульсом конца выборки (ИКВ), который с шестого выхода блока 8 управления поступает на третий вход 10 блока 3 дискретизации и хранения поступает на второй вход первого блока 11 и формирования СП. По заданному фронту импульса выборки в блоке 3 дискретизации и хранения заканчивает- 15 ся режим слежения и запоминается значение сигнала, которое хранится в течение всего времени преобразования до прихода следующего ИНВ. Положительные импульсы с пятого выхода блока 8 20 управления поступают на второй вход (тактовый вход) (АЦП 6. В АЦП 6 возникает процесс поразрядного уравновешивания величины отсчета 30. С приходом пятого тактового импульса 25 (фиг.Зг) информация о четырех старших разрядах отсчета, необходимых для работы блока 9 формирования кода ИШ, становится известной, поэтому с четвертого выхода (выхода установки пя- 30 того разряда) АЦП 6 па четвертый вход блока 8 управления поступает отрицательный фронт импульса установки пятого разряда кода. По этому фронту блок 8 управления устанавливает на четвертом выходе уровень логическо35

го О, который поступает на второй

вход (управляющий вход) блока 5 коммутации. По нему блок 5 коммутации подключает первый (сигнальный) вход

40 АЦП 6 к выходу блока 4 масштабного усиления. На десятом выходе блока 8 управления устанавливается уровень логического О (фиг.Зв), который поступает на третий вход (начальной

g установки) АЦП 6. Блок 8 управления генерирует положительный импульс длительностью 150 НС, который с седьмого выхода поступает на третий вход блока 9 формирования кода ИШ, Далее начинается определение кода ИШ в блоке 9 формирования кода ИШ 7. Второй, третий и четвертый разряды кода с первых выходов (информационных выходов) АЦП 6 поступают на вторые (ин50

55

формационные) входы блока 9 формирования кода ИШ, на шестой вход которого со второго выхода (выхода инверс- ;Ного старшего разряда) поступает инверсный старший разряд кода отсчета

51А5011

С. Блок 9 формирования кода ИШ преже всего преобразует позиционный код второго, третьего и четвертого разрядов, определяющих пкалу кван- g тования, в нормальный двоичный код в соответствии с характеристикой квантования, в нормальный двоичный од в соответствии с характеристикой вантования (фиг.4) отсчетов ЗС (в 10 альнейшем этот код будем называть кодом мгновенной шкалы, МШ). Работа блока 9 формирования кода ИШ опреде- . ляется соотношением кода ИШ, записанного в нем в предыдущий момент 15 дискретизации и кодом МШ текущего отсчета. В начальньй момент времени могут сложиться две ситуации: код т равен коду ИШ, записанному в блок 9 формирования кода ИШ в предьщущий 20 момент дискретизации; код МШ больше кода ИШ при условии, что текущий отсчет не является отсчетом, в котором произошло изменение полярности сиг-

нала.

Тогда в первом случае по первому синхроимпульсу (фиг.Зд), поступающему с восьмого выхода блока 8 управления на четвертый вход блока 9 формирования кода ЙШ, в блок записьгеа- 30 ется информация, что код МШ был равен коду ИШ. А по второму синхроимпульсу (фиг.Зе), приходящему с девя- .того выхода блока 9 формирования кода ИШ, код ИШ переписывается в его 35 выходной регистр, т.е. на его первые выходы. Когда код МШ текущего отсчета больше кода ИШ, записанного в блоке 9 формирования кода ИШ ранее, в его выходной регистр записывается 40 код НШ, А также в блоке 9 формирования кода ИШ запоминается информация, что за время анализа (интервал времени между двумя последовательными изменениями знака кодируемого сигнала) 45 произошло изменение в сторону увеличения кода.ИШ на выходе блока 9 формирования кода ИШ.

