Адаптивный дельта-кодер Советский патент 1991 года по МПК H03M3/02 

$lt)utou(i)

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи Его использование в системах передачи речевых сигналов позволяет повысить точность дельта-кодера, содержащего компаратор 1 триггер 2, фильтры 3 10. дискриминатор 6 и перемножитель 11 Благодаря введению буферных регистров 4 9. сумматора 5, пре образователя 7 кодов дискриминатора 8 и цифроаналогового преобразователя 12 в дельта-кодере реализуется алгоритм рабо ты, при котором более точно учитываются статистические характеристики аналогового сигнала, что обеспечивает повышение отношения сигнал/шум восстановленных сигналов 1 ил

о ел

00

со

00

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах передачи речевых сигналов.

Цель изобретения - повышение точности дельта-кодера.

На чертеже представлена блок-схема дельта-кодера.

Дельта-кодер содержит компаратор 1, триггер 2, первый фильтр 3, первый буферный регистр 4, сумматор 5, первый дискриминатор 6, преобразователь 7 кодов, второй дискриминатор 8, второй буферный регистр 9, второй фильтр 10, перемножитель 11 и цифроаналоговый преобразователь 12. На чертеже обозначены информационный и тактовый входы 13 и 14.

Преобразователь 7 кодов может быть выполнен на ПЗУ.

Для объяснения принципа работы дельта-кодера рассмотрим решение задачи синтеза адаптивного кодера. Представим входной сигнал S(t) в виде произведения двух независимых сигналов v(t) и U(t), где U(t) меняется значительно медленнее v(t) и характеризует собой огибающую. В данном случае огибающую представляем марковским процессом с двумерным распределением:

;U,)

Ч

27M

SeXP

f

u; + u,

ги(ЙМ-М1

2M(l-R)CnU(l-R)ll

(V

где М - среднее значение огибающей;

R - нормированный коэффициент корреляции;

ch() - гиперболический косинус.

Задание распределения (1) намного более точно соответствует огибающей, о чем свидетельствуют экспериментальные данные, на основе которых удалось получить распределение (1). Кроме того, значение Ui и Uk в (1) не принимают отрицательных значений и, следовательно, соответствуют физической сущности огибающей.

В моменты дискретизации значения процесса S(t) - U(t) v(t) сравниваются с некоторым порогом hi, в результате чего на выходе компаратора может появиться либо , либо -Т. Обозначим выходной сигнал дельта-кодера через Xi, Xi € -1; + 1 . Поскольку процессы U(t) и v(t) независимы, то условное матожидание их произведения будет соответствовать произведению их ма- тожиданий и порог квантования определяется как

hi Unp - Vnp ,

(2)

где

Unp М + R(Ui-i - М) , (3)

5 Ui-1 - предыдущая оценка процесса U(t), a Vnp как гауссовский процесс определяется известной процедурой линейного предсказания

.- S

Vnp У. bkvi-k , k 1

(4)

где bk - коэффициенты линейного фильтра, определяемые исключительно корреляционными свойствами v(t). Заметим, что уравнение (3) описывает фильтр, восстанавливающий огибающую сигнала, а уравнение (4) оценивает линейный фильтр, восстанав- ливающий быстроменяющийся процесс v(t). При сравнении компаратором значения S(t) с порогом hi могут возникнуть две ситуации: S(t) hi и S(t) hi.

Так как процессы v(t) и U(t) независимы, то можно записать

Si vi -Ui ;

X| . оо

vi 2xi / viP(vi/viM)dvi,

Vnp Unp

Ui

где D - дисперсия сигнала;

°dr - определить корреляционной матрицы сигнала;

erf(-) - интеграл вероятностей.

Поскольку процесс U(t) сильно коррелирован, Ui Unp и

V2 D tir Y , vi v-ту- Xi + vnp

(ff)

Определим оценку процесса Ui Рассмотрим сначала случай, когда S(t) hi, т.е. когда

Uivi Unp-vnp

Для определения области, которой принадлежит значение Ui, необходимо рассмотреть знаки vi и vnp. Возможны три случая 1) и vnp 0 Ui UnpVnp/vi,

2)vi 0, vnp 0 . Ui Unpvnp/vi, 3) vnp 0, vi 0 Ui Unp (6a)

Аналогично при S(t) hi получим

1) vi 0 Ui UnpVnp/vi, 2)vnp 0 vi 0 - Ui Unpvnp/vi,

3)vnp 0 vi 0 Ui Unp. (66)

Для определения оценок огибающей Ui рассмотрим оба случая Ui Unpvnp/vi и Ui UnpVnp/vi. Находя математическое ожидание Ui, используя (1) в вышеуказанных пределах, получаем значение оценки Ui .

