Устройство частотного компандирования звуковых сигналов Советский патент 1990 года по МПК H04B1/66 

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в системах передачи звуковых сигналов.

Цель изобретения - уменьшение искажений звуковых сигналов.

На фиг. 1 и 2 показаны блок-схемы соответственно передающего и приемного узлов устройства частотного компандирования звуковых сигналов; на фиг. 3 - экстрематор; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства частотного компандирования звуковых сигналов.

Устройство компандирования зьу- ковых сигналов содержит первый дополнительный фильтр 1 нижних частот, амплитудный ВЧ-корректор 2, пиковый детектор 3, второй дополнительный

фильтр 4 нижних частот, N целителей 5 частоты, К частотных делителей 6, дополнительный сумматор 7, счетный триггер 8, первый ключ 9, дополнительный вычитатель 10, экстрематор 11, компаратор 12, (К-1) формирователей 13 коротких импульсов, (К-1) триггеров 14, N фильтров 15 нижних частот, (N-1) фильтров 16 верхних

частот, (N-1) усилителей 17, блок i 18 уплотнения каналов, полосовой

фильтр 19, второй ключ 20, N умножителей 21, К вычип ателей 22, К формирователей 23 модуля, (N-1) аттенюаторов 24, (N-1) фазовых корректоров 25, амплитудный НЧ-корректор 26, блок 27 разделения каналов, (N-1) сумматоров 28, третий дополнительный фильтр 29 нижних частот, вход

СЛ -vl J

О

J ел

30 делителя 5, выход 31 компаратора 12, выход 32 счетного триггера 8, выход 33 частотного делителя 6, выход 34 компаратора 12, выход 35 триггера 14, выход .36 формирователя 13, выход 37 частотного делителя 6, выход 38 частотного делителя 6, выход 39 триггера 14, выход 40 триггера 14, выход 41 формирователя 13, выход 42 частотного делителя 6, К удвоителей 43 частоты.

Устройство частотного компандиро- вания звуковых сигналов работает следующим образом.

Исходный звуковой сигнал определенного уровня поступает на вход фильтра 1, частота среза которого определяется спектром частотных составляющих исходного сигнала, подлежащих преобразованию. В амплитудном ВЧ-корректоре 2 происходит выравнивание уровня НЧ и ВЧ составляющих этого сигнала. Результирующий сигнал поступает на вход пикового детектора 3, на вход сумматора 7 первого частотного делителя 6, входящего в делитель 5 первого канала компрессора, и, на вход экстрематора 11.

10

5

Экстрематор 11 выделяет моменты пересечения продифференцированным сигналом оси времени (фиг. 4а, пунктир) . При этом на его выходе в эти моменты времени возникают перепады напряжения (фиг. 4б). Сам факт указанного пересечения зависит от соотношения амплитуд и частот НЧ и ВЧ составляющих исходного сигнала. Ес- ди, например, исходный сигнал представить в виде S(t) A,, nin Ы.,t + + A , то его первая производная S (t) + Аг tjOt ч cos C0jt. Может оказаться, что A. W и этого пересечения не произойдет. Чтобы экстрематор 11 реагировал на все полезные ВЧ составляющие звуковых сигналов, нужно увеличить их уровень по отношению к НЧ составляющим. Амплитудный ВЧ-кор- ректор 2 изменяет это соотношение так, что получается , 7Л , U)t . Результирующий сигнал с выхода экстрематора 11 поступает на вход компаратора 12, который согласует уровни сигналов экстрематора 11 и системы управления делителя 5. С одного из выходов компаратора 12 ,сигнал поступает на вход счетного

15770754

триггера 8 первого частотного дели- теля 6. Все частотные делители 6 осуществляют деление частоты на два. Выходные сигналы счетного триггера

8поочередно коммутируют ключи 9 и 20 в моменты появления в исходном сигнале максимумов или минимумов, выделенных экстрематором 11.