После записи по второму синхроимпульсу (фиг.Зе) кода ИШ в выходной go регистр блока 9 он с его первых выходов поступает на первые входы (управления) блока 4 масштабного усиления, в котором устанавливается один из возможных козффициентов усиления gg напряжения отсчета, т.е. выбирается соответствующая характеристика квантования (фиг.4). Далее напряжение отсчета с выхода блока 4 масштабного

3

ус ту АЦ им вх н сч в л п

5 0 5

o gg

36

усиления через блок 5 коммутации поступает на первый (сигнальньш) вход АЦП 6. С приходом шестого тактового импульса (фиг.Зг) с пятого выхода блока 8 управления на второй тактовый вход АЦП 6 происходит последоьатель- ное уравновешивание напряжения отсчета в блоке 4 масштабного усиления. Разница заключается в том, что во втором цикле преобразования определяется все 12 разрядов кода (используются тактовые импульсы с 7-го по 18-й, (фиг.Зг). По окончании процесса поразрядного уравновешивания с третьего выхода АЦП 6 на третий вход блока 8 управления выдается сигнал окончания процесса преобразования текущего отсчета, по которому в блоке 8 управления формипуется импульс (фиг,.3ж). Этот импульс с третьего выхода блока 8 управления поступает на третий вход (вход синхронизации) формирователя 7 кода и записывает в него 12-разрядный код мантисы с первых выходов АЦП 6 и 2-разрядный код порядка с первых выходов -блока 9 формирования кода ИШ. Одновременно блок 8 управления устанавливается в начальное состояние и ждет прихода очередного импульса внешней синхронизации.

Рассмотрим работу устройства в случае уменьшения уровня сигнала. При уменьшении сигнала смена кода шкалы (переход на более точную шкалу квантирования, фиг.4), происходит только в течение первого отсчета противоположной полярности. Предположим, что уровень сигнала уменьшается и за время.между двумя последовательными сменами полярности отсчета ни разу код МШ отсчетов за время между двумя стеками знака не был равен или больше кода ИШ, записанного в блок 9 -формирования кода ИШ. Следовательно, в блоке 9 записана информация, о том, что код ИШ ни разу не под твердил с я.. В этом случае, -в момент смены знака между пятым и шестым тактовыми импульсами в блоке 9 фор№1рования кода ИШ формируется сигнал, по. которому код ИШ, занесен ньй в выходной регистр его, уменьша ется.на единицу. Этот код с первых выходов блока 9 поступает на первые (управляющие) входы блока 4 масштабного усиления, что обеспечивает переход на более точную шкалу квантования (фиг.4). Кроме того, в момент

14

смены знака блок 9 формирования кода ИШ вырабатывает импульс, который с его второго выхода поступает на второй вход .блока 8 управления. Блок 8 уп- равления при наличии этого импульса формирует импульс (фиг.26) обнуления памяти информации о том, что код МШ был равен или больше кода ИШ, записанного в блоке 9 формирования ко- да ИШ, за период между двумя последо- ват ельными сменами знака входного сигнала. Этот импульс с второго выхода блока 8 управления поступает на первьй вход блока 9 формирования кода ИШ. Работа остальных блоков передающей части устройства для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием происходит следующим образом. Если уровень сигнала на выходе источника 1 сигнала превысил 18 дБ, относительно приведенного по входу максимального уровня квантования А1Ш 6, то ЗС начинает клиппиро- вание, вследствие чего возникают шу- мы перегрузки. Факт клиппирования сигнала определяется по двум признакам. 12-разрядная мантисса ИКМ - слова на выходе формирователя 7 кода должна содержать либо все единицы для положительной полуволны сигнала, либо все нули для отрицательной. Кпиппирование ЗС -может происходить только на самой грубой шкале квантования, обозначенной в заданном уст- ройстве кодом 11 (фиг,4).

С выхода формирователя 7 кода код мантиссы поступает на входы первого блока 10 проверки разрядов на равнозначность, В случае клиппирования ЗС код мантиссы состоит из всех единиц или нулей, и тогда на выходе блока 10 проверки разрядов на равнозначность появляется уровень логической 1, который поступает на первый вход первого блока 11 формирования СП, В то же самое время на входы первого блока 13 анализа кода шкалы с первых выходов блока 9 формирования кода ИШ поступает код шкалы, со- ответствующий самой грубой шкале квантования (фиг.4) в виде 11, Тогда на выходе первого блока 13 анализа кода шкалы появляется уровень логической 1, который поступает на первый вход первого блока 14 формирования СКП и на третий вход первого блока 11 формирования СП. В начальный момент на четвертый вход (на38

