Устройство кодирования и декодирования сигналов звукового вещания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 247 9) (1) ИЕ ИЗО Т н,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) В сесоюз н ы й н ауч н о-исследовател ьский институт радиовещательного приема и акустики им,А,С,Попова и Ленинградский электротехнический институт связи им,проф,М,А,Бонч-Бруевича(56) Авторское свидетельство СССРйг 1107308, кл, Н 04 3 13/00, 1983.Салопе С,К., Ег 1 цИзй А,Р., ОСеагеу 1,М. М САМ - И: пеаг - пзтапсапецзу согпрапбес Оцеа сгапзгп 1 ззоп зуыегп )ог ЬГцп - ццапйу зоыпбргоцгагпгпез. - Тпе йаспо алга Еестпс Епц 1980, чо 1,50, М 10, р,519-530.(54)(57) УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ, содержащее кодер, в состав которого входят последовательно соединенные фильтр нижних частот и аналогоцифровой преобразователь, а также блок синхронизации, первый выход которого подключен к синхронизирующим входам аналого-цифрового преобразователя и первого преобразователя кода, и декодер, в состав которого входят первый преобразователь кода, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, а также блок синхронизации, первый выход которого подключен к синхронизирующим входам первого преобразователя кода и цифроаналогового преобразователя, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения пропускной способности при сохранении высокого качества воспроизведения сигналов звукового вещания при декодировании, в кодер введены последовательно соеди)5 Н 03 М 13/02, Н 04 1 17/30 ненные буферный запоминающий блок и блок прямого преобразования Фурье, а также второй преобразователь кода и формирователь управляющих импульсов, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя поразрядно подключены к соответствующим входам буферного запоминающего блока, а выходы блока прямого преобразования Фурье поразрядно подключены к информационным входам первого и второго преобразователей кода, к управляющим входам которых подключены соответствующие выходы формирователя управляющих импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к синхронизирующим входам буферного запоминающего блока, блока прямого преобразования Фурье, второго преобразователя кода и формирователя управляющих импульсов, а второй выход блока синхронизации подключен к входам "Входная частота" первого и второго преобразователей кода, выходы которых обьединены и явля ются выходом кодера, а в декодер введ 1 ны второй преобразователь кода, два буферных запоминающих блока, блок обратного: преобразования Фурье и формирователь управляющих импульсов, при этом информационные входы первого и второго преобразователей кода объединены и являются входом декодера, а выходы первого и второго преобразователей кода поразрядно подключены соответственно к соответствующим информационным входам первого и второго буферных запоминающих блоков, выходы которых подключены к соответствующим входам блока обратного преобразования Фурье, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, к управляющим входам первого и второго преобразователей кода и первого и второго буферных запоминающих блоков подключены соответствую1624702 10 15 20 35 40 45 50 щие выходы формирователя управляющих импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к синхронизирующим входам второго преобразователя кода, первого и второго буферных запоминающих блоков,Изобретение относится к радиотехникеи связи и может быть использовано в цифровых системах стереосопровождения телевидения, в цифровых системах радиовещания имногофункциональной связи, в наземных испутниковых цифровых системах междугородной передачи программ звукового вещания,в цифровых системах записи, хранения ивоспроизведения звуковых сигналов,Целью изобретения является увеличение пропускной способности при сохранении высокого качества воспроизведениясигналов звукового вещания при декодировании.