Устройство частотного компандирования звуковых сигналов

(088.8) тельство СССР В 1/66, 1983. т пере льтр 4 нижних частоты, К ча к радиоте ь использо тение относится язи и может быт стемах передачи нике вано ополнительныи звуко в си ер 8, пе ый вычит три игнало Цель тел еньшение зобретения - у вуковых сигнал1.и 2 показа омпарат кажении На фи соответсы блок-схе го и прием еи 13 короткггеров 14, Ъ тот, (И) . ф тот, (И) У плотнения ка ьтр 19 второ ел и енно переда час йства ч стотного синалов; на Ъиг. 4 -ты устройствания звуусван ого узл час 18 у ия звуковых экстрематор;диаграммы рабо компандирна фиг.временныва часто й 21 К выч телей 23 мо 24 (-1) ф е ного компанди ро ро 25 ковых сигнал ирования зву ит первый до компа строист амплитудныи27 разделеаторов 28,фильтр 29 н соде ильтр -корр орой ковых сигнал 1 нижних частотктор 2, пиковыйополнительный лнительны плитудный тектор 3,умый ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ ССОР ОПИСАНИЕН АВТОРСКОМУ СВИ(54) УСТРОЙСТВО ЧАСТОТНОГО КОМПАНдРОВАНИЯ ЗВУКОВЪХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в системах передачи звуковыхсигналов. Целью изобретения является уменьшение искажений звуковыхсигналов. Устройство содержидающий узел, который включает в себя М делителей частоты, ( - 1) 2фильтров нижних частот, ( - 1) фильтров верхних частот ( - 1) усилителей, блок уплотнения каналов, полосовой фильтр, и приемный узел, который включает в себя блок разделения каналов, (И - 1) сумматоров, Ъ умножителей, (Ъ - 1) аттенюаторов, ( - 1)фазовых корректоров. Цель достигается введением в передающий узел Ъ-го фильтра нижних частот первого дополнительного фильтра нижних частот, амплитудного ВЧ-корректора, пикового детектора и второго дополнительного фильтра нижних частот, а в приемный узел - амплитудного НЧ-корректора и третьего дополнительного фильтра нижних частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. частот, Ъ лелителейстотных делителей б,сумматор 7, счетныйый ключ 9, дополниель 10, экстрематор12, (К) формироваих импульсов, (К)фильтров 15 нижнихильтров 16 верхнихсилителей 17, блокналов, полосовойй ключ 20,умножииателей 22, К формидуля, (Ъ) аттенюатоазовых корректоровНЧ-корректор 26,ния каналов, (И - 1)третий дополнительжних частот, вход30 делителя 5, выход 31 компаратора12, выход 32 счетного триггера 8,выход 33 частотного делителя 6, выход 34 компаратора 12, выход 35 триггера 14, выход 36 Формирователя 13,выход 37 частотного делителя 6, выход 38 частотного делителя 6, выход 39 триггера 14, выход 40 триггера 14, выход 4 1 формирователя 13,выход 42 частотного делителя Ь, Кудвоителей 43 частоты,Устройство частотного компандирования звуковых сигналов работает следующим образом,Исходный звуковой сигнал определЬнного уровня поступает на входфильтра 1, частота среза которогоопределяется спектром частотных составляющих исходного сигнала, подлежащих преобразованию. В амплитудном:ВЧ-корректоре 2 происходит выравниванйе уровня НЧ и ВЧ составляющих этого сигнала. Результирующий сигналпоступает на вход пикового детектора3, на вход сумматора 7. первого частотного делителя 6, входящего в делитель 5 первого канала компрессора,и, на вход экстрематора 11,Экстрематор 11 выделяетмоменты пересечения продифференцированным сигналом оси времени (фиг. 4 а, пунктир). При этом на его выходе в эти моменты времени возникают перепады напряжения (Фиг. 4 б). Сам факт указанного пересечения зависит от соотношения амплитуд и частот НЧ и ВЧ составляющих исходного сигнала, Есди, например, исходный сигнал представить в виде Б = А,здп Ы + + А зхпы т то его первая производ 2 фная Б= А ю,соя м 1 + А О, асов Ы 1. Может оказаться, что А Ю СА Я и этого пересечения не 11 1произойдет. Чтобы экстрематор 11 реагировал на все полезные ВЧ составляющие звуковых сигналов, нужно увеличить их уровень по отношению к НЧ составляющим. Амплитудный ВЧ-корректор 2 изменяет это соотношение так, что получаешься Льо Л, ОЗРезультирующий сигнал с выхода зкстрематора 11 поступает на вход компаратора 12, который согласует уровни сигналов экстрематора 11 и системы управления делителя 5. С одного из выходов компаратора 12 сигнал поступает на вход счетного 1 триггера 8 первого частотного дели-теля 6, Все частотные делители 6осуществляют деление частоты на два.