Дельта-модулятор Советский патент 1980 года по МПК H03K13/22 

(54) да;льтд-модуля ТОР

Изобретение относится к электросвязи и предназначено для преобразования речевых, сигналов в цифровую форьгу для дальнейшей цифровой ко1Ф утг1Ции и уп- лотнения, а также для использования в устройствах конференцсвязи, в которых объединение дельта-модулированных /ДМ) сигналов производится цифровыми методами.IQ

известен дельта-модулятор для крнференцсвязи, содержащий последова- . тельно соединенные интегратор, усилитель низкой частоты и дельта кодер, выход которого подключен к первому входу коммутационного блока, выходы - которого соединены с первыми входами перемножителей, вторые входы которых соединены с выходами распределителя импульсов, соответствующей выход которого подключен ко вторым входам дельта-кодера и коммутационного блока, а выходы перемчожителей соединены со входами сумматора и последовательно соединенные детектор уровня, блок сравнения и амплитудноимпульсный модулятор 1.

Недостаток этого дельта-модулятора заключается в низком качестве воспроизведения речевых сигналов, JQ

2.

Известен также дельта-модулятор, содержащий-входной фильтр, подключенный к первому входу компаратора, выход которого соединен с первым входо.м триггера, второй вход которого и выход подключены к первому и второму входам четырехразрядного регистра сдвига соответственно, прямле и инверсные выходы которого подключены к схеме эквивалентности, соеди ненной через слоговый интегратор с первым входом амилитудно-импул ьсного модулятора, второй вход которого со.единен со вторым входом четырехразрядного регистра сдвига, а выход подключен к первому входу первого преобразователя полярности/ выхОд которого через основной интегратор . подключен ко второму входу компаратора, второй преобразователь по.лярности, поключенный к выходу триггера и дополнительный интегратор, выход которого подключен к одному из входов сумматора 2,

