DE1142385B - Anordnung zur nichtlinearen Codierung und Decodierung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

J20424Vina/21a^]

ANMELDETAG: 18. A U G U S T 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 17. JANUAR 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln von kontinuierlichen Signalen durch nichtlineare Quantisierung für Systeme mit Analog-Digital-Wandlung.

Bekanntlich werden durch die Umwandlung eines kontinuierlichen Signals (analogen Signals), wie Sprache oder Fernsehsignale u. dgl., in digitale Signale durch Quantisierung, Abtastung und Codierung beträchtliche technische Vorteile erreicht, insbesondere dadurch, daß das Geräusch keinen Einfluß auf die Verarbeitung der Information hat. Bei den üblichen Methoden wird das analoge Signal in gleichmäßigen Zeitintervallen quantisiert. Ist jedoch die Wahrscheinlichkeit, daß Signalteile mit kleinen Amplituden auftreten — wie bei Sprache —, groß, so hat es sich als nützlich erwiesen, ¹S solche Teile in engerer Aufeinanderfolge zu quantisieren als andere, und dies ist im allgemeinen durch lineare Quantisierung des analogen Signals nach Dehnung oder Pressung in einem Momentanwertkompander mit einem Halbleiterelement (oder einer Röhre) durchgeführt worden. Bei der nichtlinearen Quantisierung dagegen wird die bestimmte Nichtlinearität eines Halbleiterelementes (oder einer Röhre) ausgenutzt; dabei geht die Temperaturcharakteristik ein, und die Umwandlungskenrüinie neigt zu Schwankungen. Um bei der nichtlinearen Quantisierung eines analogen Signals N diskrete Signalpegel zu erhalten, braucht man — prinzipiell gesehen — Λ' Energiequellen (oder Verstärker, Dämpfungsglieder usw.) und den Quellen zugeordnete Schaltkreise. Beispielshalber kann die Schaltung nach Fig. 19 der Abhandlung von D. R. Brown in Proc. IRE, Februar 1949, S. 144, als örtlicher Decoder zur Bildung eines Coders benutzt werden, und indem die Spannungen e_x bis e_s gemäß nichtlinearer Spannungsquanten gewählt werden, kann man zu einem nichtlinearcn Coder kommen. Indessen wächst die für jeden Baustein notwendige Anzahl N = 2ⁿ stark mit der Codeelementenanzahl η an; für zehn Codeelemente werden beispielshalber 1024 Elemente benötigt, so daß ein solcher Coder wirtschaftlich untragbar wäre. Wenn die Zahl der Elemente aber kleiner gemacht wird, so wird die Freizügigkeit verringert, weil die nichtlineare Funktion der nichtlinearen Quantisierung festgelegt ist. So kann beispielsweise bei einem Rückführungscoder mit einem aus 2« Widerständen und einer Gruppe von Schaltern bestehenden Netzwerk als nichtlineare Kennlinie ein Teil einer Hyperbel erzielt werden. Dies ist in einem Aufsatz von B. D. Smith in »Proc. IRE«, August 1953, ausgeführt. In vielen Fällen ist aber für nichtlineare Codierung und Decodierung eine logarithmische Kompressionskennlinie am zweckmäßigsten, weil der Anordnung zur nichtlinearen Codierung
und Decodierung

Anmelder:

International Standard Electric Corporation, New York, RY. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt.
Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 25. August 1960 (Nr. 36 168)

Hisashi Kaneko, Tokio,
ist als Erfinder genannt worden

Geräuschabstand nicht durch den Signalpegel beeinflußt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die, eine nichtlineare Quantisierung mit logarithmischer Kompanderkennlinie mit möglichst geringem Aufwand zu realisieren, ohne von der einem Halbleiter od. dgl. eigenen nichtlinearen Kennlinie Gebrauch zu machen.

Umgekehrt soll auch eine nichtlineare Decodierung des digitalen Signals, das logarithmisch komprimiert worden ist, mit entsprechender exponentieller Dehner-Kennlinie ermöglicht werden.

