Способ передачи цифровых сигналов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано в аудио- и видеотехнике для хранения и передачи информации. Целью способа является повышение достоверности передаваемой и/или записываемой информации при сокращении ее объема. Цель достигается способом передачи цифровых сигналов, при котором исходную последовательность отсчетов цифрового акустического или видеосигнала преобразуют в последовательность вторичных отсчетов, каждому из которых ставят в соответствие несколько заданных отсчетов или заданную область значений отсчетов исходной последовательности, а отличиями которого являются восстановление исходной последовательности отсчетов цифрового сигнала из последовательности вторичных отсчетов, сравнение исходной и восстановленной последовательностей отсчетов, выделение сигнала ошибки и при равенстве или превышении им допустимой погрешности передача и/или записи этого сигнала, а в том случае, когда сигнал ошибки меньше допустимой погрешности, передача и/или записи полученной после преобразования последовательности вторичных отсчетов цифрового сигнала. Целью устройства для реализации предлагаемого способа является обеспечение устойчивой работы устройства на низкой тактовой частоте. Решение задачи обеспечивается в устройстве, содержащем блок 1 компараторов, первый коммутатор 2, введением декодера 3, вычитателя 4, формирователя 5 управляющего сигнала и второго коммутатора 6. При этом, поскольку в процессе увеличения разности между восстановленными последовательностями отсчетов сигналов происходит периодическая передача этого разностного сигнала более высокой разрядности, происходит устранение ошибки в восстановленном цифровом сигнале. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в аудио и видеотехнике для хранения и передачи информации.

Известен способ передачи цифровых сигналов [1] при котором осуществляют передачу последовательности отсчетов ДИКМ сигналов, при этом несколько следующих друг за другом отсчетов последовательности ДИКМ сигналов преобразуют в слова данных по возможности одинаковой минимальной длины, объединяют несколько слов данных с обозначающей их длину преамбулой в один блок данных постоянной длины и передают их или записывают.

Таким образом, в данном способе производится точное и однозначное преобразование, однако не учитываются инерционные свойства слуха и зрения человека, благодаря которым при передаче и записи речевых и видеосигналов возможно сокращение передаваемой информации путем уменьшения ее избыточности.

Возможность сокращения передаваемой информации путем уменьшения ее избыточности достигнута в способе [2] в котором применяются оптимальное кодирование, заключающееся в том, что частота повторения отсчетов коррелирована с длиной кода так, что образуемое слово данных тем короче, чем чаще встречается отсчет, и сокращение кодируемой информации путем постановки в соответствие последовательности нескольких отсчетов или некоторой области значений этих отсчетов одного слова данных, т.е. производится неточное кодирование.

В этом способе последовательность отсчетов цифрового акустического сигнала преобразуют в последовательность вторичных отсчетов спектральных коэффициентов, которые характеризуют акустический сигнал, полученную последовательность вторичных отсчетов спектральных коэффициентов, которые характеризуют акустический сигнал, полученную последовательность вторичных отсчетов квантуют, производят ее оптимальное кодирование и передают и/или записывают. Причем при оптимальном кодировании частота повторения квантованных вторичных отсчетов коррелирована с длиной кода так, что образуемое слово данных тем короче, чем чаще встречается тот или иной вторичный отсчет, при этом слово данных соответствует нескольким вторичным отсчетам последовательности или области значений вторичных отсчетов.

Частными случаями данного способа являются: способ передачи, при котором слово данных соответствует только части области значений отсчетов (п.2 формулы изобретения), а всем остальным значениям данной области ставится в соответствие особый код; способ передачи, при котором последовательностью вторичных отсчетов являются отсчеты дифференциально-импульсно-кодомодулированного сигнала (ДИКМ) (п.4 формулы изобретения).

При таком способе преобразования разрядность кодируемой информации не может быть значительно уменьшена, так как это приведет к значительному снижению достоверности декодированной информации и потере устойчивости при восстановлении сигнала.

Целью предлагаемого способа является повышение достоверности передаваемой и/или записываемой информации при сокращении ее разрядности.

