Адаптивный восстанавливающий фильтр в дельта-модуляторе с двойным интегрированием

(71) Самарский электротехнический институт связиФ(57) Изобретение относится к цинике передачи речевых сообщедельта-модуляции и предназнаности, для оптимизации частотристики (модуля передаточновосстанавливающего фильтра вной связи дельта-модулятора с, с.54 - 76.ьта-модуляции Изобретение относится к технике передачи речевых сообщений методом дельта- модуляции и предназначено, в частности, для оптимизации частотной характеристики (модуля передаточной функции) восстанавливающего фильтра в цепи обратной связи дельта-модулятора с двойным интегрированием с предсказанием.Целью изобретения является согласование частотной характеристики адаптивного восстанавливающего фильтра с усредненной спектральной плотностью речевого сигнала в основной полосе частот и за ее пределами.На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - схема двойного интегратора с фиксированным предсказанием, в котором в качестве второго интегратора используется пропорционально-интегрирующий льтртна ГОСУДАРСТВЕннОЕ ПАТЕнтноВЕДОМСТВО СССР(ГоспАтент сссР) ОПИСАНИЕ АВЛИВАЮУЛЯТОРЕ С ЕМ фровой техний методом чено, в частной характей функции) цепи обрат- двойным интегрированием с предсказанием. Целью изобретения является согласование частотной характеристики адаптивного восстанавливающего фильтра. усредненной спектральной плотностью речевого сигнала в основной полосе частот и за ее пределами за счет скачкообразного изменения числа интеграторов в составе фильтра в соответствии со структурой дельта-потока, Адаптивный восстанавливающий фильтр в дельта-модуляторе с двойным интегрированием с предсказанием содержит дискриминатор комбинаций символов, а также последовательно соединенные первый и второй интеграторы, В него введены определитель границ пачек символов, формирователь интервала, измеритель плотностипачек символов, элемент ИЛИ, элемент НЕ, аналоговый ключ, 4 ил,ИФ); на фиг, 3 - оптимальная ча а акте истика восстанавливаю р . рщего фильтра, согласованная со спектральной плотностью речевого сигнала; на фиг, 4 - экспериментальные частотные характеристики фильтров, полученные по результатам моделирования дельта-кодера при различных параметрах дискриминатора комбинаций символов (по двум и по трем символам одного знака), Пунктиром изображена оптимальная частотная характеристика фильтра в модуляторе известного устройства-прототипа.Устройство содержит определитель 1 границ пачек символов, выполненный на инверторе 2 и элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, дискриминатор 4 комбинаций символов, выполненный на первом счетчике - дешифраторе 5 и первом ЯЯ-триггере 6, 1795553формирователь 7 интервала, выполненный на делителе 8 частоты и дифференциаторе 9, измеритель 10 плотности пачек символов, выполненный на втором счетчике - дешифраторе 11 и втором ВЯ-триггере 12, элементе ИЛИ 13, интеграторах 14 и 15, элементе НЕ 16 и аналоговом ключе 17.Адаптивный восстанавливающий фильтр в дельта-модуляторе с двойным интегрированием с предсказанием работает следующим образом.Дельта-поток импульсов с выхода модулятора поступает по цепи обратной связи на вход восстанавливающего фильтра, включающего в себя первый 14 и второй 15 интеграторы. Выходы интеграторов коммутируются поочередно с помощью аналогового ключа 17 навыход дельта-модулятора, с которого восстановленное аппроксимирующее напряжение поступает на схему разности в составе дельта-модулятора для сравнения со входным аналоговым напряжением.Коммутация аналогового ключа по первому и второму управляющим входам совершается в зависимости от структуры дельта-потока импульсов с выхода модулятора, Если в составе дельта-потока присутствуют "пачки" импульсов одного знака, они дешифрируются дискриминатором 4 комбинаций символов в зависимости от числа элементов в "пачке"., Первый счетчик-дешифратор 5 в составе дискриминатора 4 комбинаций символов подсчитывает по своему тактовому входу длину ".пачки" и на его отводах появляется уровень логической единицы. Выбор в качестве основного второго, третьего и т,д. отводов обеспечивает дискриминацию "пачек" символов одного знака не короче двух, трех и т.