Выходные сигналы счетного триггера8 поочередно коммутируют ключи 9 и20 в моменты появления в исходномсигнале максимумов или минимумов,выделенных экстрематором 11.Пиковый детектор 3, являясь достаточно ииерционным, выделяет лишьмедленную огибающую максимумов илитакую же огибаемую минимумов звуко-,вых сигналов, которая поступает навход фильтра 4. Этот фильтр, имеющийчастоту среза не более 40 Гц, лишьнемного сглаживают эту огибающую.Результирующий сигнал с выхода Фильтра 4 поступает на вход блока 18 уплотнения каналов и на другой входсумматора 7 частотного делителя 6каждого канала компрессора. В результате сложения .выделенной огибающей с исходным сигналом на выходесумматора 7 получается сигнал, заФиксированный на оси времени толькотеми максимумами или минимумами,которые в исходном сигнале изменялисьмедленно. Зафиксированный сигналпоступает на сигнальный вход ключей9 и 20, на выходе которых происходит поочередное выделение из зафиксированного сигнала участков междусоседними максимумами или минимумами, выделенными экстрематором 11.В результате вычитания результирующих сигналов от ключей 9 и 20 на выходе вычитателя 10 получается сигнал с поделенной на два частотой ВЧ 4 Околебаний, но в точках незафиксированных экстремумов он имеет перепаднапряжения.ФАналогично работают и остальныечастотные делители 6 в делителе 545 Принцип Формирования сигналов управления показан на фиг. 4. Нафиг, 4 а показан для упрощения граьфик гармонического кслебания, которое действует на входе 30 делителя 5, Нечетными числами на нем обозначены максимумы, а четными - минимумы. На выходе 31 компаратора 12получатся сигнал (фиг. 4 б).Пусть, например, все счетныетриггеры 8 делителя 5 срабатываютот фронтов управляющих сигналов, аФиксация происходит минимумов исходных для частотных делителей 6сигналов, Тогда на выходе 32 счет 1577075 6(фиг. 4 г) с поделенной на два частотой. Из графика видно, что для получения управляющих фронтов в моментыпоявления минимумов 1, 5, 9,. 13необходимо проинвертировать сигнал(фиг. 4 б) и разделить его по частоте на два. На другом выходе 34 компаратора 12 имеется требуемый инвертированный сигнал (Фиг. 4 д), а навыходе 35 триггера 14 получается сигнал (фиг. 4 ж), фронты которого точносовпадают с минимумами сигнала(Аиг, 4 г).Но для любого триггера, работающего .в режиме деления частоты, всефронты воздействующего сигнала равноценны, поэтому первоначальное срабатывание его от любого из них (четного или нечетного) равновероятно.Если срабатывание триггера 14 небудет согласовано с работой счетного триггера 8 первого частотногоделителя 6, то срабатывание счетного триггера 8 второго частотного делителя 6 может произойти не в требуемые моменты 1, 5, 9, 13а вмоменты .3, 7, 11 , что приведетк неустранимым разрывам сигнала вэтих точках и к сильным искажениямрезультирующего сигнала устройства,Для установки первого триггера 14в определенное исходное состояниепри включении питания устройстваили при поступлении звука послеочередной паузы служат короткие импульсы (Аиг. 4 е), которые получают -ся на выходе 36 первого формирователя 13,Сигнал (фиг. 4 ж) воздействует насчетный триггер 8 второго частотногоделителя 6. На выходе 37 получается сигнал (фиг. 4 з), управляющийключами 9 и 20 частотного делителя6, который на выходе 38 вызываетсигнал (Фиг. 4 н) с поделенной часто.той на четыре. Из графика этогб сигнала видно, что для получения управляющих фронтов в моменты появленияминимумов 3, 11необходимо иметьинвертированный сигнал первого триггера 14, деленный по частоте на два.На другом выходе 39 этого триггераимеется требуемый сигнал (фиг. 4 к),а на выходе 40 второго триггера 14 5 10 15 20 25 30 35 40 получается сигнал (Фиг. 4 м), Фронты которого точно совпадают с минимума" ми сигнала (фиг. 4 и). Для установки этого триггера в исходное состояние служат импульсы (фиг. 4 л), получаемые на выходе 41 второго Формирователя 13, возбуждаемого сигналом (Аиг. 4 з).