В данном устройстве в каждой иэ 24критических полос слуха выделяется спектральная составляющая с наибольшей абсолютной величиной действительной части испектральная составляющая с наибольшейпо абсолютной величине мнимой части. Поэтим спектральным составляющим выбираются значения порядка кода с поблочноплавающей запятой, а затем производится кодирование спектральных составляющих данной критической полосы, При этомразрядность К мантиссы выбирается так,чтобы обеспечить необходимую величинуошибки кодирования наибольшей спектральной составляющей. Разрядность К порядкадолжна обеспечивать возможность перекрытьвесь диапазон изменения спектральной составляющей, который равен 16 разрядам,Ошибки кодирования остальных спектральных составляющих могут превышатьзаданную величину, так как они все равноне будут восприниматься слухом из-за эффекта маскировки внутри критических полос слуха.На фиг,1 а представлена структурнаяэлектрическая схема кодера; на фиг.1 б -схема декодера устройства кодирования идекодирования сигналов звукового вещания; на фиг.2 и 3 - преобразователи кодакодера и декодера соответственно; нафиг.4 - временные диаграммы, поясняющиеработу устройства,Устройство кодирования и декодирования сигналов звукового вещания содержиткодер, в состав которого входят фильтр нижних частот (ФНЧ) 1, аналого-цифровой преблока обратного преобразования Фурье и формирователя управляющих импульсов, а второй выход блока синхронизации подключен к входам "Входная частота" первого и второго преобразователей кода,образователь (АЦП) 2, буферный запоминающий блок 3, блок 4 прямого преобразования Фурье, первый 5 и второй 6 преобразователи кодов, формирователь 7 5 управляющих импульсов (УИ) и блок 8 синхронизации, причем каждый из преобразователей кода 5 (6) содержит буферный запоминающий блок 9, кодер 10 кода с плавающей запятой, детектор 11 порядка максимального элемента и регистр 12 кода порядка, и декодер, в состав которого входят первый 13 и второй 14 преобразователи кода, первый 15 и второй 16 буферные запоминающие блоки, формирователь 17 УИ, блок 18 обратного преобразования Фурье, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 19, ФНЧ 20 и блок 21 синхронизации, причем каждый из преобразователей кода 13 (14) содержит первый ключ 22, 4-разрядный регистр 23 кода порядка, компаратор 24, второй ключ 25, первый 26 и второй 27 регистры кода мантиссы, блок 28 ключей, выходной 16-разрядный регистр 29, третий ключ30 и счетчик 31. Устройство кодирования и декодирования сигналов звукового вещания работает следующим образом.Работа АЦП 2, буферного запоминающего блока 3, блока 4 прямого преобразования Фурье, первого 5 и второго 6 преобразователей кода и формирователя 7 УИ синхронизирована сигналом тактовой частоты 16 Рд, поступающим на соответствующие входы этих блоков с первого выхода блока 8 синхронизации, с второго выхода которого выходная тактовая частота Рных поступает на входы первого 5 и второго 6 преобразователей кода.Аналоговый сигнал индивидуального канала звукового вещания поступает на вход ФНЧ 1, который ограничивает полосу частот входного сигнала до Рв = 15 кГц, с выхода которого сигнал поступает на вход АЦП 2, где производится выборка сигнала с частотой дискретизации по времени Рд = 32 кГц, квантование и кодирование снятых отсчетов 16-разрядным линейным кодом, Сформированные в АЦП 2 кодовые слова отсчетов с тактовой частотой Гд поступают на вход буферного эапомина 162470235 45 50 55 ющего блока 3 емкостью 2 М 16-разрядных кодовых слов, который осуществляет задержку последовательности кодовых слов на 2 К/Ед с с целью согласования выхода АЦП 2 с входом блока 4 прямого преобразования Фурье, обрабатывающего блоки по К кодовых слов. После накопления в буферном запоминающем блоке 3 2 М кодовых слов кодовые слова, соответствующие первым М отсчетам вещательного сигнала, последовательно считываются и подаются на вход блока 4 прямого преобразования Фурье, в котором на основе быстрого алгоритма преобразования Фурье вычисляется спектр последовательности из Й отсчетов, т,е, на интервале времени ЛТ = И/Ед производится текущий спектральный анализ вещательного сигнала,С выхода блока 4 прямого преобразования Фурье с тактовой частотой Ед последовательно снимаются 16-разрядные кодовые слова действительных и мнимых частей комплексных коэффициентов дискретного разложения в ряд Фурье. Отрезку сигнала длиной в М отсчетов соответствует М/2 + 1 комплексных коэффициентов разложения Хп 1 = Х 1 п+Хп 1(пч =О, , М/2), расположенных на оси частот равномерно с шагом Л 1 = =Ед/й Гц. Первому коэффициенту Хо соответствует частота 1 о = О, а последнему Хи/2 - частота Ь/2 = Ед/2. Первый и последний коэффициенты разложения всегда действительны, т.