д. элементов, что и фиксируется путем установки в единицу первого ВЯ-триггера 6,Сброс первого ВЗ-триггера и первого счетчика-дешифратора в ноль происходит в момент окончания "пачки" символов одного знака в дельта-потоке. Определитель 1 границ пачек символов вырабатывает на своем выходе узкие положительные импульсы в момент прохождения на его входе комбинаций дельта-отсчетов вида 10 или 01, характеризующих начало очередной "пачки" символов одного знака. Благодаря внутренним задержкам в инверторе 2 на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3 поступаютимпульсы одного знака только в момент границ "пачек", вызывая на выходе определителя 1 узкие импульсы сброса.Во время существования "пачки" символов не короче заданной длины (два, три ит.д,), на выходе дискриминатора 4 комбинаций символов уровень логической единицы через элемент ИЛИ 13 обеспечивает по первому управляющему входу аналогового ключа 17 прохождение на выход фильтра через первый сигнальный вход аналогового ключа 5 сигнала после однократного интегрирования с выхода первого 14 интегратора, Такой режим, характеризующийся крутизной частотной характеристики фильтра (фиг. 3) 6 дБ-октава, оптимален в основной полосе ча стот речевого сигнала (1 Н 1 в), например Н ==0,3 кГц; Ь = 2,6 кГц, В этом диапазоне частот преобладают в дельта-потоке "пачки" длиной в два и более символов на интервалах повышенной крутизны сигнала при 15 его переходах через нуль, Изменяя граничную длину "пачки" пгр в дискриминаторе 4 комбинаций символов, можно регулировать крутизну частотной характеристики восстанавливающего фильтра как в области частот 20 (Хн-Ев), так и в области частот (1 в 1 о). Какследует из экспериментальных данных фиг.3, пгр = 2 обеспечивает более частый выбор одиночного интегратора и меньшую крутизну частотной характеристики, чем при пр = 25 =3, приближающем форму частотной характеристики в области частот (Ь Ьо) к оптимальной, при крутизне 12 дБ/октава.Отсутствие "пачек" символов ипр вдельта-потоке при пониженной плотности 30 пачек свидетельствует о кратковременномснижении производной сигнала при переходе мгновенных значений в область плоских вершин (экстремумов), что соответствует в дельта-потоке кратковременному "режиму 35 молчания" типа 101010В этом режиме на входе элемента ИЛИ13 присутствует низкий уровень логического нуля, обеспечивающий через элемент НЕ 16 по второму управляющему входу анало гового ключа 17 прохождение на выходфильтра сигнала с выхода второго 15 интегратора, Двойное интегрирование сигнала в области его пониженной крутизны обеспечивает снижение шага квантования и луч шее приближение аппроксимирующегонапряжения на выходе восстанавливающего фильтра к входному сигналу. В частотной области (фиг. 3, 4) диапазон частот (1 в 1 о) с крутизной характеристики 12 дБ/октава со ответствует режиму двойного интегрирования, Для ограничения области частот двойного интегрирования во избежание неустойчивой работы фильтра необходимо обеспечивать переход к одинарному интегрированию в диапазоне частот 110 (нэ фиг, 3 Ьо = 4,7 кГц), С этой целью в схему введены формирователь 7 интервала и измеритель 10 плотности пачек символов, фор лирователь 7 интервала содержит в своем составе делитель 8 частоты 1 кв на й и дифференциа1795553 5 10 тор 9, вырабатывающий узкие положительные импульсы е начале каждого интервала Т =- ЧЧ/1 кв = й Ткв, Эти импульсы используются для сброса в ноль второго счетчика-дешифратора 11 в измерителе 10 плотности пачек символов, на тактовый вход которого поступают импульсы с выхода определителя 1 границ пачек символов.Во втором счетчике-дешифраторе 11 подсчитывается число (С) пачек символов одного знака в дельта-потоке эа фиксированное время Т = Й Т, т,е. определяется плотность потока пачек символов. В области частот 110 даже при перегрузках дельта-кодера предельная длина "пачки" символов не прееышаткЬет ппрвд. - = 34. За время Т пройдет в2 1 осреднем С = Т/ппр.Ткв = 2 оМТкв пачек символов, При выборе ИТкв = 1 мс (И = 32). С = 2 ЬО (кГц). Достижению плотности пачек символов 20 некоторого граничного значения ССгр соответствует установка в единицу второго ВЯ- триггера 12 измерителя 10 плотности пачек символов, с выхода которого по второму входу элемента ИЛИ 13 обеспечивается режим 25 одинарного интегрирования путем подключения выхода первого 14 интегратора через аналоговый ключ 17 нэ выход восстанавливающего фильтра. Изменение номера отвода второго счетчика-дешифратора, 30 подключаемого на вход установки единицы второго ЯЯ-триггера, позволяет подбирать частоту 10 (кГц) = Сгр/2, соответствующую излому частотной характеристики фильтра фиг, 3, согласованной со спектром речи, Вы бор коэффициента деления М в формирователе 7 интервала и роиэ водится из компромиссных соображений. С одной стороны, увеличение К способствует повышению точности определения средней 40 плотности (С) пачек символов одного знака эа более длинное время Т и надежному различению кратковременного увеличения мгновенной плотности на плоских вершинах низкочастотного сигнала от длительного увеличения плотности в области частот 1 - 10. С другой стороны, чрезмерное увеличение Й Формула изоб ретения Адаптивный восстанавливающий фильтр е дельта-модуляторе с двойным интегрированием, содержащий дискриминатор комбинаций символов, последовательно соединенные первый и второй интеграторы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью согласования частотной характеристики адаптивного восстанавливающего фильтра усложняет схему делителя частоты и увеличивает инерционность предложенного фильтра, излишне затягивая время Т принятия решения о коммутации с выхода первого 14 или второго 15 интеграторов, Исходя из низшей частоты речевого сигнала на входе дельта-модулятора 1 н = 300 Гц, оптимальным оказалось значение И = 32, Т = 1 мс. При появлении первой же длинной "пачки" символов ппгр уровень логической единицы на выходе первого ЯЯ-тригера сбрасывает в ноль и принудительно удерживает в этом состоянии второй ВЯ-триггер, Этим обеспечивается скачкообразный переход режима работы восстанавливающего фильтра от однократного интегрирования к двойному сра-. зу же после пропадания длинной "пачки" импульсов и появления короткой ии грПредложенный адаптивный восстанавливающий фильтр в дельта-модуляторе с двойным интегрированием с предсказанием смоделирован на микроЭВМ. В качестве первого 14 интегратора в модели использовался реверсивный счетчик, второго 15 интегратораа - накапливающий сумматор. Сняты частотные характеристики фильтра при двух значениях пгр = 2 и пгр = 3, приведенные на фиг. 4.,В обоих случаях принято Сгр = 9, что соответствует 10 = 4,5 кГц.Результаты моделирования при пгр = 3 оказались оптимальными, крутизна частотной характеристики (фиг. 4) фильтра во всех трех областях(1 н 1 в), (тв 5 о) и 1Го оказалась близкой к теоретической (фиг. 3).В предложенном устройстве первый интегратор реализован на однокаскадном операционном усилителе (ОУ) типа К 140 УД 8, Постоянная времени первого интегратора т 1= 81 С 1 выбрана из условия игр,1 = Ь = 300 Гц; й 1 С 1= 1/2 7 г игр,1; С 1 = 9,1 НФ; Я 1= 56 кОм,Второй интегратор представляет собой пассивную интегрирующую ЯС-цепь с постоянной времени т 2 = Й 2 С 2, выбранной из УсловиЯ игр,2 = тв/2 = 1,3 кГц; С 2 = 4,3 нФ, В 2= = 27 кОм. с усредненной спектральной плотностью речевого сигнала в основной полосе частот и эа ее пределами, в нем дискриминатор комбинаций символов выполнен на первом счетчике-дешифраторе и первом ЙЯ-триггере и введены оп ределител ь границ пачек символов, выполненный на инеерторе и элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь интервала, выполненный на делителечастоты и дифференциаторе, измеритель плотности пачек символов, выполненный на втором счетчике-дешифраторе и втором ЙЗ- триггере, элементы ИЛИ, НЕ, аналоговый ключ, причем вход первого интегратора, вход инвертора и первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются входной шиной, выход инвертора соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу установки нуля первого счетчика-дешифратора и первого ЙЯ-триггера и к входу сийхронизации второго счетчика-дешифратора, тактовые входы первого счетчика-дешифратора и делителя частоты являются шиной квантующих импульсов, соответствующий выход первого счетчика-дешифратора подключен к входу установки единицы первого ЯЯ-триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и входом установки нуля второго ВЗ-триггера, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому управляющему входу аналогового ключа и входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым управляющим входом аналогового ключа, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго интеграторов, выход делителя частоты через дифференциатор соединен с входом сброса второго счетчика-дешифратора, соответствующий выход которого подключен к входу установки единицы второго ВЯ-триггера, выход аналогового ключа является выходной шиной.1795553 еши екто дактор В.Ф Ти Заказ 4 одпи КНТ С Р ПИ Госуд ыт ат "П роизводственно-иэдательскии К,д 8 Состав Техред венного комите 113035, Москва ль В,МахнаноМоргентал по изобретениям и -35, Раушская наб.,с ДЕнодуляе город, ул,Гагарина