Дельта-модулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЯО 147 1)4 Н 03 М 3/02 Е ИЗО ЕТЕ ОПИСА Н АВТОРС СВИДЕТЕПЬС технически А.Бонч-Бру о 1970,1, с. 38-4 СССР 198 к автомаспользоваГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский электринститут связи им. проф.Мевича(56) Авторское свидетельс349080, кл. Н 03 М 3/02Электросвязь, 1979,рис1.Авторское свидетельств1129732, кл, Н 03 М 3/О 54) ДЕЛЬТА-МОДУЛЯТОР57) Изобретение относитсике и технике связи. Его е в системах передачи сигналов позволяет повысить точность преобразования за счет расширения динамического диапазона преобразуемых сигналов. Дельта-модулятор содержит компаратор 1, форьырователь 4 информационной импульсной последовательности, интегратор 5, блок 9 выделения пачек символов и блок 10 расширения пачек символов. Благодаря введению компараторов 2 и 3, интеграторов 6 и 7, амплитудно-импульсного модулятора 8, мультиплексора 11, блока 12 коммутации и источника 13 пороговых уровней в дельта-модуляторе обеспечивается компрессия по пачкам одинаковых сим- с волов, число которых меняется при изменении уровня входного сигнала.С."Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи сигналов.Цель изобретения - повышение точ 5 ности преобразования за счет расширения динамического диапазона преобразуемых сигналов.На фиг. 1 показана блок-схема дельта-модулятора; на фиг, 2 - гра фик зависимости соотношения сигнал/шум (с/ш) для разных видов дельта-модуляции.Дельта-модулятор содержит первый - третий компараторы 1-3, формирова тель 4 информационной импульсной последовательности (ФИИП), первый " третий интеграторы 5-7, амплитудно- импульсньпЪ модулятор (АИМ) 8, блок 9 выделения пачек си",волов, блок 10 20 расширения пачек символов, мультиплексор 11, блок 12 коммутации и источник 13 пороговых уровней. Дельта- модулятор имеет информационный 14 и тактовый 15 входы и выход 16, ФИИП 4 25 может быть выполнен ввиде триггера,Блок 9 выделения пачек символов может быть выполнен на регистре сдвига, к прямым и инверсным выходам которого подключены элементы эквива лентности. При этом на первом выходе блока 9 сигнал появляется при выделении пачки из И+1 одинаковых символов (импульсов или пауз), на втором выходе - при И а на третьем - приУЗ 5 Исимволах в пачке (И 33).Блок 10 расширения пачек символов может быть реализован, например, на четырехразрядном регистре сдвига (для И = 4), выходы двух первых разря-О дов которого соединены с входами элемента ИЛИ непосредственно, а выходы двух последних разрядов - через элементы И, другие входы которых являются управляющими входами блока, пятый вход элемента И объединен с информационным входом регистра и является информационным входом блока.Блоки 2, 3, 5-13 образуют местный домодулятор, аналогичный дельта-демодулятору на принимающей стороне.50 Местный демодулятор и дельта-демоду" лятор на принимающей стороне формируют аппроксимирующий сигнал из одного и того же цифрового сигнала, по 55 этому, если на передающей стороне с помощью местного демодулятора будет вноситься коэффициент компрессирования М(У ,), дельта-демодулятор будет работать с коэффициентом экспандирования М(П), так как по отношению3 к фк входному аналоговому сигналу местный демодулятор включен в цепь обратной связи дельта-модулятора, а дельта-демодулятор на принимающей стороне включен прямо.Дельта-модулятор работает следующим образом,Входной аналоговый сигнал П, поступает с входа 14 на компаратор 1, где сравнивается с восстановленным1 значением аналогового сигнала У предыдущего такта, поступающим с интегратора 5 (с выхода местного демодулятора). Если П П то на выходекомпаратора действует сигнал логической "1", а если П, с П - логического "0". Компаратор 1 обладает узкой перегородной зоной, ширина которой в 3-4 раза меньше минимальногошага квайтования дельта-модулятора.Выходной сигнал компаратора 1 поступает на информационный вход формирователя 4, который с тактовой частотой Г поступающей с входа 15, формирует выходную цифровую информационную последовательность символовлогических 10" и "1", которая несетинформацию о входном аналоговом сигнале 01, с выхода ФИИП 4 сигнал поступает на выход 16 дельта- модулятора, а также на вход местного демодулятора, который является цепью обратной связи дельта-модулятора,Цифровая компрессия входного аналогового сигнала в дельта-модуляторе осуществляется таким образом.