Die Erfindung betrifft daher eine Anordnung zur nichtlinearen Codierung eines kontinuierlich anfallenden Signals gemäß einem wⁿ-Code und zur Decodierung zum nichtlinearen, quantisierten Signal. Bei dieser Anordnung werden bei der Codierung die bei der Bildung der Codeelemente nach Subtraktion eines Bezugswertes verbleibenden Signal-Restamplituden bzw. bei der Decodierung die Codeimpulse je nach ihrer Ordnungszahl in der Codegruppe einer mehrmaligen bis einmaligen Verstärkung unterworfen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Nichtlinearität für die einzelnen Codeelemente dadurch erzielt wird, daß bei den im Zuge des Quantisierungsvorganges verwendeten Verstärkern der Verstärkungsgrad verändert wird, in der Weise, daß die Verstärkerausgangsspannungen der aufeinanderfolgenden Quantisierungsstufen einer nichtlinearen, vorzugsweise logarithmischen Funktion gehorchen.

Zunächst soll das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip erläutert werden. Es sei angenommen, daß ein

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gewisser Bereich des analogen Signals zu tnⁿ diskreten Werten gemäß einem Code mit der Basis m und der Elementenzahl η quantisiert wird. Es bedeute k die Zahl der Elemente, gerechnet von gewichtigsten EIement an (k = 1, 2, ..., n); / die Zahl der Quantisierungsstufen für ein bestimmtes Codeelement; x*(0 sei der Analogwert entsprechend der Zahl der Quantisierungsstufen des Codeelementes k. Die folgende Gleichung sei erfüllt:

Δ Xt(I)=Xt(I + I)-X₄(O. (1)

Eine Methode, die Zahl der Schaltelemente herabzusetzen, liegt darin, daß eine gewisse Anzahl einer Gruppe von Quantisierungsstufen bei allen Gruppen gleich groß ist, so daß die folgende Gleichung erfüllt

ZIx (i 4- Π
Δ x_k (/)

— /xk,

(2)

Aus obigem geht hervor, daß die Zahl der Bauelemente auf Kosten des Ausmaßes der Freizügigkeit verringert werden kann, und zwar dadurch, daß die Quantisierungseinheit Δ Xk (0 so gewählt wird, daß sich eine geometrische Reihe ergibt.

Wenn nun der Quantisierungsprozeß beim Codeelement (k + 1) beim / = (j—q)-ten Quantisierungsgrad angelangt ist, dann besteht dieser Grad in dem Bereich zwischen

X^₁U _{+ 9})- X^₁(J+q + 1).

Wenn dieser Bereich in m Teile unterteilt wird, erhält man für das Element k aus dem Vergleich der Differenz zwischen dem Wert des r-ten Teiles

_Xk ^_{j + q)m + r}j _{und Xk} f_{(/ + q)} „j ^

mit der Differenz zwischen den Werten von Xfc + iC/ + q) und xt+₁(J) die folgenden Gleichungen:

in der ix_k konstant ist. Diese Gleichung bedeutet, daß 20 G_k (q, r) = ein analoges Signal derart nichtlinear quantisiert wird, daß das Verhältnis der Differenzen zwischen benachbarten Quantisierungsstufen konstant ist.

Diese nichtlineare Kennlinie erhält man, indem man __

die Differenzengleichung (2) mit konstanten Koeffizien- 25 ~

ten löst. Durch Einsatz der Grenzbedingungen der Quantisierung X₁ (0) = 0, X₁ (mⁿ) = E₀ ergibt sich Xk (i) wie folgt: ~

^Xk [U + ?' ^m + Ί ~~~ ^Xk V-J ⁺ 1> ^m\

(10)

	xk\U	_l_	q)m\ -	- Xk U
	U + ?)	m	+ r j —	■ Xk ί (j
(X	O+o m) k		4'"

_m 1

3°

A =

λ* = Oi₁ m
N_k = mⁿ
zlxt(0 = A·

^[-' —1

(in
(12)

i (<x_k -

(^?)

In den Gleichungen und Ausdrücken (3) bis (7) ist Δ χ* (0 die Quantisierungseinheit des Codeelementes k, und χ* (0 ist ein Analogwert, der dem i'-ten Quantisierungspegel des Codeelementes k entspricht.

Der Fall, daß k = 1, ist derjenige, bei dem die feinste Quantisierung beim niedrigsten Codeelement vorliegt, und diese Kennlinie zeigt den nichtlinearen Charakter der Quantisierung, wobei folgende Gleichung erfüllt ist:

worin G'_k(q) =

und
Ist jedoch q = 0, und wenn G_k (q, r) mit

K=I,	2, ..	., n —
9 = 1,	2, ..	., n —
	2, ..	·, η —

(14')

* ~ x_k(jm + r) x_k(jm)

«,"—1

(«! —1)·
1

(8) 50 definiert ist, dann gilt

In diesem Falle wird der Analogwert X₁(O durch eine gegen den Quantisierungspegel i verlaufende Exponentialfunktion ausgedrückt. Umgekehrt zeigt / die logarithmische Presserkennlinie in bezug auf X₁(O-Mit

_ 1

«ι — (1 + W _N

zeigt die Gleichung (9) die logarithmische Kompressionskennlinie

j₀ Λ , ^χι

/ \ E₀)

— . _n ■ 00

N log(l + μ)

Dies ist die sogenannte μ-Charakteristik (auf B. Smiths Aufsatz in Bell System Technical Journal, Mai 1957, wird Bezug genommen).