чальной установки) упрапляемого аттенюатора 12 с третьего выхода блока 9 формирования кода ИШ поступает отрицательный импульс, установивший коэффициент передачи управляемого аттенюатора 12, соответствующий нулевому затуханию. Поэтому на первом выходе управляемого аттенюатора уровень логического О, который поступает на второй вход первого блока 14 формирования СКП, запрещает прохождение импульсов с его выхода на третий вход управляемого аттенюатора 12 Со второго вьЕхода управляемого аттенюатора 12 в начальный момент на четвертый вход первого блока 11 формирования СП подается уровень логической 1. Поэтому с приходом очередного стробирующего импульса (фиг.2и) с первого выхода блока 3 дискретизации и хранения на второй вход первого блока 11 формирования СП на его выходе появляется положительный импульс, который поступает на первый вход управляемого аттенюатора 12. При этом коэффициент передачи управляемого аттенюатора 12 уменьшается на 6 дБ. Клиппирование сигнала прекращается. Если уровень сигнала на выходе источника 1 сигнала продолжает расти, то устройство отрабатывает увеличение сигнала аналогично. При этом каждое увеличение входного сигнала вдвое сопровождается увеличением затухания управляемого аттенюатора 12 на 6 дБ. Передавать дополнительную информацию о величине затухания вносимого управляемым аттенюатором 12 нет необходимости, так как на приемной стороне устройства для кодирования ЗС с инерционным компандированием (в декодере) установлены аналогичные блоки - второй блок 18 проверки разрядов на равнозначность, второй блок 19 формирования СП, второй блок 22 формирования СКП,второй блок 21 анализа кода шкалы.

В исходное состояние система защиты устройства от перегрузки возвращается с/тедующим образом. При уменьшении уровня сигнала код шкалы на первых выходах блока 9 формирования кода ИШ обязательно уменьшается (фиг,4), т,е, изменяется с 11 на 10. Поэтому на выходе первого блок 13 анализа кода шкалы устанавливается уровень логического О, который поступает на третий вход первого

9145

блока 11 формирования СП, блокируя его, и на первый вход первого блока; 14 формирования ВКЛ. В последнем па отрицательному фронту вьфабаты- BajercH положительньй импульс, кото- поступает на третий вход управ- ля|емого аттенюатора 12 и уменьшает затухание отсчета ЗС, подаваемого

с третьего выхода управляемого атте- ннатора 12 на.второй вход (сигналь- ньй вход) блока 4 масштабного уси- л€ ния и на третий вход блока 5 ком- м тации.

В процессе работы уровень сигнала иг выходе источника 1 сигнала может о{:азаться несколько большим, что дгже при максимальном затухании, вносимом управляемым аттенюатором 12, происходит,клиппирование сигнала, В этом случае на выходе первого бло-. Кс. 10 проверки разрядов на равнозначность появляется уровень логи- ч(ской 1, который поступает на пер- вий вход первого блока 11 формирования СП, на третьем входе которого с вихода первого блока 11 формирования СП, на третьем входе которого с выхода первого блока 13 анализа кода также уровень логической 1. Однако при достижении максимального затухания на втором выходе управляе- м|)го аттенюатора 12 и соответственно н четвертом входе первого блока 11 ф |эрмирования СП устанавливается уро- логического О, запрещая про- хЬждение импульсов с его выхода на первый вход управляемого аттенюатора 12, т.е. блокируя дальнейшее увеличение затухания, вносимого управляемым аттенюатором 12. Что гарантирует его правильную работу. Аналогично, при уменьшении уровня сигнала на выходе источника 1 сигнала, формируется запрет на увеличение коэффициента передачи управляемого аттенюатора 12. При достижении минимального коэффициента передачи (соответствующего нулевому затуханию) на первом выходе управляемого аттенюатора 12 появляется уровень логического О, которьш, поступая на второй вход первого блока 14 формирования СКП, запрещает Ърохождение импульсов с его выхода на третий вход управляемого аттенюатора 12.

На этом обработка сигнала с в передающей части устройства для кодирования звуковых сигналов с инер

О

5

0

5

ционным компандированием заканчивается. Рассмотрим работу приемной части (декодера ЗС).