Пиковый детектор 3, являясь достаточно инерционным, выделяет лишь медленную огибающую максимумов или такую же огибаемую минимумов звуко-; вых сигналов, которая поступает на вход фильтра 4. Этот фильтр, имеющий частоту среза не более 40 Гц, лииь- немного сглаживают эту огибающую. Результирующий сигнал с выхода филы ра 4 поступает на вход блока 18 уплотнения каналов и на другой вход сумматора 7 частотного делителя 6 каждого канала компрессора. В результате сложения выделенной огибающей с исходным сигналом на Вогходе сумматора 7 получается сигнал, зафиксированный на оси времени только теми максимумами или минимумами, которые.в исходном сигнале изменялись медленно. Зафиксированный сигнал поступает на сигнальный вход ключей

9и 20, на выходе которых происходит поочередное выделение из зафиксированного сигнала участков между соседними максимумами или минимумами, выделенными экстрематором 11.

В результате вычитания результирующих сигналов от ключей 9 и 20 на выходе вычитателя 10 получается сигнал с поделенной- на два частотой ВЧ колебаний, но в точках незафиксированных экстремумов он имеет перепад

20

25

30

35

40

напряжения.

50

Аналогично работают и остальные частотные делители 6 в делителе 5. 45 Принцип формирования сигналов управления показан на фиг. 4. На фиг. 4а показан для упрощения график гармонического колебания, которое действует на входе 30 делителя 5. Нечетными числами на нем обозначены максимумы, а четными - минимумы. На выходе 31 компаратора 12 получатся сигнал (фиг. 4б).

Пусть, например, все счетные триггеры 8 делителя 5 срабатывают от фронтов управляющих сигналов, а фиксация происходит минимумов исходных для частотных делителей 6 сигналов. Тогда на выходе 32 счет55

напряжения.

Аналогично работают и остальные частотные делители 6 в делителе 5. Принцип формирования сигналов управления показан на фиг. 4. На фиг. 4а показан для упрощения график гармонического колебания, которое действует на входе 30 делителя 5. Нечетными числами на нем обозначены максимумы, а четными - минимумы. На выходе 31 компаратора 12 получатся сигнал (фиг. 4б).

Пусть, например, все счетные триггеры 8 делителя 5 срабатывают от фронтов управляющих сигналов, а фиксация происходит минимумов исходных для частотных делителей 6 сигналов. Тогда на выходе 32 счет

кого триггера 8 первого частотного делителя 6 получается сигнал (фиг. 4в) , а на выходе 33 этого частотного делителя 6 - сигнал (фиг. 4г) с поделенной на два частотой. Из графика видно, что для получения управляющих фронтов в моменты появления минимумов 1, 5, 9,. 13 ... необходимо проинвертировать сигнал {(фиг. 46) и разделить его по частоте на два. На другом выходе 34 компаратора 12 имеется требуемый инвертированный сигнал (фиг. 4д), а на выходе 35 триггера 14 получается сигнал (фиг. 4ж), фронты которого точно совпадают с минимумами сигнала (фиг. 4г).

Но для любого триггера, работающего в режиме деления частоты, все фронты воздействующего сигнала равноценны, поэтому первоначальное срабатывание его от любого из них (четного или нечетного) равновероятно. Если срабатывание триггера 14 не будет согласовано с работой счетного триггера 8 первого частотного делителя 6, то срабатывание счетного триггера 8 второго частотного делителя 6 может произойти не в требуемые моменты 1, 5, 9, 13 ... ав моменты 3, 7, 11 ..., что приведет к неустранимым разрывам сигнала в этих точках и к сильным искажениям результирующего сигнала устройства. Для установки первого триггера 14 в определенное исходное состояние при включении питания устройства или при поступлении звука после очередной паузы служат короткие импульсы (фиг. 4е), которые получаются на выходе 36 первого формирователя 13.

Сигнал (фиг. 4ж) воздействует на счетный триггер 8 второго частотного делителя 6. На выходе 37 получается сигнал (фиг. 4з), управляющий ключами 9 и 20 частотного делителя 6, который на выходе 38 вызывает сигнал (фиг. 4н) с поделенной частотой на четыре. Из трафика этого сигнала видно, что для получения управляющих фронтов в моменты появления минимумов 3, 11 ... необходимо иметь инвертированный сигнал первого триггера 14, деленный по частоте на два. На другом выходе 39 этого триггера имеется требуемый сигнал (фиг. 4к), а на выходе 40 второго триггера 14

10

15

20

25

30

35

40

5

0

5

получается сигнал (фиг. 4м), фронты которого точно совпадают с минимумами сигнала (фиг. 4и). Для установки этого триггера в исходное состояние служат импульсы (фиг. 4л), получаемые на выходе 41 второго формирователя 13, возбуждаемого сигналом (фиг. 4з).

