Низкоскоростной дельта-модулятор Советский патент 1989 года по МПК H03M3/00 H03M3/02 

(61) 1203706

(21)4243132/24-24

(22)12.05.87

(46) 30.04.89. Бюл. № 16

(71)Рижский политехнический институт им. А.Я. Пельше

(72)Г.Н, Котович, И.М. Малашонок, К.С. Комаров и А.И. Палков

(53)321.376.56(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1203706, кл. Н 03 М 3/00, 1984.

(54)НИЗКОСКОРОСТНОЙ ДЕЛЬТА-МОДУЛЯТОР

(57)Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1203706. Его использование в цифровых системах связи (особенно речевой) позволяет повысить точность кодирования за счет повышения отношения сигнал/шум. Дельта-модулятор содержит компаратор 1, триггер 2 задержки, блок 3 адаптации, сумматор 4, блок 5 задержки, вычислитель 6 корреляционных моментов, арифметический блок 7, блок 8 контроля, экстраполятор 9 и цифроаналоговый преобразователь 12. Благодаря введению вычитателя 10 и блока 11 задержки в дельта-модуляторе реализуется передаточная функция эквивалентного фильтра, более соответствующая речевому процессу. 1 ил.

о

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и является усовершенствованием устройства по авт. св. N 1203706. Его использование в цифровых системах связи (особенно речевой) позволяет повысить точность кодирования за счет повышения отношения сигнал/шум. Дельта - модулятор содержит компаратор 1, триггер 2 задержки, блок 3 адаптации, сумматор 4, блок 5 задержки, вычислитель 6 корреляционных моментов, арифметический блок 7, блок 8 контроля, экстраполятор 9 и цифроаналоговый преобразователь 12. Благодаря введению вычитателя 10 и блока 11 задержки в дельта-модуляторе реализуется передаточная функция эквивалентного фильтра, более соответствующая речевому процессу. 1 ил.

SfaTt

«I/г l/

е

flfai

vM

s M

О)

Јъ

05 О5

ю

14)

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в цифровых системах связи, особенно речевой.

Цель изобретения - повышение точ- ности кодирования за счет повышения отношения сигнал/шум.

На чертеже приведена блок-схема низкоскоростного дельта-модулятора.

Дельта-модулятор содержит компа- ратор , триггер 2 задержки, блок 3 адаптации, сумматор 4, первый блок 5 задержки, вычислитель 6 корреляционных моментов, арифметический блок 7, блок 8 контроля, экстраполятор 9, вы читатель 10, второй блок 11 задержки цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12. На чертеже обозначены информационный и тактовый входы 13, 14 и выход 15.

В основе работы дельта-модулятора лежит следующее.

Из теории линейного предсказывания известно, что отсчет речевого сигнала (n) может быть предсказан по двум предыдущим отсчетам S(п-1) и S(n-2) при помощи разностного уравнения

(n) 11,8(11-1) + h,S(n-2), (1)

где п., и hr - прогностические коэффициенты, определяемые из соотношений

R°(RQ-R;)

- - R - R

Р:

RI

1 R,

I p«

(2

-

P,

R-,

1 Rf

где R0,Rj,R2 - коэффициенты автоко- вариации сигнала S (n);

P, , Pn - коэффициенты автокор45

реляции.4J

Ошибка предсказания при этом определяется как

|D| -AJJR h, R, -h & l4U (1 -P2) 2- )

(3)

Для того, чтобы учесть быстрые изменения сигнала, используется величина

D(n) |D| K(n)-Sqn(S(n)-SnP (n)),(4)

где К(п) вычисляется на основе последних 1-4 бита переданной дельтамодулированной (ДМ) последовательности, причем

K(n) q,. K(n-l),

где q определяется следующими соображениями.

Если последние переданные биты имеют одинаковые значения, т.е. 0000 или 1111, то q- 1,15, если последние переданные биты составляют комбинации 0101 или 1010, то q 0,87, а во всех остальных случаях q, 1.

