Адаптивный дельта-кодер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН с.ц д 4 Н 03 М 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4218399/24-24 (22) 04.01.87 (46) 23.09.88. Бюл. 9 35 (72) Б.Ш. Златкин, В.А. Петросян и С.О. Скворцов (S3) 621.376.56(088 ° 8) (56) ТИИЭР, 1967, У 3, с. 59-?1.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1193820, кл. Н 03 М 3/02, 1984.

Дельта-модуляция. Теория и применение. — М.: .Связь, 1976, с. 188, рис. 7.8. (54) АДАПТИВНЫЙ ДЕЛЬТА-КОДЕР (57) Изобретение относится к автоматике и технике связи. Его использование в системах передачи информации позволит повысить точность дельтакодера, содержащего вычитатель 2, компаратор 4, формирователь 5 импульсной последовательности, амплитудноимпульсный модулятор 6, интегратор 7 и формирователь 10 сигнала управления.

Благодаря введению фильтров нижних и верхних 11 частот, вычитателя 3, интеграторов 8 и 9, выпрямителя 12, сумматора 3, перемножителя 14, источника 15 постоянного напряжения и функционального преобразователя 16 обеспечивается непрерывное слежение за спектром аппроксимирующего сигнала, вследствие чего отфильтровываются высокочастотные составляющие спектра сигнала, уровень которых ле-. щ жит ниже уровня шума квантования.3 нл., l8

1425839

Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи информации с дельта-модуляцией (ДИ).

Цель изобретения - повышение точности дельта-кодера.

На фиг. 1 приведена функциональная схема адаптивного дельта-кодера; йа фиг„ 2 — спектры сигнала и шума квантования; на фиг, 3 — диаграммы работы дельта-кодера.

Адаптивный дельта-кодер содержит фильтр 1 нижних частот (ФНЧ) первый.

3 и второй 3 вычитатели, компаратор формирователь 5 импульсной последовательности (в простейшем случае триггер), амплитудно-импульсный модулятор 6 (АИМ), первый-третий интеграторы 7-9, формирователь,10 сигнала 20 управления, фильтр 11 верхних частот (ФВЧ), ззыпрямитель 12 (двухполупериодный) сумматор 13, перемножитель 14, источник 15 постоянного напряжения и функциональный преобразователь 16„ 25 информационный 17 и тактовый 18 входы ! выход 19, Формирователь 10 сигнала управлепия служит для управления шагом квантования в зависимости от входного сиг 30

I нала и может быть реализован так же, как в известном устройстве.

Адаптивный дельта-кодер работает следующим образом.

Ограниченный по спектру в ФНЧ 1 речевой сигнал U(t), поступающий со входа 17, сравнивается в вычитателе л

2 с аппроксимирующим сигналом U(t), формируемым на,выходе интегратора 7 в соответствии с выходной импульсной последовательностью, Разностный сигнал U(t) — U(t) подается на. компаратор 4, принимающий решение о знаке этого сигнала. В моменты времени, определяемые тактовой частотой на входе i8, на выходе формирователя 5 образуется поток единиц и нулей в соответст1зии со знаком сигнала разности, Эта последовательность подается на местный декодер и с выхода 19— в такт связи. В схеме дельта-кодера

50 предусмотрено, что положительной

1 полярности сигнала разности соответствуют символы "1" в информационной последовательности на выходе 19 и увеличение аппроксимирующего сигнала, на выходе местного декодера (выход интегратора 7), а отрицательной полярности — символы "0" и уменьшение аппроксимирующего сигнала. Абсолютная величина приращения, формируемого в интеграторе 7, зависит от величины напряжения на управляющем входе АИМ

6. В функции АИИ 6 входит также преобразование однополярного сигнала на входе, соответствующего уровням Ол и "1", в двухполярный сигнал на выходе, Оптимальная величина приращения

E „ аппроксимирующего сигнала (шаг квантования), формируемая на выходе перемножителя 14, является функцией двух величин: текущей мощности производной сигнала D и верхней частоты спектра входного сигнала, равной частоте среза ФНЧ1 f, причем они связаны следующим образом:

CopT = e(fe)-Vy где „ — тактовая частота (константа) .

Напряжение, численно равное - Г, на одном из входов перемножителя 14 формируется путем анализа выходной импульсной последовательности в формирователе 10. На второй вход перемножителя 14 поступает напряжение, обусловленное текущим значением частоты среза Й ФНЧ 1„ Оно получается в результате преобразовачия величины ,Й, равной управляющему напряжению

ФНЧ 1, формируемому на выходе интегратора 9 в преобразователе 16, который реализует преобразование согласно (1) .

Ограничение спектра сигнала в

ФНЧ i осуществляется с тем, чтобы верхние слабые составляющие спектра сигнала, которые при декодировании сигнала окажутся ниже уровня шума квантования, не поступали на вход дельта-кодера, Аналогичное ограничение, но уже аппроксимирующего сигнала производится в декодере, который эквивалентен местному декодеру, что приводит к вырезанию" той части спектра, которая находится выше уровня шума квантования.

Поскольку как форма спектра сигнала, так и уровень шума квантования меняются во времени, то и частота среза ФНЧ 1 меняется в соответствии с этими факторами на основе анализа аппроксимирующего сигнала и ве1425839 личины шага квантования в местном декодере.

Для уяснения принципа формирования напряжения управления частотой среза рассмотрим аппроксимирующий сигнал в частотной области. На фиг. 2 схематически показан его спектр, содержащий составляющие полезного сигнала (С) и шума квантования (Ш), По оси абсцисс отложена частота Г, а по оси ординат — спектральная плотность G

Путем фильтрации в ФНЧ 11, частота среза которого совпадает с частотой среза ФНЧ 1, получают внеполосную часть спектра, состоящую преимущественно из шума квантования (фиг.2б).

