Адаптивный дельта-кодер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН д 4 Н 03 М 3/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к автомтике и технике связи. Его использование в системах передачи информаципозволит повысить точность дельтакодера, содержащего вычитатель 2, компаратор 4, формирователь 5 импуль ской последовательности, амплитудно- импульсный модулятор 6, интегратор 7 и формирователь 10 сигнала управлени 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 лежит ниже уровня шума квантования,3Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи информации с дельта-модуляцией (ДИ).5Цель изобретения - повышение точности дельта-кодера,На Фиг. 1 приведена Функциональная схема адаптивного дельта-кодера;на Фиг 2 - спектры сигнала и шумаквантования; на Фиг, 3 - диаграммыработы дельта-кодера,Адаптивный дельта-кодер содержитфильтр 1 нижних частот (ФНЧ) первый3 и второй 3 вычитатели, компараторФормирователь 5 импульсной последовательности (в простейшем случаетриггер), амплитудно-импульсный модулятор б (АИМ), первый-третий интеграторы 7-9, Формирователь,10 сигнала 20управления, Фильтр 11 верхних частот(ФВЧ), выпрямитель 12 (двухполупериодный) сумматор 13, перемножитель 14,источник 15 постоянного напряженияи Функциональный преобразователь 16 25информационный 17 и тактовый 18 входыБ выход 19,Формирователь 10 сигнала управлеция служит для управления шагом квантования в зависимости от входного сиг 30нала и может быть реализован так же,как в известном устройстве,Адаптивный дельта-кодер работаетследующим образом.Ограниченный по спектру в ФНЧ 1речевой сигнал Б(1:), поступающий совхода 17, сравнивается в вычитателел2 с аппроксимирующим сигналом Б(С)рФормируемым на,выходе интегратора 7в соответствии с выходной импульснойпоследовательностью, Разностный сигнал Б(с) - Б(С) подается на. компаратор 4, принимающий решение о знакеэтого сигнала, В моменты времени,определяемые тактовой частотой навходе 18, на выходе Формирователя 5образуется поток единиц и нулей в соответствии со знаком сигнала разности,Эта последовательность подаетсяна местный декодер и с выхода 19 -в такт связи. В схеме дельта-кодера50предусмотрено, что положительнойполярности сигнала разности соответствуют символы "1" в информационнойпоследовательности на выходе 19 иувеличение аппроксимирующего сигнала,на выходе местного декодера (выходинтегратора 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 0 и "1", в двухполярный сигнал на выходе,Оптимальная величина приращения Еаппроксимирующего сигнала (шаг квантования), Формируемая на выходе перемножителя 14, является функцией двух величин; текущей мощности производной сигнала 0 и верхней частоты спектра входного сигнала, равной частоте среза ФНЧ 1 Г, причем они связаны следующим образом;=ф(й, ): - 1 пттгде 1 - тактовая частота (константа),Напряжение, численно равное .Г,на одном из входов перемножителя 14Формируется путем анализа выходнойимпульсной последовательности в формирователе 10, На второй вход перемножителя 14 поступает напряжение,обусловленное текущим значением частоты среза Й ФНЧ 1 Оно получаетсяв результате преобразовачия величины,Й, равной управляющему напряжениюФНЧ 1, формируемому на выходе интегратора 9 в преобр азователе 16, который реализует преобразование согласно (1).Ограничение спектра сигнала вФНЧ 1 осуществляется с тем, чтобыверхние слабые составляющие спектрасигнала, которые при декодированиисигнала окажутся ниже уровня шумаквантования, не поступали на входдельта-кодера, Аналогичное ограничение, но уже аппроксимирующего сигнала производится в декодере, которыйэквивалентен местному декодеру, чтоприводит к вырезанию" той частиспектра, 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 этимй факторами на основе анализа аппроксимирующего сигнала и ве 1425839личины шага квантования в местномдекодере.