Сигнал (Аиг. 4 м), воздействуя на счетный триггер 8 третьего частотного делителя 6, вызывает на его выходе 42 сигнал (Аиг. 4 н), который на выходе частотного делителя вызывает сигнал с поделенной частотой на восемь. Аналогично производится формирование управляющих импульсов и для остальных частотных делителей 6, входящих в состав делителя 5.Из графика (Фиг. 4 и) видно, что :в общем случае результирующий сигнал делителя 5 является составным. На мощной узкополосной НЧ-части его ока-. зываются наложены слабые ВЧ-колебания. Эти составляющие надежно отделяются сравнительно простыми фильтрами. На выходе Фильтра 15 первого канала компрессора получается первый узкополосный сигнал-параметр, поступающий на один из входов блока 18 уплотнения каналов, а на выходе фильтра 16 выделяется ВЧ в сигн-остаток, который .после усиления усилителем 17 подвергается в делителе 5 второго канала аналогичным преобразованиям, в результате чего получается второи узкополосный сигнал-параметр и вторая ВЧ составляющая, которая на выходе третьего канала вызывает третий сигнал-параметр, и так продолжается до последнего канала, на выходе которого хотя ВЧ составляющая для дальнейших преобразрваний не используется, на качество восстановленного сигнала он мало влияет, так как энергия ее очень мала.Все узкополосные сигнал-параметры и межцеленная огибающая на выходе блока 18 уплотнения каналов образуют единый компрессированный сигнал, передаваемый через полосовей фильтр 19 в канал связи.В приемном узге принятый из канала связи сигнал в блоке 27 разделения каналов разделяется на те жесигнал-параметры и огибающую. Преобразования в приемном узле (экспан-,дере) строго обратны преобразовани 1577075ям в компрессоре. В последнем канале экспондера принятый сигнал, являясь биполярным, в умножителе 21 поступает на вход формирователя 23 модуля, на. выходе которого получается униполярный сигнал с удвоенной частотой. Этот сигнал поступает на один из. входов вычитателя 22, на другой вход которого поступает принятая огибающая в результате чего на выходе вчитателя 22 получается расфиксированный .биполярный сигнал с удвоен ной частотой. Аналогично происходит удвоение частоты и в остальных удвоителях 43 частоты, входящих в умно- житель 21, на выходе которого полу" чается сигнал, близкий по Форме тому, который был на входе делителя 5 последнего канала компрессора.Этот сигнал через аттенюатор 24 поступает на вход сумматора 28 предыдущего канала, а принятый сигнал- параметр этого канала поступает на вход фазового корректора 25, который компенсирует задержку сигнала в последнем канале так, что на входах сумматора 28 оба сигнала янляЮтся достаточно синфазными. Результирующий сигнал сумматора 28, являясь биполярным, в умножителе 21 превращается в сигнал, который по форме еще более близок к тому, который был а входе делителя 5 предпоследнего канала компрессора. Аналоги но рабо" тают и остальные каналы приемногоузла.Хотя форма сигнала, полученного на выходе умножителя 21 первого канала экспоидера, достаточно близка той, какую имел исходный сигнал компрессора, но у незафиксированных экстремумов получаются короткие импульсы. Амплитудный НЧ-корректор 26 ие только восстанавливает форму спектра полученного сигнала, но и частично уменьшает уровень этих импульсов, фильтром 29 они достаточно хорошо сглаживаются и остается лишь достаточно точно восстановленный сигнал.Формула изобретения1 Устройство частотного компандирования звуковых сигналов, содержащее передающий и приемный узлы, при этом передающей узел содержит последОвательно соединенные блок управления каналов и полосовой Фильтр,выход которого является выходом"передающего узла, И делителей частоты, 5ИФильтров нижних частот и Ицепей из последовательно соединенных Фильтров верхних частот и усилителей, причем выходы с первого по(И)-й делителей частоты через соответствующие фильтры нижних частотсоединены с первого по И)-й входами блока уплотнения каналов, выход каждого предыдущего делителя час"тоты через соответствующую цепь сое/динен с первым входом последующегоделителя частоты, при этом приемныйузел содержит блок разделения каналов, вход которого является входом .