Сигнал (фиг. 4м), воздействуя на счетный триггер 8 третьего частотного делителя 6, вызывает на его выходе 42 сигнал (фиг. 4н), который на выходе частотного делителя вызывает сигнал с поделенной частотой на восемь. Аналогично производится формирование управляющих импульсов и для остальных частотных делителей 6, входящих в состав делителя 5.

Из графика (фиг. 4и) видно, что ,в общем случае результирующий сигнал делителя 5 является составным. На мощной узкополосной НЧ-части его оказываются наложены слабые ВЧ-коле- бания. Эти состаипяющие надежно отделяются сравнительно простыми фильтрами. На выходе фильтра 15 первого канала компрессора получается первый узкополосный сигнал-параметр, поступающий на один из входов блока 18 уплотнения каналов, а на выходе фильтра 16 выделяется ВЧ-сигнал-оста- ток, который после усиления усилителем 17 подвергается в делителе 5 второго канала аналогичным преобразованиям, в результате чего получа- . ется второй узкополосный сигнал-параметр и вторая ВЧ составляющая, которая на выходе третьего канала вызывает третий сигнал-параметр, и так продолжается до последнего канала, на выходе которого хотя ВЧ составляющая для дальнейших преобраз)- ваний не используется, на качество восстановленного сигнала она мало влияет, так как энергия ее очень мала.

Все узкополосные сигнал-параметры и межделенная огибающая на выходе блока 18 уплотнения каналов образуют единый -компрессированный сигнал, передаваемый через полосовой фильтр 19 в канал связи.

В приемном узле принятый из канала связи сигнал в блоке 27 разделения каналов разделяется на те же сигнал-параметры и огибающую. Преобразования в приемном узле (экспан-, дере) строго обратны преобразовани71577075

ям в компрессоре. В последнем кана- i ле экспондера принятый сигнал, являясь биполярным, в умножителе 21 поступает на вход формирователя 23 моду«О х

униполярный сигнал с удвоенной частотой. Этот сигнал поступает на один из входов вычитателя 22, на другой вход которого поступает принятая огибающая, в результате чего на выходе вычитателя 22 получается расфиксиро- ванный биполярный сигнал с удвоенной частотой. Аналогично происходит удвоение частоты и в остальных удвоителях 43 частоты, входящих в умножитель 21, на выходе которого получается сигнал, близкий по форме тому, который был на входе делителя 5 последнего канала компрессора. Этот сигнал через аттенюатор 24 поступает на вход сумматора 28 предыдущего канала, а принятый сигнал- параметр этого канала поступает на вход фазового корректора 25, который компенсирует-задержку сигнала в последнем канале так, что на входах сумматора 28 оба сигнала являются достаточно синфазными. Результирующий сигнал сумматора 28, являясь биполярным, в умножителе 21 превращается в сигнал, который по форме еще более близок к тому, который был

на входе делителя 5 предпоследнего канала компрессора. Аналогично работают и остальные каналы приемного узла.

Хотя форма сигнала, полученного на выходе умножителя 21 первого канала экспондера, достаточно близка той, какую имел исходный сигнал компрессора, но у незафиксированных экстремумов получаются короткие импульсы. Амплитудный НЧ-корректор 26 не только восстанавливает форму спектра полученного сигнала, но и частично уменьшает уровень этих импульсов, фильтром 29 они достаточно хорошо сглаживаются и остается пишь достаточно точно восстановленный сигнал.

Формула изобретения

1. Устройство частотного компан- дирования звуковых сигналов, содержащее передающий и приемный узлы, при этом передающей узел содержит последовательно соединенные блок