Цель достигается в предлагаемом способе передачи цифровых сигналов, при котором исходную последовательность отсчетов цифрового акустического или видеосигнала преобразуют в последовательность вторичных отсчетов меньшей разрядности, каждому из которых ставят в соответствие несколько заданных отсчетов или заданную область значений отсчетов исходной последовательности акустического или видеосигнала, отличиями которого являются восстановление исходной последовательности вторичных отсчетов, сравнение исходной или восстановленной последовательностей отсчетов, выделение сигнала ошибки и при равенстве или превышении им допустимой погрешности передача и/или запись этого сигнала, а в том случае, когда сигнал ошибки меньше допустимой погрешности, передача и/или запись полученной после преобразования последовательности вторичных отсчетов цифрового сигнала.

При этом предлагаемый способ передачи цифрового акустического или видеосигнала может отличаться тем, что если исходной последовательностью отсчетов является ДИКМ цифровой акустический или видеосигнал, восстанавливают последовательность отсчетов импульсно-кодомодулированного (ИКМ) сигнала, осуществляют восстановление последовательности отсчетов ИКМ сигнала из последовательности вторичных отсчетов и производят сравнение полученных восстановленных последовательностей отсчетов ИКМ сигнала.

При необходимости ДИКМ может быть осуществлена и в предлагаемом способе. В этом случае исходную последовательность отсчетов цифрового акустического или видеосигнала преобразуют в последовательность ДИКМ сигнала и из нее восстанавливают последовательность отсчетов ИКМ сигнала, которую сравнивают с последовательностью отсчетов ИКМ сигнала, восстановленной из последовательности вторичных отсчетов ДИКМ сигнала.

Повышение достоверности передаваемой и/или записываемой информации при сокращении ее объема обеспечивается в предлагаемом способе передачи цифровых сигналов благодаря тому, что отсчеты исходной последовательности цифрового сигнала преобразуют как и в прототипе в последовательность вторичных отсчетов на основе матрицы системы неравенств где d₁. d_n значения вторичных отсчетов последовательности цифрового сигнала после преобразования; δ₁,...δ_n-1 граничные значения областей, на которые разбивается диапазон преобразуемых отсчетов исходной последовательности цифрового сигнала, причем количество множеств зависит от разрядности отсчетов исходной последовательности и допустимой погрешности; Δ_min, Δ_max соответственно минимальное и максимальное значения отсчетов исходной последовательности цифрового сигнала.

В результате такого преобразования каждый вторичный отсчет di полученной после преобразования последовательности соответствует нескольким заданным отсчетам Δi исходной последовательности или заданной области значений (δ_i+1...δ₁) на множестве всех значений исходной последовательности цифрового акустического или видеосигнала.

Затем в отличие от прототипа восстанавливают последовательность отсчетов I_i из полученной в результате преобразования последовательности вторичных отсчетов d_i в соответствии с выражением I_i I_i-1 + d_i (2) где I_i-1 предыдущее значение восстановленного отсчета, сравнивают восстановленную последовательность отсчетов I_i и исходную последовательность отсчетов x_i, разность между которыми a x_i I_i (3)
и формируют последовательность отсчетов выходного сигнала Y_i на основе матрицы системы неравенств

где σ допустимая погрешность выходного сигнала.

Описанные преобразования позволяют при отличии восстановленной последовательности отсчетов от исходной последовательности более чем на допустимую погрешность s передавать и/или записывать выделяемый в этом случае сигнал ошибки. Причем при передаче сигнала ошибки значение восстановленного отсчета принимают равным значению исходной последовательности I_i=x_i. Благодаря этому обеспечивается повышение достоверности передаваемой и/или записываемой информации при сокращении ее объема.

Известны устройства передачи цифровых сигналов, реализующие описанные выше способы.

Устройство, описанное в Европейском патенте N 0244729, содержит анализатор последовательности отсчетов ДИКМ сигналов, осуществляющий преобразование нескольких следующих друг за другом отсчетов последовательности отсчетов ДИКМ сигналов, поступающих на его вход, в слова данных, выходы которого подключены ко входам блока формирования преамбулы, т.е. кода вида последующего ДИКМ сигнала, и формирователя блока данных постоянной длины, другой вход которого связан с выходом блока формирователя преамбулы.