Условия устойчивости работы дельта-модулятора требуют выполнения следующих соотношений:

I hj Ј2; | h2| 1.

(5)

Так как введение еще одного полюса в передаточную функцию H(Z) фильтра, которому эквивалентен дельта-модулятор (для повышения отношения сигнал/шум), ведет к резкому увеличению аппаратурных затрат, усложнение функции будем производить путем введения нулей в функцию H(Z). Из теории цифровой фильтрации известно, что параллельный контур имеет передаточную характеристику

35

40

;

45

4J

)

50

55

H(Z)

(i - z )

1 + + r-(6)

Множитель (1-Z ) характеризует наличие нуля второго порядка в функции H(Z). По аналогии с аналоговым контуром это значит, что коэффициент передачи фильтра равен 0 при частоте входного сигнала бь 0 и (j} O° , что соответствует речевому процессу. Разностное уравнение, соответствующее (6), имеет вид

S (n)S (n-1)- Ц +5 (n-2). hc-D(n-2).

(7)

Для реализации этого служат блок I1 задержки, осуществляющий в соответствии с (7) задержку сигнала D(n) на два такта, и вычитатель 10, который вычитает величину D(n-2) из величины (n), вычисленной по формуле (1).

Дельта-модулятор работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал S(n) с входа 13 поступает на первый вход

компаратора 1, где сравнивается с аппроксимирующим сигналом (n), .формируемым на выходе ЦАП 12 указанным образом. Результаты сравнения входного и аппроксимирующего сигналов в виде асинхронного двухуровневого потока поступают на вход триггера 2 задержки, где дискретизируются последовательностью тактовых импуль- сов, поступающих на тактовый вход 14. Дискретизированный ДМ-поток с выхода триггера 2 задержки поступает на блок 3 адаптации, который, согласно соотношению (4), определяет величину от- клонения аппроксимирующего сигнала от входного, после чего это отклонение суммируется с предсказанным значением при помощи сумматора 4. Отсчеты восстановленного сигнала S(n) поступают на вход первого блока 5 задержки, состоящего из элементов памяти, на выходах которого появятся три последних отсчета восстановленного сигнала S(n), S(n-l), S(n-2). При помощи вычислителя 6 корреляционных моментов на основе последних N тактов работы определяются корреляционные коэффициенты, исходя из соотношения

1

/V

к, / s(n-i-j)-s(n-j),

1 0

после чего три корреляционных коэффициента R0, R, , R.Ј поступают на входы арифметического блока 7, который определяет на их основе коэффициенты предсказания h и hq согласно формулам (2). Вычисленные коэффициенты предсказания поступают на входы блока 8 контроля, в котором происходит проверка условий (5), Б случае,

Q 5 0 5

0

5

0

если эти условия выполняются, и в противном случае используются ранее полученные значения коэффициентов h, и hr. С выхода блока 8 контроля значения коэффициентов предсказания подаются на экстрапо- лятор 9, туда хе подаются значения отсчетов S(n) и S(n-l), при помощи которых, исходя из соотношения (1), экстраполятор выдает на выходе величину h,S(n) + hgS (n-1), из которой при помощи вычитателя 10 согласно соотношению (7) вычитается величина ошибки предсказания D(n-2), задержанная на два такта вторым блоком 11 задержки. В результате формируется предсказанное на следующий такт значение Sflp(n+l), которое преобразуется цифроаналоговым преобразователем 12 в аналоговый вид и подается для последующего сравнения на второй вход компаратора 1.

В результате отношение сигнал/шум возросло и как следствие этого существенно улучшилась разборчивость речи.

Формула изобретения

Низкоскоростной дельта-модулятор по авт. св. № 1203706, отличающийся тем, что, с целью повышения точности кодирования за счет повышения отношения сигнал/шум, в дельта-модуляторе между выходами экстраполятора и входами цифроанало- гового преобразователя и вторыми входами сумматора включен вычитателъ, вторые входы которого через второй блок задержки подключены к выходам блока адаптации.