Дельта-модулятор Советский патент 1991 года по МПК H03M3/02 

о ел

00

GJ

00 iCJ

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах вокодерной телефонии. Цель изобретения - повышение точности дельта-модулятора Последний содержит компаратор 1, триггер 2, источник 5 постоянного кода, сумматор 7, цифроа- налоговый преобразователь 8 и буферный регистр 9. Благодаря введению преобразователя 3 кода, вычитателя 4 и блока 6 умножения на постоянный коэффициент в дельта-модуляторе уменьшается среднеквадратичная ошибка восстановления огибающей за счет учета ее статистических характеристик. 1 ил

1L

ЗГ

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах вокодерной телефонии.

Цель изобретения - повышение точности дельта-модулятора,

На чертеже приведена блок-схема дельта-модулятора.

Дельта-модулятор содержит компаратор 1, триггер 2, преобразователь 3 кода, вычитатель 4, источник 5 постоянного кода, блок 6 умножения на постоянный коэффициент, сумматор 7, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8 и буферный регистр 9. На чертеже обозначены информационный и тактовый входы 10 и 11.

Преобразователь 3 кода, источник 5 постоянного кода и блок 6 умножения на постоянный коэффициент могут быть выполнены на ПЗУ.

Рассматриваемый дельта-модулятор предназначен для передачи огибающей. Его принцип работы основан на следующем.

Корреляционная функция огибающей достаточно хорошо описывается функцией

R(r) exp (-) ,(1)

где То 30 мс.

Оценка гауссова процесса имеет плотность вероятности

1

рМ V2 ПУМ ехР{

и}-И

где М - математическое ожидание огибающей речевого сигнала.

Сигнал с одномерной плотностью (2) можно получить, преобразовав гауссов- ский сигнал X при помощи квадратичного детектора.

Двумерное нормальное распределение имеет вид

Р (Хп , Хк) 1.X

ехр 2ПОХ

Хп2 RX Хп Хк Г Хк

2 Dx (1 - RX

„fV8e e-b

Г7Г-- ch 11 b

У1 У1пр

где Dx - дисперсия гауссова сигнала.

Rx - коэффициент корреляции отсчетов

WW

Отсчеты огибающей можно предста- 55 + b (Ь - 1)) + erfc I вить соотношениями

yn.Xn2; Yk .

Поскольку Yn и Yk являются детефмини- роаэнными (функциями Хп и Xi то знпя со+ +

ПРИ yi yinp,

вместную плотность (3), по известным правилам определяют совместную плотность отсчетов Yn и Yk. Полученное решение имеет вид

2nMVi-R

хехр

Уп + Vk

2 М(1 -Р) М(1 -R)

ch

.(4)

где М - математическое ожидание огибающей;

R - коэффициент кеорреляции отсчетов

YnnYk.

Если критерием качества восстановления сигнала выбрана среднеквадратическая ошибка восстановления, то предсказанные и оценочные значения отсчетов сигналадолжны соответствовать их условным математическим ожиданиям. Предсказанный YI и оценочный YI отсчеты определяются приближенными соотношениями 2

00

утр /yi Р (yi/yi - 1) dyi yj 1 „ 1 (5)

У 2jTyi P (yi/y, - 1) dyi yi 1 y 1 (6)

где Ok - область квантования, определяемая предсказанным отсчетом Yi Пр и выходным сигналом компаратора.

Если при сравнении отсчета YI с YI Пр компаратор установится в состояние логической 1, то следовательно Yi Yi Пр и & соответствует интервалу Yi Пр, + °°, в противном случае 9k соответствует О, YI Пр.

(2) в- го

ие

50

40

45

Поскольку P(Yi/Y|-i)

то

Р (У1 . У1 - i)

P(yi-1)

подставив (4) и (5) и выполнив интегрирование, получим:

Yi пр M(1-R) + R Yi-i R(YM - М) (7) Для определения оценочных значений подставим (4) в (6) и проинтегрируем по двум возможным областям квантования. В результате интегрирования получим два возможных решения.

„fV8e e-bгГ7Г-- ch (arch vb + 11 b

У1 У1пр

Vb

W

т

+

+ b (Ь - 1)) + erfc I

+ +

ПРИ yi yinp,

V&Tp-b

+ vb

+

при yi утр

где b ymp/M (1 - R) ,

ch () - гиперболический косинус;

arch(-) x - арккосинус;

erf () - интеграл вероятностей;

erfc( ) - дополнительный интеграл вероятностей erfc(x) 1 -erf(x),

Как можно заметить, соотношения (7) и (8) полностью определяют алгоритм работы дельта-кодера, ориентированного на минимум среднеквадратической ошибки восстановления. При этом порог квантования определяется соотношением (7) на основе известной предыдущей оценки YI 1 , а оценка отсчета в зависимости от результата сравнения входного и предсказанного отсчетов определяется соотношениями (8). Как можно заметить, оценка Y, чвляется нелинейной функцией YI Пр и ДМ-по- следовательности, и может быть легко зата- булирована в преобразователе кода. Можно констатировать, что представленный алгоритм более соответствует характеру огибающей и вследствие этого уменьшается ошибка восстановления огибающей.

Дельта-модулятор работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал Y(t) поступает на первый вход компаратора 1 и сравнивается с аппроксимирующим напряжением Ynp(t) с выхода ЦАП 8. Результат сравнения в виде логического уровня появляется на выходе триггера 2 с приходом импульса тактовой частоты. В тот же момент времени происходит запись предсказанного отсчета YI Пр-в регистр 9. Полученный бит Р(пТ) ДМ-последовательности и отсчет YM пр поступают соответственно на первый и второй входы преобразователя 3, на выходе которого, согласно соотношениям (8), появляется оценка отсчета YI-I , которая поступает на суммирующий вход вычитате- ля 4, на вычитающий вход которого с выхода источника 5 поступает постоянное значение М. На выходе вычитателя 4 образуется

величина YM - М, которая в блоке 6 умножается на постоянный коэффициент R, образуя величину R(), которая, суммируясь в сумматоре 7 с величиной М с

выхода источника 5, образует величину YI пр М + R(Yn-M) согласно (7). Значение YI Пр преобразуется в аналоговый вид с помощью цифроаналогового преобразователя 8 и поступает на второй вход компаратора 1 для последующего сравнения.

Таким образом, очевидно, что учет статистических характеристик, т.е. определение условных математических ожиданий отсчетов огибающей, производится точнее,

чем в прототипе, что ведет к уменьшению среднеквадратической ошибки восстановления огибающей.

Следует отметить, что дополнительным достоинством предлагаемого устройства является отсутствие аналоговых элементов, что делает устройство стабильным и высокотехнологичным

25

Формула изобретения

Дельта-модулятор, содержащий компаратор, первый вход которого является информационным входом устройства, цифроаналоговый преобразователь, выход

которого соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен к информационному входу триггера, выход которого является выходом дельта-модулятора, источник постоянного тока, сумматор, выходы

которого соединены с информационными входами буферного регистра, тактовый вход которого объединен с тактовым входом триггера и является тактовым входом дельта-модулятора, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности дельта-модулятора, в него введены вычитатель, блок умножения на постоянный коэффициент и преобразователь кода, первый вход которого подключен к выходу триггера, выходы

буферного регистра соединены с вторыми входами преобразователя кода, выходы которого подключены к суммирующим входам вычитателя, выходы источника постоянного кода соединены с первыми входами сумматора и вычитающими входами пычитателя. выходы которого через блок умножения на постоянный коэффициент подключены к вторым входам сумматора, входы цифроаналогового преобразователя пoдvлючeны к

выходам сумматора