В устройстве осуществляется преобразование исходного ДИКМ сигнала в слова данных, объединение их с преамбулой и передача полученного блока данных, содержащего избыточную информацию.

Устройство, реализующее способ [2] содержит преобразователь исходной последовательности отсчетов, акустического сигнала в последовательность вторичных отсчетов, спектральные составляющие которых воспроизводят акустический сигнал, который может быть выполнен, например, в виде блока фильтров, блок квантования, вход которого связан с выходом упомянутого преобразователя, а выход со входом блока кодирования. Причем блок кодирования может быть выполнен из последовательно соединенных блока компараторов и коммутатора. Благодаря преобразованию исходной последовательности отсчетов цифрового сигнала в последовательность вторичных отсчетов, характеризующих параметры исходного сигнала, и оптимальному кодированию устройство обеспечивает сокращение объема передаваемой информации. Однако при уменьшении разрядности передаваемой информации возникает неустойчивость работы декодера и снижение достоверности декодированной информации, особенно при большой скорости нарастания входного сигнала, что не позволяет значительно снизить объем передаваемой информации.

Целью предлагаемого устройства является сокращение объема передаваемой информации путем уменьшения разрядности выходных отсчетов по сравнению с оптимально кодированными отсчетами, получаемыми с выхода устройства, реализующего способ, описанный в патенте ЕР N 0393526, без потери устойчивости при восстановлении сигнала.

Решение указанной задачи осуществляется в устройстве, содержащем блок компараторов, выходы которого подключены к соответствующим входам первого коммутатора, отличающемся тем, что введены декодер, вычитатель, формирователь управляющего сигнала и второй коммутатор, при этом выход первого коммутатора подключен к первому входу декодера, второй вход и выход которого соединены с первым входом вычитателя, второй вход которого соединен с третьим входом декодера, на который подан исходный сигнал, выход вычитателя соединен со входом формирователя управляющего сигнала, а также со вторым входом второго коммутатора, выход которого является выходом устройства, первый вход связан с выходом первого коммутатора, а третий вход с выходом формирователя управляющего сигнала и четвертым входом декодера.

При этом в том случае, когда исходной последовательностью отчетов является последовательность отсчетов ДИКМ цифрового акустического или видеосигнала, в устройство передачи цифровых сигналов введен блок восстановления последовательности отсчетов цифрового ИКМ сигнала, а блок декодирования содержит сумматор, первый вход которого является первым входом декодера, второй вход сумматора соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом третьего коммутатора, первый вход которого является вторым входом декодера, второй вход третьим входом декодера, третий вход четвертым входом декодера, причем третий вход декодера соединен с выходом блока восстановления последовательности отсчетов цифрового ИКМ сигнала, вход которого соединен со входом устройства.

Поскольку в предлагаемом устройстве в процессе увеличения разности между восстановленными последовательностями отсчетов сигналов происходит периодическая передача этого разностного сигнала более высокой разрядности, происходит устранение ошибки в восстановленном цифровом сигнале.

На фиг.1 приведено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2 то же, вариант.

Устройство содержит блок 1 компараторов, первый коммутатор 2, декодер 3, вычитатель 4, формирователь 5 управляющего сигнала и второй коммутатор 6, при этом вход блока 1 компараторов является входом устройства, а его выходы подключены к соответствующим входам первого коммутатора 2, выход которого соединен с первыми входами декодера 3 и второго коммутатора 6, второй вход которого соединен с выходом вычитателя 4 и входом блока 5 формирования управляющего сигнала, выход которого подключен к третьему входу второго коммутатора 6 и четвертому входу декодера 3, второй вход которого и его выход подключены к первому входу вычитателя 4, второй вход которого соединен с третьим входом декодера 3 и входом устройства, выход второго коммутатора 6 является выходом устройства.