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 б Путем фильтрации в ФНЧ 11, частота среза которого совпадает с частотой среза ФНЧ 1, получают внеполосную часть спектра, состоящую преимущественно из шума квантования (фиг,2 б). Двухполупериодный выпрямитель 13 совместно со вторым интегратором 8 вычисляют текущий уровень О, внеполосной 2 О части аппроксимирующего сигнала,Уровень шума квантования при отсутствии перегрузки прямо пропорционалет напряжению Б на выходе перемножителя 14, равному шагу квантования, 2 Величина О, сравнивается с напряжением Б , смещенным с помощью сумматора 13 и источника 15 на небольшую величину П , Напряжение разности ЬП на выходе вычитателя 3 интегрируется 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 огиба 35 ющих спектров сигнала и шума (этой точке соответствует частота Г, на фиг,2 а), Для этого сравниваются уровФни внеполосного аппроксимирующего сигнала О и шума квантования П , которые при наличии слежения (в установившемся режиме) должны быть одинаковы, поскольку шум квантования распределен по оси частот сравнительно равномерно. Увеличение Б, относительно П 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.За). Небольшое смещение П , соответствующее уменьшению частоты среза на Ео, введено для. обеспечения условия Б +ББ, в тех случаях, когда частота среза находится выше частоты Г, (фиг,Зб). В этом случае частота среза фильтров уменьшается. Таким образом, фактически слежение осуществляется за частотой Й незначительно сдвинутой относительно Г, на ГРассмотрим подробнее процесс адаптации, Возможны два начальных состояния.Пусть в исходном состоянии частота среза ЕГ, (фиг,За). При этом напряжение 6 Б на выходе вычитателя 3 (ЬП = 1 т (О + П )О. Интегрирование положительного напряжения й 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 (Г ) (1), тем самым поддерживая величину шага квантовантования Е оптимальной, Процесс продолжается до тех пор, пока уменьшающееся при этом напряжение Б, не станет равным Б + Н , а Г = Е, . Поскольку АП станет равным нулю, то выходное напряжение интегратора 9 фиксируется и перестройка далее не осуществляетсяПусть в исходном состоянии ГГ, (фиг,4 б), В этом случае Б = У и ьБ = Б, - (Б + По) = -Б . 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 частоты Й, = Г при этом Б+ П = Б иН = 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 П, При этом любые отклонениячастоты Й от Г вследствие перераспределения спектра сигнала и уров. ня шума приводят к соответствующей перестройке частоты среза и шага квантования так чтобы обеспечивалосьУравенство Е = Е и оптимальность Это позволяет ограничивать слабые высокочастотные составляющие спектра сигнала, которые оказываются ниже уровня шума квантования, в результатечего отношение сигнал-шум кванто 1425839вания дельта-преобразования увеличивается,Ф о р м у л а изобретенияБАдаптивный 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 б ключен к информационным входу амплитудно-импульсного модулятора входу формирователя сигнала управления и является выходом дельта-кодера выход амплитудно-импульсного модулятора 20 через первый интегратор соединен с вычитающим входом первого вычитателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повьппения точности дельта-кодера, в него введены второй и третин 2 б 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 управлениясоединен с первым входом перемножителя, выход которого подключен к управляющему входу амплитудно-импульсногомодулятора и первому входу сумматора, выход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом асумматора, выход которого подключенк вычитающему входу второго вычитателя, выход которого через третий ин"тегратор соединен с управляющими входами фильтра верхних частот и фильт"ра нижних частот и входом функционального преобразователя, выход которого подключен к второму входу перемножителя, выход Фильтра нижних частот соединен с суммирующим входомпервого вычитателя, информационныйвход Фильтра верхних частот подключен к выходу первого интеграторавыход фильтра верхних частот черезсоединенные последовательно выпрями"тель и второй интегратор соединен ссуммирующим входом второго вычитателя,1425839 ставитель О, Ревинскхред Л.Сердюкова едактор Г. Волкова ректор А.Обруч аказ 4783 5 ВНИИ 13035 оизводственно"полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 928 Государственн делам иэобрете осква, Ж, РПодписио комитета СССРй и открытийушская наб., д. 4/5