По мере увеличения крутизны входного аналогового сигнала в дельта- модулированном (ДМ) сигнале на выходе ФИИП 4 появляются пачки однородных символов. До появления пачекИ+1 и более однородных символов АИМ 8 работает с постоянным начальным значением сигнала с выхода интегратора 6 в соответствии с цифровым ДМ-сигналом, поступающим на еговход. Дельта-модулятор при этом работает в режиме линейной дельта-модуляции с шагом квантования д,. Припоявлении пачек из И+1 и более однородных символов дельта-модулятор начинает работать в режиме компрессии. При этом до величины оценочногоуровня входного речевого сигнала Р ,меньшей Р компрессия ведется попачкам И+1 и более однородных сим 14 74850волов, при Р,РР компрессия ведется по пачкам из ЕЕ и более однородных симвопов и при Р рог Ф Р ком прессия:ведется по пачкам из ЕЕи5 более однороДных символов.Управление шагом квантования дельта"модулятора в зависимости от оценочного уровня входных речевых сиг" налов осуществляется с помощью блоков 2, 3, 7, 9-13. При этом интеграторможет быть как аналоговым, так и цифровым. В зависимости от этого соответственно компараторы 2 и 3 должны быть аналоговыми либо цифровыми. В последнем случае число разрядов компаратора соответствует разрядности цифрового интегратора 7. Источник 13 должен Формировать четыре уровня Р Р РР. в аналоговом или в цифровом виде. Соответственно и блок 12 коммутацп должен содержать либо цифровые соответствующей разрядности двухканальные коммутаторы, либо аналоговые. 25Рассмотрим пример с аналоговым формированием оценочных значений уровня сигнала. Тогда интегратор 7 выполняется в виде двойного интегратора, на котором из пачек однородных символов, выделенных блоком 10 из выходного ДМ-сигнала, Формируется оценочное значение уровня входного аналогового сигнала.Рассмотрим процесс адаптации шага квантования в дельта-модуляторе под величину уровня входного аналогового сигнала. При повышении уровня этого сигнала на выходе ФИИП 4 в ДМ- сигнале появляются пачки однородных символом. ДМ-сигнал поступает в блок 9 выделения пачек символов, где подается на информационный вход пяти- разрядного регистра сдвига. До величины оценочного уровня входного сигнала, равной Р блок 9 работает на выделение пачек из И+1=5 и более символов. На пятом такте после поступления пачки из пяти однородных символов на пяти разрядах регистра появляются одинаковые логические символы, При этом на выходе соответствующего элемента эквивалентности блока 9 появляется сигнал. Таким образом выделяются пачки однородных еимволов, однако при этом сокращается длительность выделенных пачек до одного тактаСуммарный поток сигналов, соответствующих пачкам из 0+1 однородных символов, поступает на мультиплексор 11, которым управляют сигналы с выходов компараторов 2 и 3.Компаратор 2 сравнивает оценочное значение уровня входного аналогового сигнала с уровнем Р а компаратор 3 - с уровнем Рдо тех пор, пока Р р с Р, (Р. Если Р ръ Р на выходе компаратора 2 появляется сигнал логической "1", который, управляя блоком 12 коммутации, подключает к входу компаратора 2 сигнал Р , от источника 13.аким образом, если Ръ Р ф на выходе компаратора 3 появляется сигнал логической "1", который, управляя блоком 12 коммутации, подключает к входу компаратора 3 сигнал Р, Так как в указанной ситуации Р егР,Р, на выходах компараторов 2 и 3 действуют сигналы логического "0". Поступая на управляющие входы мультиплексора 11, они управляют подключением сигнала с первого выхода блока 9 к блоку 10 расширения пачек символов. При этом сигнал логического "0" компараторов 2 и 3, поступая на управляющие входы блока 10, разрешает прохождение символов со всех разрядов его регистра сдвига на элемент ИЛИ, в результате чего на выходе последнего, т.е. на выходе блока 10, восстанавливается начальная длитель" ность пачки из И+1=5 однородных символов.При дальнейшем увеличении уровня входного аналогового сигнала число и длительность пачек увеличиваются,.