приемного узла, И умножителей, Маттенюаторов, Ифазовых корректоров, Бсумматоров, при этом И-выходов блока разделения каналов подключены соответственно к входам И фазовых корректоров, о т л и ч а ю - 25 щ е е с я тем, что, с целью уменьшения искажений звуковых сигналов,в передающий узел введены И-й фильтрнижних частот и последовательносоединенные первый дополнительныйФильтр нижних частот, амплитудныйВЧ-корректор, пиковый детектор ивторой дополнительный Фильтр нижнихчастот, выход которого подключен к(3+1)-му входу блока уплотнения каналов, И-й вход которого подключенк выходу И-го фильтра нижних частот,вход которого подключен к выходуМ-го делителя частоты,.вторые входыЫ делителей частоты подключены к вы О ходу второго дополнительного фильт"ра нижних частот, первый вход первого делителя частоты подключен квыходу амплитудного ВЧ-корректора,Ь вход первого дополнительного Фильт 45 ра нижних частот является входомустройства частотного компандирования звуковых сигналов, в приемныйузел введены последовательно соединенные амплитудный НЧ-корректор итретий дополнительный фильтр нижнихчастот, выход которого является выходом устройства частотного компандирования звуковых. сигналов, выходыИФазовых корректоров через соответствующие Ясумматоров подключены к первым входам соответствующихЯумножителей, выход каждого последующего умножителя через соответст-вующий аттенюар подключен к второму15 ПОвходу каждого предыдущего сумматора,выход первого умножителя подключен к входу амплитудного НЧ-корректора, вторые входы М умножителей подключены к (И+1) -му выходу блока разделе 5 ния каналов, И-й выход которого подключен к первому входу И-го ум.ножителя, при этом каждый умножитель содержит К чередующихся последовательно соединенных формирователей модуля и вычитателей, причем вход первого Формирователя модуля является первым входом умножителя, выходом и вторым входом которого являются 15 соответственно выход К-го вычитателя и соединенные между собой вторые входы К вычитателей, при этом каждый делитель частоты содержит К последовательно соединенных частотных де лителей, Кдополнительных цепей из последовательно соединенных Формирователя коротких импульсов и триг-. гера, и последовательно соединенные экстрематор и компаратор, первый и 25 второй выходы которого подключены соответственно к второму входу первого частотного делителя и второму входу триггера первой дополнительной цепи, второй выход каждого предыду( щего частотного делителя через соответствующую дополнительную цепь подключен к второму входу последующего частотного делителя, второй выход триггера каждой предыдущей дополнительной цепи подключен к второму входу триггера последующей дополнительной цепи, первый вход перво 75 1 О . го частотного делителя подключен квходу экстрематора и является первым входом делителя частоты, вторым вхо" дом и выходом которого являются соответственно соединенные между собой третьи входы К частотных делителей и первый выход К-го частотного делителя, при этом каждый частотный делитель содержит дополнительный сумматор и счетный триггер, первый ,и второй выходы которого через соответственно первый и второй кпючи подключены соответственно к первому и второму входам дополнительного вычитателя, выход которого является первым выходом частотного делителя, вторым выходом, вторым входом, первым входом и третьим входом которого являются соответственно второй выход и вход счетного триггера и первый и второй входы дополнительного сумматора, выход которого подключен к вторым входам первого и второго ключей.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что экстрематор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом экстрематора, входом которого является первый вывод конденсатора, второй вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, аноду первого и катоду второго диодов, катод первого и анод второго диодов подключены к выходу операционного е.=. усилителя,неинвертирующий вход которого подключен к общему проводу,-Е. Ж Ф - - . 4 ДЩд Составитель Г.КО Техред И,Дидык по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС