Устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛ Ш Н 03 К 13/02В 16 УДАРСТВЕННЫЙ КО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕТ СССРИ ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ Б Вавил СО 00 4 ь(71) Ленинградский институт авиацион ного приборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 651479, кл. Н 04 В 1/64, 1977.2. Авторское свидетельство СССР В 720715, кл. Н 03 К 13/02, 1978 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ С ИНЕРЦИОННЫМ КОМПАНДИРОВАНИЕМ, содержащее масштабный усилитель й последовательно соединенные источник сигнала и блок дискретизации и хранения к синхронизирующему входу которого подклюн первый выход синхронизатора,второй выход которого подключен к синхронизирующему входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выходкоторого подключен к первому входуформирователя кода, к синхронизирующему входу которого подключентретий выход синхронизатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения быстродействия, внего введены последовательно соединенные блок компараторов и блокопределения кода шкалы, первый выход которого подключен к второмувходу формирователя кода, а второйвыход блока определения коца шкалыподключен к управляющему входумасштабного усилителя, к информационному входу которого подключенвыход блока дискретизации и хранения, а выход масштабного усилителя подключен к входу блока компараторов и сигнальному входу АЦП, выход старшего разряда которого подключен к знаковому входу блока определения кода шкалы, к входу счетных импульсов, а также входу синхронизации памяти, входу обнуления памяти и входу установки триггера блока определения кода шкалы подключены соответственно четвертый, пятый, шес-той и седьмой выходы синхронизатора.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок определения кода шкалы содержит блок запрета записи, блок запрета счетных импульсов и последовательно соединенные перьый элемент ИЛИ,блок формирования признака смены шкалы, Св второй элемент ИЛИ, блок формйрования импульса запрета, блок запрета обнуления памяти, блок памяти, блок формирования счетных импульсов, блок формирования импульса реверса, блок управления реверсом, блок реверсив- ( ) ного счета, блок ограничения счетао и блок снятия запрета счетных импульсов, к второму входу которого подключен выход первого элемента ИЛИ, (;ф а выход блока снятия запрета счетных импульсов подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, к второму вхо" ду блока формирования импульсов ре-, верса, к второму входу блока форми- ф рования счетных импульсов, к третьему входу которого подключен второй выход блока ограничения счета, а второй выход блока формирования счетных импульсов подключен к перному входу блока запрета счетных импульсов, выход которого подключен1109848 лы. 20 к второму входу блока управленияреверсом, при этом выход первогоэлемента ИЛИ подключен к второмувходу блока памяти, выход которогоподключен к второму входу блокаформирования признака смены шкалы ипервому входу блока запрета записи,выход которого подключе к третьемувходу блока памяти, причем второй итретий выходы блока реверсивногосчета являются соответственно вторыми первым выходами блока определениякода шкалы, а вход первого элемен 1Изобретение относится к технике передачи информации и предназначено для использования в системах дискретной обработки высококачественных звуковых сигналов, 5Известно устройство для кодирования звуковых сигналов с компандированием, содержащее последовательно соединенные усилитель, коммутатор, аналого-циФровой преобразова О тель (АЦП), выходной регистр, а также решающий блок и синхронизатор 1.13,Однако известное устройство обладает низким быстродействием за счет того,что кодирование сигнала 15 происходит в два цикла .Наиболее близким к предлагаемому техническим решением являетсяустройство для кодирования звуковых сигналов, содержащее масштабный усилитель и последовательно соединенные источник сигнала и блок дискретизации и хранения, к синхрониэирующему входу которого подключен первый выход синхронизатора, второй выход которого подключен к синхронизирующему входу АЦП, выходокоторого подключен к первому входу формирователя кода, к синхронизирующему входу которого подключен третий выход синхронизатора, а также блок запрета сдвига, блок преобразования позиционного кода, последовательносоединенные регистр кода, решающий блок, блок запрета младшего разряда35 и универсальный регистр, и последовательно соединенные усилитель, блок формирования импульсов сдвига и вента ИЛИ, второй вход блока запретасчетных импульсов, второй вход блоказапрета обнуления памяти, второй,третий и четвертый входы блока формирования импульса запрета, второйвход блока запрета записи являютсясоответственно информационным входом, входом счетных импульсов,знаковым входом, входом установки триггера, входом обнуления памяти и входом