^m 1

<x_k —1

~m 1

(16)

«f'

55 Die aus den Gleichungen (11) und (16) erhaltene Größe G_k (q, r) ist das Verhältnis der Quantisierungsamplitude, die dem Code eines Elementes q eines (fr 4. i)_ten Elementes eines Systems mit der Basis m und η Elementen entspricht, zu der Quantisierungsamplitude, die dem Code eines Elementes r entspricht, und im Verlauf der Quantisierung werden diese Werte mit Bezug auf eine Bezugsspannung e₀ codiert. Daher zeigt G_k (q, r) die Verstärkung, die benötigt wird, um den Vergleich jedes Elementes und jeder Stufe mit

g. _ej_ner Bezugsspannung e₀ zu ermöglichen. Die Amplitude zwischen jedem Element wird wie oben erhalten; beim letzten Element A- = η jedoch ist eine Gruppe von Verstärkern nötig, so daß der durch X_n (/) gegebene

Amplitudenunterschied der Bezugsspannung e₀ entspricht.

Die Verstärkung der Gruppe von Verstärkern ergibt sich daher wie folgt:

Xn (r)

. (17)

worin r — 1,2, ..., m — 1.

Wenn m = 2, d. h. also bei einem binären Code, und r — 1,^ = 0, 1, vereinfachen sich die Ausdrücke (11), (16) und (17) wie folgt:

G_k(q,r = 1)= x_k + 1 für q = 0,

G₀(r=\)=

fur q = 1 .

1) = const., (19)

wenn

Aus obigem geht hervor, daß die insgesamt erforderliche Verstärkungszahl G* (q, r) für ein Codeelement nach der Erfindung (2m — 1) beträgt. Bei geeigneter Wahl von e₀ beträgt die Zahl 2(m— 1), so daß die nötige Zahl von G* für das Element (n—l) dann 2(m— 1) · (n— 1) beträgt. Die notwendige Anzahl von C₀W beträgt (ot-1).

Üblicherweise wird ein /«"-Code verwendet, und die Zahl der benötigten Bauelemente wächst mit der Zahl der Codeelemente n. Nach der Erfindung dagegen ist die Zahl der Verstärker kleiner, weil sie (n—l) proportional ist.

Im folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung nach der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm als Beispiel für einen bisher üblichen Coder mit linearer Quantisierung;

Fig. 2 zeigt die Vergleichsschaltung 5 der Fig. 1 mit Einzelheiten;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung;

Fig. 4 gibt die Codierschaltung 10 der Fig. 3 im einzelnen wieder, und

Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen Einzelheiten zum Verstärker 11 oder 13, Amplitudendiskriminator 12, dem eigentlichen Coder 15 mit der Basis m bzw. zur Steuersignalquelle 14 der Fig. 4;

Fig. 9 und 10 geben Blockschaltbilder anderer Ausführungsformen der Anordnung nach der Erfindung wieder, und zwar die erstere für den Fall eines Codes mit der Basis 2 und die letztere für den Fall, daß die Codeelemente gleichzeitig gebildet werden;

Fig. 11 und 12 zeigen Blockschaltbilder für die Anwendung der Erfindung auf die Decodierung.

Die Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm eines üblichen Coders in Gestalt einer Vergleichsschaltung und mit Rückführung der Impulse, der eine lineare Quantisierung durchführt. Bei diesem Coder liegen an der Eingangsklemme 1 ein amplitudenmoduliertes, analoges Signal (PAM-Signal). Eine Mischstufe ist mit 2 bezeichnet und enthält eine aus Schaltkreisen oder Widerständen aufgebaute Addierschaltung und eine »Oder«-Schaltung mit einem Halbleiter oder einer Röhre, die das Eingangs-PAM-Signal gemäß dem gewichtigsten Codeelement hindurchläßt und die den restlichen Codeelementen entsprechende Energie über die Verzögerungsschaltung 3 zurückgeführt erhält. Wenn ein Addierer oder eine »Oder«-Schaltung verwendet wird, so ist es erforderlich, daß die Impulsbreite des PAM-Signals an der Klemme 1 gleich der Pulsperiode der Taktfrequenz ist oder vorzugsweise etwas geringer als diese ist. Die Verzögerungsschaltung3 besteht in bekannter Weise aus einer Verzögerungsleitung mit konzentrierten oder verteilten Verzögerungselementen und weist eine Verzögerung von einer Periode der Taktimpulsfrequenz auf. Mit 4 ist ein Verstärker mit der Verstärkung 2 bezeichnet, und 5 ist eine Vergleichsschaltung mit der Ausgangsklemme 6, deren Einzelheiten aus der Fig. 2 hervorgehen.