а следовательно, увеличивается оценочное значение уровня Р р Формируемое интегратором 7. Если РР то на выходе компаратора 2 появляется сиг нал логической "1". Этот сигнал подключает второй выход блока 9 (пачки из И=4 символов) к информационному входу блока 10, в котором от элемента ИЛИ отключается выход последнего разряда регистра сдвига. При этом блок 10 восстанавливает начальную длительность лишь пачек, состоящих из Я=4 однородньж символов. Сигнал логической "1" с выхода компаратора 2 поступает. в блок 12 коммутации и подключает к входу компаратора 2 сигнал уров ня Р , сформированный источником 13. В зависимости от начального шага квантования, частоты тактирования и особенностей схемного решения отдель 1474ных узлов дельта-модулятора этот уровень должен составлять Р , - (0,9- 0,95)Р . Подключение сигнала уровня Р вместо Р необходимо по той при 1 1чине, что анализ уровня по И=4 и более однородным символам повышает уровень сигнала на выходе второго интегратора 5, что, соответственно, увеличивает уровень выходных импульсов АИМ 8 и тем самым увеличивает шаг квантования дельта-модулятора. Это увеличение шага вызывает уменьшение плотности и длины пачек однородных символов ДМ-сигнала на выходе ФИИП 4, что, в свою очередь, уменьшает оценочное значение уровня речевого сигнала Ррег . Приэтом дельта-модулятор может вернуться к анализу цифрового сигнала по И+1 однородным символом, а далее снова к анагизу по И однородным символам и т.д Такая ситуация может возникнуть, например, при медленном повышении уровня входного аналогового сигнала, Для ее предотвращения к входу компаратора 2 подключается уровень Р, вместо Р , если Р 7 Р,.По той же причине при Р рг 7 Р вместо уровня Рсигналом логической "1" при помощи блока 12 к входу компаратора 3 подключается сигнал уровня Р . При этом соответствующие переключения происходят и в мультиплексоре 11 и блоке Я расширения пачек. Таким образом, в этой ситуации анализ уровня ведется на основе пачек однородных символов ДМ-сигнала, состоящих из И=3 и более однородных симв ол ов.На выходе блока 10 расширения пачек получаются пачки однородных символов, выделенных из выходного ДМ- сигнала, в виде пачек логических "1", в которых заложена информация об уров не входного .аналогового сигнала. Причем в зависимости от величины этого уровня анализ и выделение пачек ведутся по меньшему в пределах МК 6еИ+1 числу одновременно анализируемых однородных символов. Этот сигнал пачек поступает на входы интеграторов 6 и 7, где преобразуется в сигнал уровня, и, воздействуя на АИМ 8, управляет уровнем выходных импульсов АИМ 8 и величиной шага квантования, а следовательно, и величиной компрессии в дельта-модуляторе (величиной экспандирования в дельта-демодуляторе). Из выходного сигнала АИМ 8 ин 850 6тегратор 5 формирует восстановленныйвходной речевой аналоговый сигнал,который поступает на второй вход ком 5паратора 1 (в дельта-демодуляторе -получателю аналогового сигнала),На фиг. 2 представлены качественные зависимости соотношения сигнал/шум от величины уровня входныханалоговых сигналов при различныхвидах депьта-модуляции: 1 - линейнаядельта-модуляция (без компандирования); 11 - дельта-модуляция с цифровым компандированием по И+1 пачкамоднородных символов; 111 - дельтамодуляция с цифровым компандированиемпо ИК 6 И+1 пачкам однородных символов. Линейная дельта-модуляция работает с постоянным шагом квантованияЛ, и достигает максимальной защищенности при величине уровня входногосигнала, равной Рд. Дельта-модуляцияс цифровым компандированием по пач кам из И+1 однородных символов в выходном цифровом ДМ-сигнале до величины уровня входного сигнала Рв работает с постоянным шагом квантованияЛ а при превышении Рв величина шага З 0 квантования меняется. Компандированиеведется по И+1 однородным символам,при этом максимальная защищенностьдостигается при ) уровне Р б входногосигнала. В предлагаемом дельтамодуляторе зависимость 111 имеет четыреучастка, на которых по разным законам меняется шаг квантования. Так,до величины Р входного аналоговогосигнала дельтагмодулятор работает с 40 постоянным шагом квантования 4 при4 Р сР 5 шаг квантования меняется и изменение ведется на основе анализа ДМ-сигнала по И+1 однороднымсимволам, при Р ьсчгн Рр анализ 45ДМ-сигнала ведется по Х однороднымсимволам, а при Р Р гР с, - поИоднородным символам; в точке Р,достигается максимальная защищен.ность, которая теоретически соответ.ствует защищенности в точках Р иР при использовании одинаковых схемийтегрирования в дельта-демодуляторах.Таким образом, предлагаемый дельта-модулятор позволяет расширить динамический диапазон передаваемых речевых сигналов, за счет чего повышается точность преобразования.