-v|RUnPu -,r

/ru,rfRUf., Ггггг- ,

SMH-R) Н ц РсН Лиф

..

- M(1-R JJ

где М - среднее значение огибающей;

R - коэффициент корреляции отсчетов огибающей;.

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

yi Sign Ui - UnpVnp/vi определяем диапазон значений UI согласно неравенствам (ба), (66),

у VnpV.n

11-И , Ь/ч/Пр

где А- шаг квантования процесса v(t),

2D3

Поскольку из (3) следует, что Ui-i f(Unp), то выражение (7) можно записать в виде

Ui Unp - yi р (Unp, vnp),

где (р- нелинейная функция двух параметров Vnp И Unp,

yi - определяется тремя знаками - выходным сигналом Xi, Sign(vnp) и Slgn(vi )co- гласно соотношениям (6а) и (66). При реализации функции yi (0Пр, vnp) наиболее целесообразно воспользоваться таблицей, т.е. использовать ПЗУ.

Дельта-декодер работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал S(t), представляющий собой произведение двух сигналов U(t) и v(t), поступает на первый вход компаратора 1, где сравнивается с предсказанным значением hi Unp vnp. Результаты

сравнения с выхода компаратора 1 заносятся в триггер 2. выход которого является выходом устройства. Выходной двоичный сигнал Р(пТ) поступает на вход первого

фильтра 3, на выходе которого формируется предсказанное значение процесса v(t) на следующий такт vnpl+1 в соответствии с соотношением (4), и на второй вход сумматора 5, где, складываясь со значением vnpi. находящимся в первом регистре 4, в соответствии с (5); образует на выходе сумматора 5 оценку vi . С выхода второго регистра 9 значение Unpi поступает на четвертые входы преобразователя 7, с выходов первого регистра 4 значение vnpi поступает на третьи входы преобразователя 7, с выхода второго дискриминатора 8 на второй вход преобразователя 7 поступает знак отсчета vnpi. с выхода первого дискриминатора 6 на первый вход преобразователя 7 поступает знак отсчета vtf пятый вход преобразователя 7 соединен с выходом устройства. На преобразователе 7 при этом образуется значение

25

Д Ui Ui - Unp -- yi jP (Unp. vnp) - U

np

в соответствии с выражениями (6а). (66), (7), (8), которое поступает на входы второго фильтра 10, определяемого рекуррентным

соотношением (3), на выходах которого образуется предсказанное значение огибающей на следующий такт Unp н-i, которое,. умножаясь в перемножителе 11 на величину Vnp н-1, образует в соответствии с (2) порог

квантования на следующий такт. С приходом следующего тактового импульса на тактовые входы триггера 2 и первого и второго регистров 4, 10 процессы оценивания и предсказания повторяются. Значение порога с выходов перемножителя 11 преобразуется в аналоговый вид при помощи цифроаналогового преобразователя 12 и поступает на второй вход компаратора 1 для последующего сравнения.

Таким образом, очевидно, что в дельтакодере в точности реализуется синтезированный выше алгоритм, который, как было показано, более точно учитывает характеристики обрабатываемого сигнала, следствием чего является увеличение в сравнении с прототипом отношения сигнал/шум восстановленных сигналов.

Следует отметить, что дополнительным достоинством устройства является отсутствне аналоговых элементов, что делает модем стабильным и технологичным. Формула изобретения Адаптивный дельта-кодер, содержащий компаратор, первый вход которого является

информационным входом дельта-кодера, а выход соединен с информационным входом триггера, тактовый вход которого является тактовым входом дельта-кодера, выход триггера подключен к входу первого фильтра и является выходом дельта-модулятора, первый дискриминатор, второй фильтр, выходы которого и выходы первого фильтра соединены с первыми и вторыми входами перемножителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дельта-кодера, в него введены цифроаналоговый преобразователь, второй дискриминатор, первый и второй буферные регистры, сумматор и преобразователь кодов, выходы которого подключены к входам второго фильтра, тактовые входы буферных регистров объединены и подключены к тактовому входу дельта-кодера, информационные входы первого и второго буферных регистров подключены к выходам одноименных фильтров, выходы первого и второго дискриминаторов соединены соответственно с

первым и вторым входами преобразователя кодов, выходы первого буферного регистра подключены к третьим входам преобразователя кодов, входам второго дискриминатора и первым входам сумматора, выходы которого соединены с входами первого дискриминатора, выходы второго буферного регистра соединены с четвертыми входами преобразователя кодов, пятый вход которого объединен с вторым входом сумматора и

подключен к выходу триггера, выходы перемножителя подключены к входам цифро- аналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом компаратора.