Die Klemmenbezeichnung »von 2«, »nach 2«, »nach 4« und »6« legen in Verbindung mit Fig. 1 die Anschlüsse klar.

Mit 7 ist eine Subtraktionsschaltung bezeichnet, in der die Bezugsspannung e₀ von einer von der Misch-

ao stufe 2 her kommenden Signalspannung abgezogen wird. Sie enthält ein Widerstandsnetzwerk und einen Differentialverstärker. Die Schaltung 7 hat die Verstärkung 1. Ein Schaltkreis 8 enthält mechanische oder elektronische Schalter, die von Signalen aus einer Schaltung 9 gesteuert werden, bei der es sich um eine Diskriminatorschaltung handelt, die zwischen »positiv« und »negativ« unterscheidet. Es kann beispielsweise eine Schmidt-Schaltung oder Multiar-Schaltung eingesetzt sein, wie sie in der Abhandlung »The Recent Pulse Techniques«, S. 152, 1957, veröffentlicht vom »Institute of Electrical Communication Engineers of Japan«, beschrieben ist. Die Schaltung ist also ein Positiv-Negativ-Diskriminator. Für den Fall »negativ« ist das erzeugte Ausgangskriterium »Spannung 0« und für den Fall »positiv« ein Impuls. Der Schaltkreis 8 wird so gesteuert, daß er das Signal von der Subtraktionsschaltung 7 zum Verstärker 4 durchschalten kann.
Bei Schaltungen nach Fig. 1 und 2 läuft der Codier-Vorgang ab, wie nachfolgend geschildert. Zum Zeitpunkt des ersten Codeelementes (k = n) wird das an der Eingangsklemme 1 liegende PAM-Signal über die Mischstufe 2 der Vergleichsschaltung bzw. dem eigentlichen Coder 5 zugeführt. Dort wird das zugeführte Signal mit der Bezugsspannung e₀ verglichen, wobei dann, wenn das Signal größer als die Bezugsspannung ist, im Diskriminator 9 ein Impuls erzeugt wird und das Ausgangssignal nach Verminderung um e₀ über den Schaltkreis 8 dem Verstärker 4 zugeführt wird.

Ist das Signal dagegen kleiner als die Spannung e₀, so wird es vom Schaltkreis 8 so, wie es ist, durchgeschaltet. Die beiden vom Schaltkreis 9 erzeugten Zustände (»Null« oder »Impuls«) stellen das Ausgangscodesignal, d. h. das Codeelement dar, und dieses wird von der Ausgangsklemme 6 abgenommen. Die Ausgangsspannung des Schaltkreises 8 wird vom Verstärker 4 um den Faktor 2 verstärkt und in der Verzögerungsschaltung 3 um eine Taktperiode verzögert, so daß sie in der Zeitlage des nächsten Codeelementes (k = n—1) an der Mischstufe 2 anliegt. Der oben geschilderte Vorgang wiederholt sich nun. Die binäre, lineare Codierung zu η Codeelementen ist vollendet, wenn k nach einer Reihe von Umläufen 1 geworden ist. Derselbe Vorgang wiederholt sich für die nächste Abtastung, so daß das Eingangs-PAM-Signal in ein PCM-Signal umgewandelt wird.

Die Anordnung nach der Erfindung arbeitet auf Grund der oben erläuterten Prinzipien, aber unter Ver-

änderung der Verstärkung des Verstärkers 4 auf Werte, die aus den Ausdrücken bzw. Gleichungen (11), (16) und (17) hervorgehen.

Es soll nun an Hand der Fig. 3 eine Ausführungsform mit Codeelementen auf der Basis m modulus n erläutert werden.

In dieser Figur ist 10 die Codierschaltung, die in der nachfolgenden Fig. 4 näher dargestellt ist. Eine Gruppe von (am—1) Verstärkern ist mit 11 (Fig. 4) bezeichnet.

(von denen einer in Fig. 5 gezeigt ist) für das erste Element unendlich ist.

Ein weiterer Schaltkreis ist in Fig. 4 mit 16 bezeichnet. Er wird von den Signalen des Coders 15 mit der 5 Basis m gesteuert und überträgt die Ausgangsspannung der aus m Verstärkern bestehenden Gruppe 13.

Der Coder 15 ist in Fig. 7 näher dargestellt. Das A usgangssignal der (m — 1) Amplitudendiskriminatoren 12 liegt am Eingang des Coders 15 (Fig. 4 und 7), und

Sie sind den Werten r = 1 bis r = m~\ zugeordnet. io zwar mit dem gewichtigsten Element beginnend, für Fig. 5 zeigt einen solchen Verstärker. Dieser (Fig. 5) das der Diskriminator für den größten Wert vorenthält einen Schaltkreis 17 mit η Verbindungen, in
denen Widerstände 18 liegen, einen gemeinsamen

gesehen ist.

Eine bekannte »Nicht«-Schaltung und eine »Und«- Schaltung sind in Fig. 7 mit 23 bzw. 24 bezeichnet. Die Stärkungsgrades und bildet den sogenannten Rück- 15 erstere besteht aus einem Polaritätsumkehrer mit einem führungskreis, dessen Verstärkung durch das Verhält- Transistor oder einer Röhre und einem Übertrager,

die letztere kann eine Diode, einen Transistor oder eine Röhre enthalten. Die Amplitudendiskriminatoren erfassen die analoge Signalspannung entsprechend .**(/)· 20 Liegt ein Signalpegel zwischen Xk (i) und .vjt (fo~r'X ^so haben alle Ausgangssignale der Amplitudendiskriminatoren im Falle / < /₀ den Einheitswert, wohingegen alle Null sind, wenn />/₀. Daher erscheint vermöge des Coders 15 mit der Basis m der Code-Ausgang 1 nur stärker einer Gruppe von (w— 1) Verstärkern, so zeigt 25 an der /₀-ten Ausgangsklemme des Coders 15, und an sich, daß die Gesamtverstärkung der Verstärkergruppe allen anderen Klemmen steht Null, so daß ein codiertes Signal auf der Basis m erzielt wird. Dieses Ausgangssignal wird gleichzeitig der Ausgangsklemme 6 und dem Schaltkreis 16 (Fig. 4) zugeführt. Dadurch wird die 30 Ausgangsspannung des Verstärkers aus der Gruppe 13 selektiv gesteuert. Eine Steuerschaltung zur Steuerung des Schaltkreises 17 für die Verstärkergruppen 11 und 13 ist in Fig. 4 mit 14 bezeichnet. Ihre Funktion ergibt sich aus dem Obengesagten.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform für die Schaltung 14. Mit 26 ist ein «-stufiger Ringzähler mit beispielshalber η in Reihe geschalteten bistabilen Multivibratoren bezeichnet. Dieser Ringzähler wird schrittweise gemäß Taktimpulsen einer an die Klemme 25 an-

Widerstand 19 und einen Verstärker 20 hohen Ver-

nis der Widerstandsgruppe 18 zum Widerstand 19 gegeben ist. Durch Schaltoperationen in der Widerstandsgruppe 18 mittels des Schaltkreises 17 ist die Verstärkung also einstellbar. Der Schaltkreis 17 wird schrittweise gemäß den Elementen k = n, n— 1, ..., 2, 1 des aus der Steuersignalquelle 14 (Fig. 4, gleich bezeichnete Klemme in Fig. 5) kommenden Steuersignals betätigt. Betrachtet man nun den r-ten Ver-

11 gleich G₀ (r), gegeben durch den Ausdruck (17), ist, wenn der Schalter in der Stellung k = η steht, während sie gleich G"_k ist, wenn die Schaltstellung den Werten k = n—l, ..., 2, 1 entspricht.

Eine Gruppe von (m—1) Amplitudendiskriminatoren ist in Fig. 4 mit 12 bezeichnet. Sie haben alle die gleiche Kennlinie.