е. Хо = 0 и Хил = О, а остальные коэффициенты - Х 1 Хи 2-1 - комплексные. Таким образом, спектр вещательного сигнала длиной в М отсчетов определяется М числами, представленными в 16-разрядном линейном коде, где разряды кодового слова действительных частей отмечены штриховкой с правым наклоном, а разряды мнимых частей - с левым наклоном.В первом 5 и втором 6 преобразователях кода кодера производится преобразование 1-разрядного линейного кода соответственно действительных и мнимых частей спектральных составляющих в код с поблочно плавающей запятой, т.е, код, применяемый в импульсно-кодовой модуляции с почти мгновенным компандированием,В данном случае отличие состоит в том, что во-первых, вместо последовательности отсчетов сигналов звукового вещания, взятых во времени, поступает последовательность действительных или мнимых частей его спектральных составляющих и, во-вторых, длина блока кодируемого с постоянным значением порядка (масштабный коэффициент) переменная и задается управляющими сигналами, поступающими на четыре управляющих входа первого 5 и 10 15 20 25 30 второго 6 преобразователей кода с соответствующих выходов формирователя 7 (фиг.4 б,в,г,д,е,ж,з,и) соответственно.Положительные импульсы, снимаемые с выходов формирователя 7 (фиг.4 б,е), открывают входы буферных запоминающих блоков 9 каждого преобразователя кода 5 (6) в те моменты времени, когда на них поступают кодовые слова действительных и мнимых частей спектральных составляющих, Сигналы, поступающие на другие входы каждого преобразователя кода 5 (6) с выходов формирователя 7 (фиг,4 в,ж) управляют считыванием информации с детекторов 11 порядка в регистры 12 кода порядка и в кодеры 10 кода с плавающей запятой. Положение управля:ощих импульсов во времени определяется следующим образом. Импульсы считывания должны появиться в те моменты времени 11, когда в буферном запоминающем блоке 9 накоплены кодовые слова действительных и мнимых частей спектральных составляющих, принадлежащих одной частотной группе, Вв-ю частотную группу входят п действи 11ТЕЛЬНЫХ И 1 п 1 МНИМЫХ ЧаСтЕй СПЕКтРаЛЬНЫХ составляющих, причем в первой и в последней 24-й частотных группах число действительных частей на единицу больше, чем число мнимых частей спектральных1 1 11 составляющих, т,е. 11 = 11 + 1, 124 = 124 + 1, а в остальных частотных группах Ь = 1 п 11 (в = 2,3.23), Следовательно, начало 3 п-го импульса считывания при обработке 3-го блокаП 111т=(,", 11 +1 )/Ед+1=1Ед Импульсы считывания для первого 5 и второго 6 преобразователей кодера начинаются в одни и те же моменты времени т 1 п, С других выходов формирователя 7 поступают импульсы, управляющие считыванием разрядов порядка из регистров 12 кода порядка (фиг.4 г,д), и импульсы, управляющие считыванием кодовых слов из буферных запоминающих блоков 9 и в кодеры кода 10 с плавающей запятой (фиг,4 д,и) первого 5 и второго 6 преобразователей кода,Кодеры 10 кода с плавающей запятой осуществляют выделение из 16-разрядных кодовых слов разрядов мантисс в соответствии с введенными в них кодовыми слова порядка (фиг.4 к), где разряды кодового слова мантисс действительных частей спектральных составляющих отмечены штриховкой с правым наклоном, а разряды мантисс мнимых частей - штриховкой с левым наклоном, контрольные слова порядкаотмечены двойной штриховкой, причем сначала следует слово кода порядка действительных частей спектральных составляющих, а затем - мнимых.Тактовая частота импульсов на выходе преобразователей кода 5 и 6Еоых = (224 Кп + Кп/Й) Ед /М,где Кл - разрядность порядка;Кг - разрядность мантиссы.Работа первого 13 и второго 14 преобразователей, первого 15 и второго 16 буферных запоминающих блоков, формирователя 17 УИ, блока 18 обратного преобразования Фурье и ЦАП 19 декодера синхронизирована сигналом тактовой частоты 16 Гд, поступающим на соответствующие входы этих блоков с первого выхода блока синхронизации, с второго выхода которого тактовая частота Ех = Гц следования разрядов кода с поблочно плавающей запятой подается на соответствующие входы первого 13 и второго 14 преобразователей кода.