Недостатком этого дальта-модулятора является низкое качество воспроизведения речевь х сигналов из-за -5алой эффективности подавления шулов свободного канала. Цель изобретения - улучшение качества воспроизведения речевых сигналов путем уменьшения мощности шумов свободного канала. Поставленная цель достигается за счет того, что в дельта-модулятор, содержащий входной фильтр, подключен ный к первому входу (омпаратора, выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого и выход подключены к первому и второму входам четырехразрядного регист ра сдвига соответственно, и инверсные выходы которого подключены к элементу эквивалентности,соединенному через слоговый интегратор с первым входом амплитудно-импульсного модулятора,второй вход которого соединен со вторым входом четырехразряд ного регистра сдвига, а выход подключен к первому входу первого преобразователя полярностиf выход кото рого через основной интегратор подключен ко второму входу компаратора и последовательно соединенные второ преобразователь полярности с дополнительным интегратором, дополннтель но введены два элемента совпадания, подключенные своими входами к прямы .и инверсным выходам двух первых раз рядов четырехразрядного регистра сдвига, а выходами - ко входам втор го преобразователя полярности и уси литель, вход которого соединен с вы ходом дополнительного интегратора., выход - со вторым входом первого пр образователя полярносэ:и . На фиг,1 показана схема дельтамодулятора; на фиг.2 - диаграммы на пряжений , где, и (t)- форма напрях ения на основ ном интеграторе; Т.. - период следования тактовы импульсов; Т(-, - период повторения двухэле ментных пачек на выходе-м дулятора; Cf величина напряхгения шага квантования; - величина напряжения, разная ошибке ассиметрии У (t) - сигнал на выходе дельтамодулятора в режиме холос того хода; V(t) - сигнал на выходе пергзргс преобразователя полярност с амплитудами ± V Е (t) - сигнал на выходе .второго и .. преобразователя полярност с амплитуды; ± Е; и - соеднее значение напря5: ен на выходе дополнительного интегратора;. VQ -- среднее значение напря/хен на выходе первого преобра вателя полярности. Дельта-модулятор содержит входн фильтр 1, соединенный с первым входом компаратора 2, выход которого покдлючен к первому входу триггера 3. Выход тригтера 3 соединен со входом четырехразрядного регистра 4 сдвига , прямьте и инверсные выходы которого через элемент экривалентности 5 соединены со слоговым интегратором б, Выход слогового интегратора 6 соединен с первым входом амплитудноимпульсного модулятора 7, второй вход которого подключен к выходу триггера 3, а выход соединен с первым входом первого преобразователя 8 полярности. Выход преобразователя 8 полярности через основной интергатор 9 соединен со вторым входом компаоатора 2. Входы элемента 10 совпадения подключены к прямым выходам первого и второго разрядов регистра 4, входы элемента 11 совпаден:-5я подключены к инверсным выходам тех же разрядов регистра 4, а выходы элементов совпадения подключены ко входам второго преобразо- . Бателя 12 полярности, выход которого Через последовательно соединенные дополнительный интегратор 13 и усилисель 14 подключен ко второму входу первого преобразователя 8 полярности. Дельта-модулятор работает следующим образом. Посредством фильтрации из сигнала E(t) Исключается чередуюшие символы 1010. „ 10, таким образом, обратная Свкэъ в полосе рабочего диапазона с границами 300 Гц - 3,4 кГц отсутству г. так как частота среза до полкитального интегратора 13 выбирается в районе 10 - 20 Гц, т„е, обычная кС-цепь спраЕляется как с функцией усреднения (интегрирования) ,- так и фильтрации. При отсутствии сигнала, на входе модулятора различия шагов квантования, например cf) сигнал U(t) (фиг, 2) , на основном интеграторе 9 накапливается постоянная составляющая, которая приводит к появлению пачек из двух нулей в сигнале у (t) , Чем больше ошибка асимметрии (5..- cf , тем чаш.е появляются пачкк из двух нулей, т.е. тем выиш частота появления пачек При протизоположком звоке ошибки асимметрии с5.сГс в сигнале у (t) имеются пачлси из двух единичных символов, частота следования Fp которых также зависит от величины g. Величину частоты следовании двухэлементных пачегс нетрудно вычислить (фиг, 2, сигнал lf(t)j, Из подобия трекугольникОБ следует, что t cf р-.с откуда lVv-cy Сигнал y(t) поступает .Е регистр 4 сдвига и в данном случае на выходе элемента 11 совпадения имеются единичные импульсы, сигнал И (t) .. Данные импульсы поступают на второ .преобразователь 12 полярности и, так как сигнал 0 (t)0, то на выхо де преобразователя 12 полярности присутствуют положительные импульсы амплитудой Ё, которые вЬздейст вуют на дополнительный интегратор В процессе усреднения на интеграто ре 13 появляется постоянная состав ющая напряжения Uo , которую легко числить u,.I.t . Данная постоянная составляющая, усиленная за счет усилителя 14 в К раз, поступаетfe протквофазе на пе вый преобразователь 8 полярности, результате чего на выходе его всег да будет присутствовать напряженке VQ, компенсирующее ошибку асимметр , причем где К - коэффициент усиления усилителя 14; К - коэффициент передачи первого преобразователя полярности 8, С другой стороны, ошибка асимметрии возникает из-за-различия шагов положительных и отрицательны .приращений аппроксимирующего напря жения (t) , причем без учета отри цательной обратной связи. Ее очень просто определить из вырэжрния -i., о - I с где -sr - постоянная времени основного интегратора 9, VQ - в данном случае, напряжение на входе основного интегратора 9, которое вызыв ет ошибку асимметрии g, , Для конкретного рассматриваемого примера существование Vo на входе ос новного .интегратора эквивалентно тому (.фиг. 2) , что j + v i-vl . С учетом отрицательной обратной связи, в схеме (фиг,1) должен существовать установившийся процесс, который должен удовлетворя ь как условие (3), так и условие (4). Поэтому, приравнивая (3) и (4)ъ можно получить выражение, которое указ.ывает на предельные возможности (предлагаемого метода компенсации ошибки асимметрии i Е-К.К Из выражения (5) следует важный вывод: для того, чтобы устранить шу 1МЫ свободного канала или же уменьшить частоту появления двухэлемент(3 ных пачек foHa выводе дельта-модулятора, необходимо коэффициент усиления по напряжению К введенного усилителя 14 выбрать достаточно большим, однако-необходимо выбрать К столь большим, чтобы выполнять условие п п т.е. чтобы мощность спектральных составляющих, попадающих в полосу пропускания речевых сигналов, была бы мала. Как показали экспериментальные исследования, при испытании дельта-модуляторов в режиме конференцсвязи, при числе участников равным 10, вполне достаточно (чтобы на слух не воспринимать шумы свободного канала) выбирать -1500, что легко обеспечивается одним операционным усилителем типа К 1 УТЧО 1 В. Таки.м образом введенные элементы 10 и 11 совпадания обеспечивают подавление шумов свободного канала. Это вполне объяснимо, так как функции усреднения (интегрирования) и фильтрации можно одновременно совместить только при исключении в цифровом потоке Y(t) равновероятных комбинаций типа 10 в предлагаемом.дельтамодуляторе , Путем перехода с помощью введенных элементов 10, 11 совпадания от непериодического сигнала к периодическому (фиг,2, сигнал Е (t)), а далее путем усреднения и усиления сигнала, пропорционального ошибке асимметрии, и введения его в цепь отриЦательно.й обратной связи удалось практически полностью скомпенсировать аси|-л.м.етрию, всегда присутствующую Е дельта-модуляторе. Введеные элементы совпадения и усилитель напряжения незначительно увеличивают объем оборудования предлагаемого дельта-модулятора, что позволяет надеяться на широкое его применение при преобразованиях речевых сигналов в цифровую форму в системах цифровой коммутации и уплотнения электронных АТС и особенно 3 устройствах конференцсвязи. Формула изобретения Дельта-модуля.тор, содержащий входной фильтр, подключенный к первому входу ко1.таратора, выход которого соединен с первым входом триггера,второй вход которого и выход - подклн чены к первому и второму входам четырехразрядного регистра сдвига соответственно, прямые и инверсные выходы которого подключены к элементу эквивалентности, соединенному через слоговой интегратор с первым входом амплитудно-импульсчрго модулятора,второй вход котброго соединен со вторым ходом четырехразрядного регистра

|сдвига, а выход подключен к первому входу первого преобразователя полярности, выход которого через основной интегратор поключен ко второму входу компаратора и последовательно соединенные второй преобразователь полярности с дополнит ельным. интегратором, отличающ и и с я тем, что, с целью улучшения качества воспроизведения речевых сигналов путем уменьшения шумов свободного канала, в него дополнительно введены два элемента совпадания, подключенные своими входами к прямым и инверсным выходам двух первых разрядов четырехразрядного регистра сдвига, а выходами -

ко входам второго преобразователя полярности и усилитель, вход которого соединен с выходом дополнител1зного интегратора, а выход - со вторым входом первого преобразователя полярности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР d 582590, кл. Н 04 М 3/56, 1977.

2 .Qreefues.K., Ri&meneK.Code Modu w(tb liig-Wottey ControCeed Compario ng i.o SpeecK Tranamiasion.,. TechoicaG Review

№ 11/12 p. 335-353 (npo1970, 31, тотип).

бь/хоЭ

Фиг.

Фиг,2.