синхронизации памяти блока определения кода шка 2тиль, к второму входу которого подключен первый выход блока запрета сдвига, второй выход которого подключен к второму входу блока запрета младшего разряда и через блок преобразования позиционного кода - к второму входу формирователя кода, к третьему входу которого подключен первый выход усилителя, к входу которого подключен выход блока дискретизации и хранения, а второй выход усилителя подключен к первому входу масштабного усилителя и первому входу блока коммутаторов, выход которого подключен к входу АЦП, при этом выход вентиля подключен к второму входу универсального регистра, выход которого подключен к второму входу масштабного усилителя, выход которого подключен к второму входу блока коммутаторов, к синхронизирующему входу которого подключен четвертый выход синхронизатора, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы которого подключены соответственно к синхронизирующим входам универсального регистра, блока запрета сдвига, решающего блока регистра кода, к входу которого подключен выход АЦП С 2 3. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, связанное с необходимостью обработки каждого отсчета сигнала в двух циклах и значительной задержкой распространения сигнала в устройстве.09848 50 55 Э 11Цель изобретения - повышение быстродействия.Для достижения поставленной цели в устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием, содержащее масштабный усилитель и последовательно соединенные источник сигнала и блок дискретизации и хранения, к синхронизирующему входу которого подключен первый выход синхронизатора, вТорой выход которого подключен к синхронизирующему входу АЦП, выход которого подключен к первому входу формирователя кода, к. синхронизирующему входу которого подключен третий выход синхронизатора, введены последовательно соединенные блок компараторов и блок определения кода шкалы, первый выход которого подключен к второму входу формирователя кода, а второй выход блока определения кода шкалы подключен к управляющему входу масштабного усилителя, к информационному входу которого подключен выход блока дискретизации н хранения, а выход масштабного усилителя подключен к входу блока компараторов и сигнальному входу АЦП, выход старшего разряда которого подключен к знаковому входу блока определения кода шкалы, к входу счетных импульсов, а также входу синхронизации памяти, входу обнуления памяти и вхосду установки триггера блока определения кода шкалы подключены соответственно четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы синхронизатора,.Блок определения кода шкалы содержит блок запрета записи, блок запрета счетных импульсов и последьвательно соединенные первый элемент ИЛИ, блок формирования признака смены шкалы, второй элемент ИЛИ,блок формирования импульса запрета, блок запрета обнуления памяти, блок памяти, блок формирования счетных импульсов, блок формирования импульса реверса, блок управления реверсом, блок реверсивного счета, блок ограничения счета и блок снятия запрета счетных импульсов, к второму входу которого подключен выход первого элемента ИЛИ, а выход блока снятия запрета счетных импульсов подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, к второму входу блокаформирования импульсов реверса, к второму входу 5 10 15 20 25 30 35 40 45 блока формирования счетных импульсов, к третьему входу которого подключен второй выход блока ограничения счета, а второй выход блока формирования счетных импульсов подключен к первому входу блока запрета счетных импульсов, выход которого подключен к второму входу блока управления реверсом, при этом выход первого элемента ИЛИ подключен к второму входу блока памяти, выход которого подключен к второму входу блока формирования признака смены шкалы и первому входу блока запрета записи, выход которого подключен к третьему входу блока памяти, причем второй и третий выходы блока реверсивного счета являются соответственно вторым и первым выходами блока определений кода шкалы, а вход первого элемента ИЛИ, второй вход блока запрета счетных импульсов, второй вход блока запрета обнуления памяти, второй, третий и четвертый входы блока формирования импульса запрета, второй вход блока запрета записи являются соответственно информационным входом, входом счетных импульсов, знаковым входом, входом установки триггера, входом обнуления памяти и входом синхронизации памяти блока определения кода шкалы.На фиг.1 представлена структурная схема устройства для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием, на фиг.2 - структурная электрическая схема блока определения кода шкалы.Устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием содержит источник 1 сигнала, блок 2 дискретизации и хранения, масштабный усилитель 3, АЦП 4, формирователь 5 шкода, блок 6 компараторов, блок 7 определения кода шкалы, синхронизатор 8. Блок 7 определения кода шкалы содержит первый элемент ИЛИ 9, блок 10 формирования признака смены шкалы, второй элемент ИЛИ 11, блок 12 формирования импульса запрета, блок 13 запрета обнуления памяти, блок 14 памяти, блок 15 формирования счетных импульсов, блок 16 формирования импульсов реверса, блок 1 управления реверсом, блок 18 реверсивного счета, блок 9 ограничения счета, блок 20 снятия запрета счетных импульсов,51109848 6 блок 21 запрета записи и блок 22 запрета счетных импульсов.Устройство работает следующимобразом.Изменение коэффициента усилениямасштабного усилителя 3 происходиттолько в двух случаях: если величинаотсчета сигнала превышает диапазонквантования АЦП 4, то коэффициентпередачи масштабного усилителя уменьшается в два раза, если за интервалвремени между двумя последовательными переходами сигнала через среднийуровень не произошло подтверждениякоэффициента передачи масштабногоусилителя 3, установленного в предыдущий временйои интервал, хотя быодин раз, то коэффициент передачимасштабного усилителя 3 увеличивается в два раза.Этот алгоритм работы реализованв блоке 7 определения кода шкалы.Звуковой аналоговый сигнал с выходаисточника 1 сигнала поступает навход блока 2 дискретизации и хранения, в котором при поступлении синхроимпульса от синхронизатора 8происходит его дискретизация, а величина отсчета запоминается на времяполного преобразования в цифровойэквивалент. Время хранения равно20,8 мкс. Далее постоянное напряжениеотсчета сигнала через масштабныйусилитель 3 подается на сигнальныйвход АЦП 4 и на вход блока 6 компа-.раторов, В начальный момент временикоэффициент передачи масштабного усилителя 3 может иметь любое разрешенное значение (1,2,4,8). При появлении на синхронизирующем входеАЦП 4 первого тактового импульса свторого входа синхронизатора 8 АЦП4 определяет значение старшего разряда кода, которое фиксируется сприходом второго тактового импульсав регистре последовательно уравновешивания этого блока, Значение старшего разрядоа кодового слова характеризует полярность отсчета сигнала,.а момент его изменения - переходысигнала через среднее значение. Информация с выхода старшего разрядаАЦП 4 поступает на знаковый входблока 7 определения кода шкалы. Через время задержки компараторов навыходе блока 6 компараторов появляется информация, соответствующаяпопаданию величины отсчета сигналалибо между порогами срабатывания 15 20 25 30 35 40 45 50 55 компараторов, либо за диапазон квантования. При этом возможны три ситуации: величина отсчета меньше порогового напряжения на всех компараторах для одной полярности сигнала, величина отсчета находится между порогами, отсчет сигнала клиппируется.В первом случае на выходе блока 6 компараторов устанавливается кодовая комбинация "00", во втором - "1 О" и в третьем - "11". Комбинация "00" говорит о том, что величина отсчета меньше четверти диапазона квантования АЦП 4 и ее следует увеличить. Комбинация "10" является разрешенной и указывает, что отсчет сигнала занимает большую часть диапазона квантования, т.е. АЦП 4 используется наилучшим образом. Комбинация "11" соответствует клиппированию сигнала, которое необходимо немедленно предотвратить, приоритетно уменьшая коэффициент передачи масштабного усилителя 3. Информация с блока 6 компараторов поступает на информационный вход блока 7 определения кода шкалы, где обрабатывается по указанному алгоритму, в результате чего на втором выходе блока 7 устанавливается такой сигнал, который, поступая на управляющий вход масштабного усилителя 3, уста" навливает требуемый коэффициент передачи. После интервала времени, необходимого для окончания переходных процессов в масштабном усилителе 3, на синхронизирующий вход АЦН 4 с второго выхода синхронизатора 8 поступают еще десять тактовых импульсов, необходимых для завершения цикла поразрядного уравновешивания величины отсчета. Цифровой код с выхода АЦП 4 поступает на первый вход формирователя 5 кода, на втором входе которого установлен код масштаба отсчета с первого выхода блока 7 определения кода шкалы. По импульсу, приходящему с третьего выхода синхронизатора 8 на синхронизирующий вход формирователя 5 кода, информация с входа последнего переписывается в регистр памяти формирователя 5 кода и поступает на выход устройства.Блок 7 определения кода шкалы работает следующим образом. Информация с блока 6 компараторов через первый элемент ИЛИ 9,109848 7 1 объединяющий информации цлн положительных.