Ein solcher Diskriminator ist in Fig. 6 näher dargestellt. Eine Subtraktionsschaltung bekannter Bauart 35 trägt das Bezugszeichen 21. Sie enthält den obenerwähnten Differentialverstärker usw., und in ihr wird die Bezugsspannung e₀ von der Eingangssignalspannung abgezogen. Die Ausgangsspannung der Schal

tung 21 wird jedem Verstärker der Verstärkergruppe 13 40 gelegten Taktfrequenz betätigt und erzeugt zum Aufder nächsten Stufe zugeführt sowie über die Positiv- trittsintervall des «-ten, (η — l)-ten, ... ersten Code-Negativ-Diskriminatorschaltung 22, die dem Bau- elementes Impulse, um die dem Schaltkreis 17 entstein 9 der Fig. 2 entspricht, dem Coder 15. Das Ein- sprechenden Schalter der Verstärkergruppen 11 und 13 gangssignal wird also im Diskriminator 12 mit der zu schließen. Nur der Impuls im Intervall düs «-ten Bezugsspannung e₀ verglichen und mit dem Ergebnis, 45 Elementes steuert die Mischstufe 2, so daß das^Eingangsdaß am Ausgang des Diskriminators 22 ein Codesignal PAM-Signal an einen Coderkreis 10 angelegt wird, erscheint. Die Verstärkergruppe 13 besteht aus m Ver- Bisher wurde der Aufbau für die in Fig. 3 dargestellte stärkern, von denen (m~ 1) Verstärker am Ausgang Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfineiner entsprechenden Anzahl von Diskriminatoren der dung erläutert, Nun soll die Arbeitsweise beschrieben Amplitudendiskriminatorgruppe 12 liegen, während 50 werden. Es handelt sich im Prinzip um die gleiche wie einer mit der Mischstufe 2 verbunden ist. Die Ver- bei einer bekannten Anordnung nach Fig. 1. Wenn an Stärkung der (m—1)-Verstärker entsprechend ^=I die Eingangsklemme 1 ein analoges, zu codierendes bis (m—l) ist in der Gleichung (13) durch den Aus- Signal in Gestalt von PAM-lmpulsen angelegt wird, druck Gk (q) gegeben, während diejenige des ver- so liegt es damit gleichzeitig auf dem Wege über die bleibenden einen Verstärkers entsprechend q = 0 55 Mischstufe 12 und die Verstärkergruppe 11 an allen durch die Gleichung (16) gegeben ist. Der Aufbau der Amplitudendiskriminatoren der Gruppe 12. wobei Verstärker der Gruppe 13 ist der gleiche wie derjenige das Signal durch Vergleich mit dem Pegel von x_n (r) der Verstärker der Verstärkergruppe 11, der in Fig. 5 codiert wird. Nur dann, wenn der dem Wert X_n (r) gezeigt ist. proportionale Bezugsspannungswert vom Eirigangs-Der Schaltkreis 17 arbeitet schrittweise gemäß den 60 wert abgezogen wird, wird die Spannung durch die A: Elementen wie im Falle eines Verstärkers 11, aber Verstärkergruppe 13 verstärkt und durch die Verdie Schrittzustände unterscheiden sich davon in ge- zögerungsschaltung 3 um ein Impulsintervall verzögert, wissem Umfang. Der Schaltkreis 17 enthält nämlich Der verzögerte Impuls wird erneut der Mischstufe 2 η Kontakte, die so angeordnet sind, daß die Verstär- zugeführt, und der Vorgang wiederholt sich. Ist dies kung beim /c-ten Element G^₁ (q), Gk-i (0) beträgt, 65 «-mal geschehen, so ist die Quantisierung von η EIebeim ersten Element dagegen Null. Das heißt mit menten vollendet, und zwar nach Zeitmultiplexprinzip. anderen Worten, daß der Wert des Widerstandes 1st die Verstärkung der Verstärkergruppen 11 und 13 der Widerstandsgruppe 18 der Verstärkergruppe 13 gemäß den Gleichungen (11), (16) und (17) gewählt, so

9 10

erfolgt die Codierung mit der Basis m und mit η EIe- An der Eingangsklemme 30 erscheine das Codesignal menten mit logarithmischer Kompanderkennlinie ge- gemäß einem Code mit der Basis m und mit η Schritten,

maß der Gleichung (8). Auf Grund des Codeelementes r_n des η-ten Schrittes

Im vorangehenden wurde die Codierung mit einem wird mittels eines Steuerkreises 33 (Fig. 11) der VerCode mit der Basis m und η Schritten oder Code- . 5 Stärkungsgrad eines Verstärkers 39 gesteuert, während elementen erläutert. Handelt es sich um eine Code, mit die Codeimpulse Τ(_η-\)—τ{ desi(n—l)-ten Schrittes bis

m — 2, d. h. um einen binären Code, dann wird die zum ersten Schritt geschaltet werden. Mit 31 ist eine

Anordnung sehr einfach. Dann kann die Codier- Addierschaltung bekannter Art bezeichnet und die

schaltung 10 der Fig, 3 so aufgebaut sein, wie es in Verzögerungsschaltung mit 3. Ist nun das empfangene

Fig. 9 dargestellt ist, gemäß, der in. Vereinfachung der io Codesignal mit der Basis m und mit η Schritten die

Anordnung nach Fig. 4 nur ein Amplitudendiskrimina- Impulsreihe r_n, Τ(_η—$, ..., r_x, dann ist die Anzahl der

tor 12 benötigt wird ι und die Verstärkergruppe Il bei Quantisierungsstufen / durch die Gleichung geeigneter Festlegung der Bezugsspannung e₀ darüber-

hinaus weggelassen werden kann. Ferner ist die Ver- "

Stärkung der Verstärkergruppe 13 gemäß der Gleichung 15 ' ⁼ 2L/^ri' ^m' (20)

(18) gegeben. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers ^/=1

wird in 2(m—I) (n— 1) = 2(n — 1) Schritten ge- gegeben.

schaltet. Ein Verstärkungsgradschaltkreis für die ent- Der steuerbare Verstärker 39 ist ähnlich aufgebaut sprechende Anzahl von Schritten, die sich bei üblicher wie derjenige nach Fig. 5. Der Verstärkungsgrad sei Elementenzahl η eines Codes, z. B. η = 7, ergeben, ist 20 zu 1/G₀ (rn) angenommen, wobei es sich um den Kehrleicht aufzubauen und einfach im Vergleich zu Fällen, wert des aus der Gleichung (17) gewonnenen Wertes bei denen die Codierung auf der Basis eines m"-Codes handelt, der Verstärkungsgrad des Verstärkers 32 sei mit von 2 abweichendem m erfolgt. l/G_k(r_{k + 1}, r_k) in bezug auf k, r = r_k, q = r_{k + 1}. Dann

Bisher wurde die Anordnung nach der Erfindung an wird der Ausgangsimpuls eines Impulsgenerators 38, Hand von Umlaufcodern mit Verzögerungsschaltung 25 der die Bezugsspannung e₀ erzeugt, für die Periodenbeschrieben. Es kann jedoch auch mit Codern ge- dauer eines Taktimpulses dem Verstärker 39 zugeführt, arbeitet werden, bei denen, wie in Fig. 10 gezeigt ist, der durch die Codeimpulse [/·„] gesteuert wird. An den Stufen 27«, 27(_n-i), ..., 27_X in Reihe liegen. Die Zahl Verstärker 39 schließen sich eine Addierschaltung 31, der Bauelemente (Verstärkergruppen 28, Amplituden- ein Verstärker 32 und eine Verzögerungsschaltung 3 diskriminatoren 12, Verstärkergruppen 29) wird dann 30 an. In der Schaltung 31 wird der Ausgangsimpuls der aber größer. Eine solche Anordnung hat besondere Verzögerungsschaltung 3 zum Impuls vom Verstärker Merkmale. So erfolgt beispielsweise die Erzeugung der 39 addiert. Dieser Vorgang läuft (»—l)-mal ab, näm- n Schritte einer Codegruppe gleichzeitig. Ferner wer- lieh für jeden der Schritte k = 1,2, ...,(«— 1). Danach den für die Verstärkergruppen 11 und 13 keine Schalt- steht an der Ausgangsklemme 34 der Summenwert als kreise 17 (wie nach Fig. 5) benötigt, und statt einer 35 der der Codegruppe entsprechende Analogwert. Vielzahl von Widerständen 18 wird nur einer benötigt. Die Fig. 11 zeigt demnach eine Ausführungsform Von den Coderstufen 27 haben (n— 1), nämlich die für Seriendecodierung. In ähnlicher Weise, wie nach Stufen 27(n-i) bis Tl_x, hinsichtlich ihrer Verstärker- Fig. 10 die Codierung parallel erfolgen kann, kann man gruppen 29 gleiche Kennlinien und verschiedenen Ver- nun auch die Decodierung parallel durchführen. Stärkungsgrad, während in der Stufe η eine Verstärker- 40 Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 12. Der Generator zur gruppe 29 nicht benötigt wird, weil nach dem letzten, Erzeugung der Bezugsspannung e₀ ist hier mit 38' beam wenigsten gewichtigen Codeelement keine weitere zeichnet. Der Addierverstärker 35 und die ähnlichen Unterteilung auftritt. Addierverstärker 37_(B-i) bis 37_X und 36_(η-ΐ) bis 3O₁ sind