В момент подачи питающих напряжений блок 26 начальной установки вырабатывает импульс, которьш устанавливает управляемый второй экспандер 20 в состояние максимального коэффициента перегрузки. При поступлении на вход внешней синхронизации приемной части устройства импульсного сигнала с частотой 48 кГц по его положительному фронту вырабатывается короткие положительные импульсы, которые поступают на третий вход второго блока 19 формирования СП и на вход блока 23 задержки и формирования импульсов стробирования. 14-разрядный код величины отсчетов ЗС через входной регистр кода 15 поступает на блок 27 памяти, где обеспечивается его запоминание и сдвиг предьщущих отсчетов кода сигнала, на первьй вход интерполятора и на второй блок 18 проверки разрядов на равнозначность, на выходе которого появляется логическая 1, в случае, если значения всех разрядов кода одновременно имеют значе- 0 ние либо логической 1, либо логического о, а на вторые входы интер - полятора 28 поступают с первого выхода блока памяти коды отсчетов пре- дьщутдих и последующих тактов. Интерполятор 28 по нескольким отсчетам входного сигнала вычисляет интерполированное значение отсчета, код которого подается на первый мультиплексора 29, на вторые входы которого подается сигнал со второго выхода блока 27 памяти. Мультиплексор 29 обеспечивает прохождение сигнала на ЦАП либо с вькода интерполятора 28, либо со второго выхода блока 27 памяти в зависимости от управляющего сигнала на третьем входе мультиплексора 29.

Два разряда порядка кода входного сигнала поступают со второго входа входного регистра 15 кода, через первый регистр 30, осуществляющий задержку сигнала на один такт, вторые входы управления первого экспандера 17, который в зависимости от значения этого кода устанавливает коэффициент передачи, необходимый для восстановления исходного значения отсчета. Аналогичньй дискретный сигнал с выхода первого экспандера 17 и далее че5

0

45

50

55

И14

рез управляемый второй экспандер 20, коэффициент передачи которого (в исходном состоянии минимальный) поступает на вход блока 24 стробирования, на второй вход которого с выхода блока 23 задержки и формирования импульсов стробирования поступают короткие стробирующие импульсы, которые управляют работой блока 27 стро- бирования.

Сигнал с выхода блока 24 стробирования поступает на второй усилитель 25, где фильтруется от продуктов дискретизации и нормируется по амп- литуде.

Если на входы второго блока 18 проверки разрядов на равнозначность поступает кодовая комбинация состоя- цая из 23 12-ти логических О или 12-ти логических 1, а на входы второго блока 21 анализа кода шкалы код 11 или 00 ( а они будут присутствовать в момент начала нагруз- ки, так как поступают на приемную сторону), то.на вькодах указанных блоков возникают уровни логической 1, на выходе элемента И 32 также появляется уровень логической 1 , который через время задержки, равное одному такту частоты дискретизации (вследствие прохождения через второй регистр.31), подключает выход мультиплексора 28 к выходу интерполятора 27. Таким образом, в момент возникновения перегрузки пораженный отсчет заменяется интерполированным отсчетом. При этом на выходе второго блока 19 формирования СП (при знача- нии кода шкалы 11) или на выходе второго блока 22 формирования СП (при значении кода шкалы 00) формируется импульс, который подается на вторые и третьи входы управляемо- го второго экспандера 20, который устанавливает значение коэффициента передачи в два ряда меньше, т.е. на 6 дБ (при коде шкалы 11) или в два раза больше (при коде шкалы 00).

т12

При поступлении следующего сигнала

перегрузки процесс повторяется.

Если управляемый второй экспандер находится в состоянии максимального (минимального) усиления, а на его третьи входы (или вторые) со второго блока 19 формирования СП (либо со второго блока формирования СКП) поступает сигнал на увеличение (уменьшение) коэффициента усиления, состояние управляемого второго экспандера 20 не изменяется, а на его шестом выходе появляется сигнал логического О, запрещая тем самым прохождение сигнала через элемент И. Вследствие этого обеспечивается правильное клип- пирование сигнала при возникновении на входе устройства недопустимо больших уровней сигнала.

Формула изобретения

Устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компанди- рованием по авт.св. № 1356233, о т - лича.ющееся тем, что, с целью повышения точности декодирования цифровых сигналов, между первым выходом входного регистра кода и входом цифроаналогового преобразователя введены последовательно соединенные блок памяти, интерполятор, к второму входу которого подключен первый выход входного регистра, и мультиплексор, к второму входу которого подключен второй выход блока памяти, а между вторым выходом входного регистра и управляющим входом первого экспандера первый регистр, последовательно соединенные элемент И, к первому входу которого подключен, выход второго блока анализа кода шкалы к второму входу - выход второго блок проверки разрядности на равнозначность, к третьему входу - шестой управляющий выход управляемого второго экспандера, и второй регистр, выход которого подключен к третьему входу мультиплексора.

а)

Вход

55

55

Ж

Выход 1 Byodi В ход 2

f)

37

V

8if/xa 2

Выход

фи.г.2

Диапазон 5В Фиг.