и отрицательных отс,етов сигнала, поступает одновременно на второй вход блока 14 памяти, на второй вход блока 20 снятия запрета счетных импульсов и на первый вход блока 10 формирования признака смены шкалы. В случае клиппирования сигнала в квантователе АЦП 4 на выходе первого элемента ИЛИ 9 появляется кодовая комбинация "11", которая приводит к тому, что на выходе элемента совпадения ЗИ-НЕ в блоке 20 снятия запрета счетных импульсов появляется уровень логического нуля. Этот сигнал воздействует на блок 15 формирования счетных импульсов и на блок формирования импульса реверса таким образом, что на втором выходе блока формирования импульсов появляется уровень логической единицы, который открывает блок 22 запрета счетных импульсов. На выходе блока 16 формирования импульса реверса устанавливается уровень логической единицы, который переключает блок 17 управления реверсом таким образом, что счетный импульс, поступая на вход вычитания реверсивного счетчика блока 18 реверсивного счета, уменьшает состояние счетчика на единицу. Код с второго выхода блока 18 реверсивного счета поступает на управляющий вход масштабного усилителя 3, коэффициент которого Ъеньшается вдвое. После окончания переходных процессов в маспггабном усилителе АЦП 4 заканчивает уравновешивание измененного напряжения отсчета сигнала, а цифровой эквивалент поступает на первый вход формирователя 5 кода. При поступлении на синхронизирующий вход формирователя кода тактового импульса с третьего выхода синхронизатора 8 код величины отсчета с первого входа формирователя 5 кода и код шкалы с его второго входа записывается в регистр памяти и далее поступают на выход всего устройства. Если для следующего отсчета сигнала информация на выходе первого элемента ИЛИ 9 не изменилась, то аналогичная работа блока 7 определения кода шкалы продолжается до техатор, пока на выходе первого элемента ИЛИ 9 не появится разрешенная комбинация "10".Статистические свойства сигнала таковы, что последний случай может 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 происходить только в момент включе -ния устройства, В режиме слеженияоказывается достаточным одно переключение масштаба отсчета, так каккрутизна изменения амплитуды звукового сигнала имеет конечную величину,Пусть величина напряжения отсчета сигнала на выходе масштабногоусилителя 3 стала такой, что гопадает между порогами ртсчета выходного сигнала. В этом случае на выходе первого элемента ИЛИ 9 появляется кодовая комбинация "10" хотябы один раз за время перехода сигнала через среднее значение. Приэтом информация с выхода первогоэлемента ИЛИ 9 поступает на второйвход блока 14 памяти, куда записывается с приходом импульса синхронизации памяти, поступающим на третий вход блока 14 памяти через открьггый блок 21 запрета записи. Кактолько кодовая комбинация "10" появится на выходе блока 14 памяти,блок 21 запрета записи запирается.,предотвращая таким образом перезапись кода в блоке 14 памяти. ПриэТом срабатывает схема совпаденияв блоке 1 О формирования признакасмены шкалы и на его выходе появляется уровень логического нуля, который подается на первый вход второгоэлемента ИЛИ 11. На выходе второгоэлемента ИЛИ 11 возникает отрицательный импульс, воздействующий натриггер в блоке 12 формирования имопульса запрета 7-4, который, срабатывая, фиксирует факт появленияразрешенной комбинации "10" и запрещает обнуление блока 14 памяти сприходом импульса смены знака,так как на первом входе блока 13запрета обнуления памяти появляетсяуровень логического нуля, Одновременно на выходе блока 20 снятиязапрета счетного импульса устанавливается уровень логической единицы,который поступает на второй входблока 15 формирования счетного импульса, на втором выходе котороговозникает уровень логического нуля,Этот уровень, поступая на первыйвход блока 22 запрета счетных импульсов, запирает последний, вследствие чего пришедший с четвертоговыхода синхронизатора 8 счетныйимпульс на блок 17 управления реверсом остается в прежнем состояниинезависимо от состояния блока 17 управления реверсом, т.е. независимо от команды управления, котораяпоступает с выхода блока 16 формирования импульса реверса. Такимобразом, на выходе блока 18 реверсивного счета информация не меняется, а коэффициент передачи масштабного усилителя 3 остается величиной постоянной. Напряжение отсчетовсигнала с выхода масштабного усилителя 3 поступает на сигнальный входАЦП 4, который производит их аналого-цифровое преобразование, а выходные коды с первого выхода АЦП 4поступают на первый вход формирователя 5 кода, куда записываютсяпо тактовым импульсам, поступающим на его синхронизирующий входс третьего выхода синхронизатора 8.Если уровень входного сигналауменьшится, то величина напряженияотсчетов сигнала может стать такой,что пороги срабатывания компараторов для любой полярности отсчетане достигаются. При этом на выходепервого элемента ИЛИ 9 ни разу завремя между последовательными переходами сигнала через среднее значение не появится разрешенная кодовая комбинация "10". Блок 10формирования признака смены шкалыв этом случае ни разу не сработает,а блок 12 формирования импульса запрета ни разу не изменит своегосостояния, Поэтому с приходом импульса смены знака отсчета с выходастаршего разряда АЦП 4 блок 14 памяти обнуляется через открытый блок13 запрета обнуления памяти. Послеэтого срабатывает блок 10 Формирования признака смены шкалы, т.