Цифровой поток разрядов кода с поблочно плавающей запятой поступает на информационные входы первого 13 и второго 14 преобразователей кода, которые преобразуют кодовые слова кода с поблочно плавающей запятой действительных и мнимых частей спектральных составляющих в кодовые слова 16-разрядного линейного кода. На управляющие входы первого 13 и второго 14 преобразователей кода поступают импульсы с соответствующих выходов формирователя (фиг.4 л,м,н,и,т,у,ф) управляющие первым 22, вторым 25 и третьим 30 ключами соответствующих преобразователей кода 13 (14). Импульсы (фиг,4 л,м,н) открывают соответствующие ключи 22,25 и 30 первого преобразователя кода 13 для того, чтобы выделить иэ принимаемого цифрового потока соответственно разряды порядка, разряды мантиссы (без знакового разряда) и знаковые разряды мантиссы кода действительных частей спектральных составляющих. Импульсы (фиг,4 т,у,ф) формирователя 17 открывают соответствующие ключи 22,25 и 30 второго преобразователя кода 14, отрабатывающего кодовые слова мнимых частей спектральных составляющих.Разряды кода порядка записываются в 4-разрядный регистр 23 кода порядка, откуда в параллельном коде поступают на входы компаратора 24, на другие входы ;которого подается сигнал с выходов счетчика 31, на первый вход которого поступают импульсы с первого выхода блока 21 синхронизации с тактовой частотой 16 Рд, На выходе компаратора 24 формируется сиг 5 10 15 20 3035 405055 назначены для согласования записи в блок 18 обратного преобразования Фурье, На управляющие входы первого 15 и второго 16 буферных запоминающих блоков с соответствующих выходов формирователя17 поступают импульсы, управляющие записью кодовых блоков в соответствующие буферные запоминающие блоки 15 (16) и их считыванием (фиг,4 а,п,р,с). Емкость первого буферного запоминающего блока 15 составляет 2 х 16 (И/2 + 1) бит, емкость второго буферного запоминающего блока 16 - 2 х 16 (М/2 - 1) бит.Блок 18 обратного преобразования Фурье осуществляет обратное преобраэование Фурье, в результате чего из блока спектральных составляющих восстанавливаетсяблок из й отсчетов, представленных в 16-разрядном линейном коде, С выхода блока 18 обратного преобразования Фурье16-разрядные кодовые слова отсчетов поступают на вход ЦАП 19, осуществляющего восстановление квантованных отсчетов исходного сигнала, выход которого подключен к ФНЧ 20, сглаживающий квантованные отсчеты сигнала звукового вещанияи, таким образом, восстанавливающий исходный аналоговый сигнал,Предложенное устройство кодирования и декодирования сигналов звукового вещания обеспечивает качество звучания нал, который управляет блоком 28 ключей и одновременно устанавливают в исходное состояние счетчик.Разряды кода мантисс с тактовой частотой Гвыма поступают на вход К-разрядного первого регистра 26 кода мантиссы, откуда они в параллельном коде переписываются на места К младших разрядов 15-разрядного второго регистра 27 кода мантиссы, в котором они сдвигаются с частотой 16 Рд на необходимое количество тактов, определяемое кодом порядка. В определенный момент времени управляющий сигнал открывает блок 28 ключей и содержимое второго регистра кода мантиссы в параллельном коде переписывается в выходной 16-раэрядный регистр 29, Во время перезаписи разрядов мантиссы из первого регистра 26 кода мантиссы во второй регистр 27кода мантиссы ее знаковый разряд с выходатретьего ключа 30 записывается в выходной16-разрядный регистр 29, в котором формируется кодовое слово 16-разрядного кода отсчетов,С выходов первого 13 и второго 14 и реобразователей кода восстановленные 16-разрядные кодовые слова отсчетов поступают на входы первого 15 и второго 16 буферных запоминающих блоков, которые пред 1624702 1 Осигналов звукового вещания не хуже качества исходного цифрового сигнала, отсчеты которого закодированы 16-разрядным линейным кодом, при скорости цифрового потока нэ выходе устройства почти в 2 разаниже, чем в известном устройстве.(юый бл ь) -ьш Ел ГпП,ЦП,ГЦЦЦПл-ый бл Ли 1)-ын ло л 1 гш.) шл г г ЛГЛГ л ч.),.г г. гл,. лл.г лл г лц 3 Л 3Я ЗЛЛЛЛ Л уЛ Г Составитель В, Евдокимоватор Т, Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор Т, Пали Заказ 203 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10