Nach Fig. 4 umfaßt die Schaltung 10 eine Ver- derart angeordnet, daß die Schaltung der Verstärkungsstärkergruppe 11 mit (m—l) Verstärkern, die Diskrimi- 45 grade der Verstärker entsprechend k an (n—l) Vernatorgruppe 12 (m—l) Amplitudendiskriminatoren stärkern vorgenommen wird, wobei die Verstärkungen und die Verstärkergruppe 13 m Verstärker, die jeweils 1/G₁ (r₂, T₁), 1/G₂ (r₃, T₂), ..., 1/G_n-J (r_n, r_n-_x) eingeparallel liegen. Eine solche Schaltung kann jedoch stellt werden. Der Steuerkreis 33' steuert die Verstärdurch Einführung des Zeitmultiplexprinzips dahin- kungen der Verstärker selektiv gemäß den an der Eingehend abgewandelt werden, daß jede derartige Gruppe 50 gangsklemme 30 auftretenden Codesignalen eines zu einem einzigen Baustein vereinfacht wird. Die Ver- Codes mit der Basis m und mit η Schritten. Diese Anstärkung G*' (q) der Stufe 13 kann durch die Code- Ordnung ist derjenigen nach Fig. 11 ähnlich und liefert stufe q gesteuert werden, die man erhält, wenn die am Ausgang ebenfalls die den Codesignalen ent-Ausgangsspannung der Schaltung 12 sich von 1 nach 0 sprechenden Analogwerte.

ändert, und zwar durch Änderung des Verstärkungs- 55 Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß

grades der Versärker gemäß G* (r) in der Gleichung eine nichtlineare Quantisierung bei der Codierung ge-

(14) mit r — 1, 2, ..., (m—l). In diesem Falle erfolgt maß einem Code mit Basis m und mit η Schritten durch

die Taktsteuerung im Rhythmus der Schrittfolge- eine selektive Steuerung der Verstärkungsgrade von

frequenz des Codes mit der Basis m in ähnlicher Weise Verstärkern bei minimalem Aufwand erzielt wird,

wie durch die Schaltung 14. 60 Dabei wird nicht eine einem Baulelement innewoh-

Bisher wurde von der nichtlinearen Codierung mit nende natürliche nichtlineare Kennlinie benutzt, sonlogarithmischer Kompanderkennlinie gesprochen. Im dem eine solche wird gewissermaßen künstlich herfolgenden soll ein Beispiel für einen Decoder für einen gestellt, wodurch hohe Stabilität und insbesondere UnCode mit der Basis m und mit η Schritten beschrieben abhängigkeit von Temperatureinflüssen erzielt wird, werden. 65 Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht nur

Die Decoder nach Fig. 11 und 12 sind für die Zu- bei Analog-Digital-Wandlern anwendbar, sondern

sammenarbeit mit einem Coder auf der Basis der Fig. 3 auch bei der Übertragung mit Pulscodemodulation im

gedacht. Tonfrequenzgebiet, bei der Trägerfrequenztelefonie,

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bei Videoübertragungen, bei Meßwert-Fernübertragungen und auch bei digital anzeigenden Spannungsmessern, bei denen für Stufen von beispielsweise 0,1 db X₁ = 0,1 db zu setzen ist.

Claims (1)

1. 5 PATENTANSPRUCH:

   Anordnung zur nichtlinearen Codierung eines kontinuierlich anfallenden Signals gemäß einem m"-Code und zur Decodierung zum nichtlinear quantisierten Signal, bei der im Fall der Codierung die bei der Bildung der Codeelemente nach Subtraktion eines Bezugswertes verbleibenden Signal-

   Restamplituden bzw. im Fall der Decodierung die Codeimpulse je nach ihrer Ordnungszahl in der Codegruppe einer mehrmaligen bis einmaligen Verstärkung unterworfen werden, dadurch gekennzeich net, daß die gewünschte Nichtlinearität für die einzelnen Codeelemente dadurch erzielt wird, daß bei den im Zuge des Quantisierungsvorganges verwendeten Verstärkern der Verstärkungsgrad verändert wird, in der Weise, daß die Verstärkerausgangsspannungen der aufeinanderfolgenden Quantisierungsstufen einer nichtlinearen, vorzugsweise logarithmischen Funktion gehorchen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   O 209 7M/1« 1.63