е. наего выходе появляется уровень логического нуля, который через второйэлемент ИЛИ 11 фиксируется в блоке12 формирования импульса запрета,запирая таким образом блок 13 запретаобнуления памяти. Одновременно срабатывает блок 15 Формирования счетного импульса, воздействуя на блок16 формирования импульса реверса ина блок 22 запрета счетных импульсов. Блок 16 формирования импульсареверса выдает на блок 17 управленияреверсом уровень логического нуля,под воздействием которого счетныйимпульс с выхода открытого блока22 запрета счетных импульсов поступит на вход суммирования реверсив 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ного счетчика в блоке 18 реверсивного счета, выходной код которого увеличится на единицу, что приведет к соответствующему увеличению коэфФициента передачи масштабного усилителя 3 в два раза, Коэффициент усиления напряжения отсчета сигнала до прихода следующего импульса изменения знака отсчета не изменяется, Однако с приходом отсчета с новым знаком на третий вход обнуления памяти блока 12 формирования импульса запрета поступает отрицательный импульс с шестого выхода синхронизатора 8. При этом КБ-триггер обнуляется, чем обеспечивается подготовка блока 7 определения кода шкалы к анализу следующего периода времени между последовательными переходами сигнала через средний уровень. Импульс обнуления памяти поступает на вход блока 12 формирования импульса запрета в каждый отсчет сигнала. Но триггер обнуляется только для отсчета с новым знаком. Это достигается тем, что требуемый импульс выделяется элементом совпадения 2 И-НЕ, на другой вход которого поступает положительный импульс, формируемый вторым КЯ-триггером, который устанавливается в единицу импульсом смены знака, приходящим со знакового выхода АЦП 4, и направляется в ноль импульсом установки треггера, приходящим на третий выход блока 12 формирования импульса запрета с синхронизато 1 а 8.Работа устройства в описанном режиме продолжается до тех пор, пока за время анализа, т.е, за время между последовательными изменениями знака отсчетов, на выходе первого элемента не появится хотя бы один раз кодовая комбинация "10" или блок 18 реверсивного счета полностью не заполнится. Граничные значения чисел в реверсивном счетчике задаются блоком 19 ограничения счета. При появлении на выходе реверсивного счетчика комбинаций "00" и "11" блок 19 ограничения счета выдает уровни логического нуля на блок 20 снятия запрета счетных импульсов и на блок 15 формирования счетных импульсов, запрещая таким образом дальнейшие изменения кода управления на выходе блока 7 определения кода шкалы, т.е. возникновение паразитнбй амплитудной модуляции сигнала,Если в следующий интервал временимежду последовательными изменениямизнака отсчета сигнала на выходе первого элемента ИЛИ 9 появляетсяхотя бы одна комбинация "1 О", тоблок 10 формирования признака сменышкалы через второй элемент ИЛИ 11и блок 12 фбрмирования импульса запрета выдает на блок 13 запрета обнуления памяти уровень логическогонуля, запрещая тем самым обнулениеблока 14 памяти с приходом импульсасмены знака на блок 12.формирования импульса запрета и блок 13 запрета обнуления памяти. При этомблок 15 формирования счетных импульсов запрещает прохождение счетногоимпульса через блок 22 запрета счетных импульсов и состояние блока 18реверсивного счета не изменяется(как и требует алгоритм преобразования). Состояние блока 18 реверсивного счета будет оставаться неизменным до тех пор, пока не произойдетлибо клиппирование сигнала, т,е.на выходе блока 6 компараторов непоявится комбинация 11", либо уровень сигнала уменьшится так, что навыходе блока 6 компараторов установится комбинация "00" на весьпериод анализа отсчетов сигнала вблоке 7 определения кода шкалы.В обоих случаях работа блока 7 опре деления кода шкалы будет осуществляться так, как описано, до тех пор,покане появится разрешенная комбинация "10", которая запишется в блоке14 памяти . Наличие кодовой комбинации "10" в блоке 14 памяти сьлдетельствует о наличии режима слежения за подобластью изменения огибающей звукового сигнала. Таким образом, осуществляется инерционноекомпандирование отсчетовПредлагаемое устройство для кодирования звуковых сигналов с инерционным компандированием имеет 20 меньшее время полного преобразования отсчета сигнала, Это связано стем, что обработка информации свыхода блока 6 компараторов по инерционному алгоритму преобразования,не прибегая к аналого-цифровомупреобразованию сигнала в первом циклекодирования, всегда занимает меньшеевремя, а следовательно, повышаетсябыстродействие устройства.109848 дт оставитель Г. Лерантовичехред Ж.Кастелевич Корректор А Тя Редактор С. Пекар Проектная,каз 6098/39 тираж 862 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 13035, Москва, Ж, Раиал ППП "Патент", г. Ужгоро Подписноего комитета СССРий и открытийская наб., д. 4/5