В том случае, когда исходной последовательностью отсчетов является последовательность отсчетов ДИКМ цифрового акустического или видеосигнала, устройство, реализующее способ по пп. 1,2 формулы изобретения, дополнительно содержит блок 7 восстановления последовательности отсчетов ИКМ сигнала, вход которого соединен со входом устройства, а выход подключен к третьему входу декодера 3 и второму входу вычитателя 4, а декодер содержит сумматор 8, первый вход которого является первым входом декодера 3, а выход выходом декодера 3, второй вход сумматора 8 соединен с выходом устройства задержки 9, вход которого соединен с выходом третьего коммутатора 10, первый вход которого является вторым входом декодера 3, второй вход третьим входом декодера 3, третий вход четвертым входом декодера 3. При необходимости ДИКМ может быть произведена в предлагаемом устройстве, для чего блок ДИКМ может быть установлен на входе устройства, а на вход блока 3 декодирования и вычитающего устройства подан сигнал ИКМ.

Рассмотрим реализацию способа в устройстве, приведенном на фиг.1. Исходная последовательность отсчетов цифрового сигнала поступает на блок 1 компараторов K1-Kn, каждый из которых выделяет несколько заданных отсчетов или заданную область значений отсчетов этой последовательности, в которой находится соответствующий отсчет исходной последовательности. В результате на выходе первого коммутатора 2, осуществляющего коммутацию выделенных на выходах блока 1 вторичных отсчетов на основе (1), формируется последовательность вторичных отсчетов сокращенной разрядности. Полученная последовательность вторичных отсчетов с выхода первого коммутатора 2 поступает на первый вход декодера, на третий вход которого поступает исходная последовательность отсчетов цифрового сигнала, а на второй вход восстановленная в соответствии с (2) последовательность отсчетов цифрового сигнала. Эта же восстановленная последовательность отсчетов цифрового сигнала поступает на первый вход вычитателя 4, на второй вход которого подается исходная последовательность отсчетов цифрового сигнала. На выходе вычитающего устройства формируется в соответствии с (3) сигнал разности между восстановленной и исходной последовательностями отсчетов цифрового сигнала. Этот разностный сигнал поступает на вход блока 5 формирования управляющего сигнала и на второй вход второго коммутатора 6, на первый вход которого подается с первого коммутатора 2 последовательность вторичных отсчетов.

В блоке 5 формирования управляющего сигнала производится сравнение в соответствии с (4) значений отсчетов разностного сигнала с выхода вычитателя 4 с допустимой погрешностью. Управляющий сигнал поступает на третий и четвертый входы соответственно второго коммутатора 6 и декодера 3. При этом, если разностный сигнал лежит в пределах от -σ до +σ, то управляющий сигнал с выхода блока 5 обеспечивает прохождение на выход второго коммутатора 6 поступающей на его первый вход последовательности вторичных отсчетов для передачи или записи. В случае выхода результата сравнения за эти пределы управляющий сигнал с выхода блока 5 обеспечивает прохождение на выход второго коммутатора 6 поступающего на его второй вход сигнала с выхода вычитателя 4.

В случае реализации способа по пп.1,2 компараторы блока 1 K1-Kn на которые поступает исходная последовательность отсчетов ДИКМ цифрового сигнала, выделяют несколько соответствующих заданных отсчетов или соответствующую заданную область значений отсчетов последовательности ДИКМ цифрового сигнала. В результате на выходе первого коммутатора 2 формируется последовательность вторичных отсчетов ДИКМ цифрового сигнала сокращенной разрядности. С выхода коммутатора 2 эта последовательность поступает на первый вход декодера 3, которым является первый вход сумматора 8, на второй вход которого с элементом задержки 9 поступают задержанные на один такт отсчеты последовательности цифрового ИКМ сигнала. Восстановленную в блоке 7 последовательность отсчетов ИКМ сигнала подают на второй вход третьего коммутатора 10, на первый вход которого подают сформированную в сумматоре 8 последовательность отсчетов ИКМ цифрового сигнала, восстановленную из последовательности вторичных отсчетов ИКМ цифрового сигнала, восстановленную из последовательности вторичных отсчетов ДИКМ сигнала. Сформированная в сумматоре 8 последовательность отсчетов ИКМ цифрового сигнала поступает также на первый вход вычитателя 4, на второй вход которого подается последовательность отсчетов ИКМ сигнала с выхода блока 7. На выходе вычитающего устройства 4 формируется разность отсчетов этих двух последовательностей, которая поступает на формирователь управляющего сигнала, выполненный в виде компаратора, где происходит сравнение разности отсчетов с допустимой погрешностью. В зависимости от выходного управляющего сигнала блока 5 на выход второго коммутатора 6 и следовательно на выход устройства поступает последовательность вторичных отсчетов ДИКМ цифрового сигнала с выхода первого коммутатора 2, а коммутатор 10 пропускает на вход элемента задержки 9 ИКМ сигнал с выхода сумматора 8, если сигнал разности отсчетов лежит в пределах от -σ до +σ. Если же разность отсчетов выходит за указанные пределы, то на выход коммутатора 6, являющегося выходом устройства, с выхода 4 поступит эта разность, а на элементе задержки 9 поступит сигнал ИКМ, поданный на второй вход коммутатора 10.

Формула изобретения

1. Способ передачи цифровых сигналов, основанный на преобразовании исходной последовательности отсчетов цифрового сигнала в последовательность вторичных отсчетов меньшей разрядности, каждый из которых соответствует нескольким отсчетам исходной последовательности, восстанавливают исходную последовательность отсчетов из последовательности вторичных отсчетов, сравнивают исходную и восстановленную последовательности отсчетов, формируют сигнал коррекции и осуществляют передачу последовательности отсчетов, отличающийся тем, что преобразование последовательности отсчетов цифрового сигнала в последовательность вторичных отсчетов осуществляют на основе матрицы системы неравенств

где d_i амплитуды вторичных отсчетов последовательности,
δ₁,...,δ_n-1 граничные значения амплитуд, на которые разбиваются преобразуемые отсчеты исходной последовательности
Δ_min, Δ_max, соответственно минимальная и максимальная амплитуды отсчетов исходной последовательности,
восстанавливают исходную последовательность отсчетов из последовательности вторичных отсчетов путем суммирования амплитуд каждого вторичного отсчета с предыдущим восстановленным отсчетом, сравнивают одноименные отсчеты восстановленной и исходной последовательности и формируют последовательность отсчетов Y_i для передачи на основе матрицы системы неравенств

где a разность между одноименными исходными и восстановленными отсчетами;
δ заданная допустимая погрешность.

2. Способ передачи цифровых сигналов по п.1, отличающийся тем, что из исходной последовательности отсчета, представляющий собой дифференциально-импульсно-кодомодулированный сигнал, формируют последовательность отсчетов импульсно-кодомодулированного сигнала, осуществляют восстановление последовательности отсчетов импульсно-кодомодулированного сигнала из последовательности вторичных отсчетов.

3. Устройство передачи цифровых сигналов, содержащее блок компараторов, вход которого является входом устройства, выходы подключены к соответствующим входам первого коммутатора, отличающееся тем, что в устройство введен декодер, вычитатель, формирователь управляющего сигнала и второй коммутатор, выход первого коммутатора подключен к первому входу второго коммутатора декодера, второй вход которого и первый вход вычитателя объединены с входом устройства, выход соединен с вторым входом вычитателя и своим третьим входом, выход вычитателя через формирователь управляющего сигнала и непосредственно соединен с вторым и третьим входами второго коммутатора, выход которого является выходом устройства, выход формирователя управляющего сигнала соединен с четвертым входом декодера.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в устройство введен преобразователь отсчетов дифференциально-импульсно-кодомодулированного сигнала в импульсно-кодомодулированный сигнал, установленный между входом устройства и первым входом вычитателя, а декодер содержит сумматор, элемент задержки и коммутатор, выход которого через элемент задержки соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является первым входом декодера, выход сумматора является выходом декодера, первый, второй и третий входы коммутатора являются соответственно вторым, третьим и четвертым входами декодера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2