8

0

5

управления каналов и полосовой фильтр, выход которого является выходом передающего узла, N делителей частоты, N-1 Фильтров нижних частот и N-1 цепей из последовательно соединенных фильтров верхних частот и усилителей, причем выходы с первого по (N-1)-ft делителей частоты через соответствующие фильтры нижних частот соединены с первого по (Ы-1)-й входами блока уплотнения каналов, выход каждого предыдущего делителя тоты через соответствующую цепь соединен с первым входом последующего делителя частоты, при этом приемный узел содержит блок разделения каналов, вход которого является входом приемного узла, N умножителей, N-1 аттенюаторов, N-1 фазовых корректоров, N-1 сумматоров, при этом N-1 выходов блока разделения каналов подключены соответственно к входам Н-1 фазовых корректоров, отличающееся тем, что, с целью уменьшения искажений звуковых сигналов, в передающий узел введены N-й фильтр нижних частот и последовательно соединенные первый дополнительный фильтр нижних частот, амплитудный ВЧ-корректор, пиковый детектор и второй дополнительный фильтр нижних частот, выход которого подключен к (Н+1)-му входу блока уплотнения каналов,- N-й вход которого подключен к выходу N-ro фильтра нижних частот, вход которого подключен к выходу N-ro делителя частоты,.вторые входы N делителей частоты подключены к вы-, О ходу второго дополнительного фильтра нижних частот, первый вход первого делителя частоты подключен к выходу амплитудного ВЧ-корректора, а вход первого дополнительного филът- ра нижних частот является входом устройства частотного компандирова- ния звуковых сигналов, в приемный узел введены последовательно соединенные амплитудный НЧ-корректор и третий дополнительный фильтр нижних частот, выход которого является выходом устройства частотного компан- дирования звуковых сигналов, выходы N-1 фазовых корректоров через соответствующие N-1 сумматоров подключены к первым входам соответствующих N-1 умножителей, выход каждого пос- ледующего умножителя через соответст- вующий аттенюар подключен к второму

0

5

5

0

5

91

входу каждого предыдущего сумматора, выход первого умножителя подключен к входу амплитудного НЧ-корректора, вторые входы N умножителей подключены к (N+1)-My выходу блока разделения каналов, N-й выход которого подключен к первому входу N-го умножителя, при этом каждый умножитель содержит К чередующихся последовательно соединенных формирователей модуля и вычитателей, причем вход первого формирователя модуля является первым входом умножителя, выходом и вторым входом которого являются соответственно выход К-го вычитате- ля и соединенные между собой вторые входы К вычитателей, при этом каждый делитель частоты содержит К последовательно соединенных частотных делителей, К-1 дополнительных цепей из последовательно соединенных формирователя коротких импульсов и триггера, и последовательно соединенные экстрематор и компаратор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму входу первого частотного делителя и второму входу триггера первой дополнительной цепи, второй выход каждого предыдущего частотного делителя через соответствующую дополнительную цепь подключен к второму входу последующего частотного делителя, второй выход триггера каждой предыдущей дополнительной цепи подключен к второму входу триггера последующей дополнительной цепи, первый вход перво

0

075

5

0

5

0

5

10

то частотного делителя подключен к входу экстрематора и является первым входом делителя частоты, вторым входом и выходом которого являются соответственно соединенные между собой третьи входы К частотных делителей и первый выход К-го частотного делителя, при этом каждый частотный делитель содержит дополнительный сумматор и счетный триггер, первый и второй выходы которого через соответственно первый и второй ключи подключены соответственно к первому, и второму входам дополнительного вычитателя, выход которого является первым выходом частотного делителя, вторым выходом, вторым входом, первым входом и третьим входом которого являются соответственно второй выход и вход счетного триггера и первый и второй входы дополнительного сумматора, выход которого подключен к вторым входам первого и второго ключей.

2. Устройство по п. отличающееся тем, что экстрематор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом экстрематора, входом которого является первый вывод конденсатора, второй вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, аноду первого и катоду второго диодов, катод первого и анод второго диодов подключены к выходу операционного «ts: усилителя,неинвертирующий вход которого подключен к общему проводу.

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в системах передачи звуковых сигналов. Целью изобретения является уменьшение искажений звуковых сигналов. Устройство содержит передающий узел, который включает в себя N делителей частоты, (N - 1) фильтров нижний частот, (N - 1) фильтров верхних частот, (N - 1) усилителей, блок уплотнения каналов, полосовой фильтр, и приемный узел, который включает в себя блок разделения каналов, (N - 1) сумматоров, N умножителей, (N - 1) аттенюаторов, (N - 1) фазовых корректоров. Цель достигается введением в передающий узел N-го фильтра нижних частот первого дополнительного фильтра нижних частот, амплитудного ВЧ-корректора, пикового детектора и второго дополнительного фильтра нижних частот, а в приемный узел - амплитудного НЧ-корректора и третьего дополнительного фильтра - нижних частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

f

9

k

kC«

J4

ILj

I

J

JL

JL

11