Двухполупериодный выпрямитель 13 совместно со вторым интегратором 8 вычисляют текущий уровень U, внеполосной(20 части аппроксимирующего сигнала.

Уровень шума квантования при отсутствии перегрузки прямо пропорционалет напряжению U на выходе перемножителя 14, равному шагу квантования. 25

Величина U сравнивается с напряжением U, смещенным с помощью сумматора 13 и источника 15 на небольшую величину U,,Напряжение разности dU на выходе вычитателя 3 интегрирует- 30 ся в интеграторе 9 и поступает на управляющие входы ФНЧ 1 и ФВЧ 11, а также на вход преобразователя 16.

Регулировка ФНЧ 1 и ФВЧ 11 осуществляется так, чтобы частота среза следила за точкой пересечения огиба35 ющих спектров сигнала и шума (этой точке соответствует частота f, на фиг,2а). Для этого сравниваются уровни внеполосного аппроксимирующего сигнала U< и шума квантования U, которые при наличии слежения (в установившемся режиме) должны быть одинаковы, поскольку шум квантования распределен по оси частот сравнительно равномерно. Увеличение U относительно U свидетельствует о том, что внеполосная часть айпроксимирующего сигнала содержит не только шум квантования, но и сам сигнал. При этом частота среза управляемых фильтров 1 и

11 увеличивается (фиг.3a) . Небольшое смещение U, соответствующее уменьшению частоты среза на Е, введено для. обеспечения условия U +U U в тех случаях, когда частота среза находится выше частоты f (фиг.Зб). В этом случае частота среза фильтров уменьшается. Таким образом, фактически слежение осуществляется за частотой f, незначительно сдвинутой относительно f, на f

Рассмотрим подробнее процесс адаптации. Возможны два начальных состояния.

Пусть в исходном состоянии частота среза Е < f< (фиг,За). При этом напряжение аБ на выходе вычитателя

3 (dU = U .(П + U ) p О. Интегриро1 вание положительного напряжения а Б в интеграторе 9 приводит к непрерывному увеличению напряжения на его выходе, которое смещает частоту среза

ФНЧ 1 и ФВЧ 11 в область верхних частот. Напряжение на выходе преобразователя 16 уменьшается в соответствии с функцией Р (f ) (1), тем самым поддерживая величину шага квантовантования Е оптимальной. Процесс продолжается до тех пор, пока уменьшающееся при этом напряжение U< не станет равным U< + U, à f = f, . Поскольку dU станет равным нулю, то выходное напряжение интегратора 9 фиксируется и перестройка далее не осуществляется.

Пусть в исходном состоянии

f + f (фиг.4б). В этом случае U< = Ug и ьБ = Ui — (Uz + Uo) = -U . Напряжение на выходе интегратора 9 уменьшается, смещая частоту среза фильтра

1 и 11 в область нижних частот. Напряжение на выходе преобразователя 16 увеличивается поддерживая Е оптимальным. Регулировка осуществляется до

1 частоты f, = f, при этом U + U и p U = О, следовательно, перестройка прекращается.

Таким образом, напряжение, управляющее частотой среза УФНЧ 1 и УФВЧ

11, формируется на основе анализа аппроксимирующего сигнала и величины шага квантования -, а Е зависит от частоты среза и мощности производной D. При этом любые отклонения

t частоты f < от вследствие перераспределения спектра сигнала и уровня шума приводят к соответствующей перестройке частоты среза и шага квантования так чтобы обеспечивалось

У равенство f = f< и оптимальность

Это позволяет ограничивать слабые высокочастотные составляющие спектра сигнала, которые оказываются ниже уровня шума квантования в результате чего отношение сигнал-шум кванто1425839 дельта-преобразования увеличивается.

Формула изобретения

Б

Адаптивный дельта-кодер, содержащий первый вычитатель, выход которого соединен с входом компаратора, выход которого подключен к информационному входу формирователя импульсной,последовательности, тактовый вход которого является тактовым входом дельта-кодера, выход формирователя импульсной последовательности под- 1б ключен к информационным входу амплитудно-импульсного модулятора„ входу формирователя сигнала управления и является выходом дельта-харера, выход амплитудно-импульсного модулятора б через первый интегратор соединен с вычитающим входом первого вычитателя, отличающийся тем, что,, с целью повьппения точности дельта-кодера, в него введены второй и третин 2б интеграторы, второй вычитатель, сумматор, источник постоянного напряжения, перемножитель, функциональный преобразователь, фильтр верхних час-, тот и фйльтр нижних частот, информа- ционный вход которого является информационным входом дельта-кодера, вы;од формирователя сигнала управления соединен с первым входом перемножителя, выход которого подключен к управляющему входу амплитудно-импульсного модулятора и первому входу сумматора выход .источника постоянного напряжения соединен с вторым входом а сумматора, выход которого подключен к вычитающему входу в" орого вычитателя, выход которого через третий ин" тегратор соединен с управляющими входами фильтра верхних частот и фильтра нижних частот Р входом функционального преобразователя, выход которого подключен к второму входу перемножителя, выход фильтра нижних частот соединен с суммирующим входом первого вычитателя, информационный вход фильтра верхних частот подключен к выходу первого интегратора„ выход фильтра верхних частот через соединенные последовательно выпрями" тель и второй интегратор соединен с суммирующим входом второго вычитателя.

1425839

Ж У А

4Ь8,Ю

Составитель О. Ревинский

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Редактор Г. Волкова

Заказ 4783/55 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4