DE1202328B - Anordnung zur Digital-Analog-Umwertung, insbesondere zur Decodierung fuer die Puls-Code-Modulation - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche KL: 21 al-36/12

Nummer: 1202 328

Aktenzeichen: St 21958 VIII a/21 al

Anmeldetag: 10. April 1964

Auslegetag: 7. Oktober 1965

Die Anmeldung betrifft eine Anordnung zur Digital-Analog-Umsetzung oder Decodierung, insbesondere zur Verwendung bei Puls-Code-Modulationssystemen (PCM).

Bei der Übertragung von codierten Werten besteht oft der Wunsch, die Stellenzahl zu verringern, um an Bandbreite bzw. Übertragungszeit einsparen zu können, auch wenn dabei ein geringer, aber bekannter Fehler auftritt. Es ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, mit dem diese Verringerung möglich ist. Von einem n-stelligen Code werden zwei Codegruppen abgeleitet, von denen die eine die m wichtigsten Stellen enthält und die andere mit χ Stellen die Lage der m Stellen in dem «-stelligen Code festlegt. Dabei ist m + χ kleiner als n. Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf dem Gebrauch eines Codes, der nur eine relativ geringe Stellenzahl hat. Ein gewisser Fehler wird dabei in Kauf genommen. Ein Beispiel für einen Fall, in dem ein Fehler Anordnung zur Digital-Analog-Umwertung, insbesondere zur Decodierung für die Puls-Code-Modulation

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Donald Robert Barber,

Bishops Stortford, Hertshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 17. April 1963 (15 070) - -

die vier wichtigsten Stellen in dieser Art benutzt werden, um Werte darzustellen, die sonst fünf Stellen in Kauf genommen werden kann, ist die Verwendung 20 haben, muß die digitale Bedeutung der Kombinaeines Meßinstrumentes, das auf sechs Stellen genau tionsziffern gespeichert werden, um den entsprechenanzeigt, wobei aber nur eine Genauigkeit auf vier den Wert zu bekommen.

Stellen erforderlich ist. In solch einem Fall kann das Es sei jetzt einmal die dezimale Zählweise betrach-

Ergebnis dadurch vereinfacht werden, daß nur die tet. Wenn eine große Zahl, wie z.B. 1234 000, vorvier wichtigsten Stellen ausgewertet werden. Zusatz- 25 liegt, ist es üblich, sie als einfache Dezimalziffer mit lieh ist dann eine Anzeige erforderlich, die z. B. die einem Wert kleiner als 10 und mit der entsprechen-Stelle der wichtigsten Ziffer angibt. Diese Verein

fachung wird dann auf Kosten eines Fehlers erreicht, dessen Größe mit der Amplitude des Meßwertes schwankt. Wenn z. B. eine binäre Bezeichnung mit nur den vier wichtigsten Stellen gewählt wird, dann schwankt der Fehler zwischen 12,5 und 6,25 %>. Wenn die analoge Größe den Wert 10000, d.h. die Amplitude 16 hat, wird diese mit den vier wichtigsten Stellen als 1000 (0) bezeichnet. Der nächsthöhere Wert, der mit vier Stellen bezeichnet werden kann, ist 1001 (dieser stellt die Amplitude 18 dar). Die Differenz von zwei Amplitudenstufen entspricht, wenn sie mit vier binären Ziffern dargestellt wird, den Zehnerpotenz darzustellen. Die obengenannte Zahl wird also als 1,234 · 10^e geschrieben. Die Information besteht dann aus zwei Teilen:

a) einer Nummer, die den Wert innerhalb der Dekade angibt; dieses ist z. B. 1,234 und entspricht der Mantisse des Logarithmus, und

b) einer besonderen Angabe, die anzeigt, in welcher Dekade diese Nummer liegt. Im Beispiel ist es 6, d. h. die Nummer a) muß mit 10⁶ multipliziert werden. Dieser Teil entspricht der Kennziffer des Logarithmus.

In dem Beispiel kann der Wert als 12346 übertragen werden, wenn man annimmt, daß die Potenz

einem Fehler von 12,5 %. Andererseits ist aber der 40 von 10 den Wert 9 nicht überschreitet,
nächstniedrigere Wert, der mit vier Stellen bezeichnet In diesem Fall werden die ersten vier Ziffern als

werden kann, 1111, der die Amplitude 15 darstellt. Eine Differenz von einer Amplitudenstufe entspricht bei vierstelliger Übertragung einem Fehler von

6,25 %. 45 Es kann dadurch die Zahl der zu übertragenden Stel-

Entsprechendes gilt für die Amplitude 32, die mit len reduziert werden. Jedoch kann diese Technik auch vier Stellen als binäre 1000 dargestellt ist. Der nächsthöhere Wert, der angezeigt werden kann, ist 1001,
und der nächstniedrigere Wert ist 1111, damit werden
die Amplitudenstufen 36 bzw. 30 dargestellt. Auch 50 nutzen,
hier ist, wenn nur die vier wichtigsten Stellen be- Um die Technik zu erläutern, sei ein System betrachtet werden, der Fehler 12,5 bzw. 6,25 %. Wenn trachtet, mit dem analoge Werte verarbeitet werden,

509 690/419

Teil a) und die fünfte Ziffer als Teil b) betrachtet.

Die wichtigste Anwendung dieser Technik liegt bei den PCM-Systemen, die binäre Signale verwenden.

bei nicht binären, z. B. ternären Codes verwendet werden und auch dann, wenn die Systeme nicht elektronische, sondern z. B. mechanische Techniken be-

die zwischen 8 und 1023 liegen. Der erste Schritt be- Für den Analogwert 2-55 ist die zehnziffrige Codesteht darin, den analogen Wert, der ein Abtastwert kombination 0011111111. Die vollständige Oktaveneiner Sprechwelle in der PCM-Telefonie ist, in eine positionsgruppe lautet Uli. Da jedoch die erste Zifbinäre Codekombination durch irgendeinen bekann- fer nicht übertragen zu werden braucht, wird die Okten zehnteiligen Code umzusetzen. Der maximal zu- 5 tavenpositionsgruppe als 111 übertragen. Weiterhin lässige Fehler im Endcode sei 12,5 °/o. Dieses ist der wird auch noch die Oktavennummer übertragen, die maximale Fehler, der auftritt, wenn nur die vier wich- die Stelle der wichtigsten Ziffer angibt und in diesem tigsten Stellen genommen werden. Die erste Ziffer Fall 5 ist. Der Code für diese Ziffer ist in Wirklichkeit eines solchen Blockes von vier Ziffern muß immer 1 um drei geringer als die wirkliche Stelle dieser Ziffer, sein und braucht deshalb nicht gesendet zu werden. io Daraus folgt, da die vier wichtigsten Ziffern verwen-Daraus folgt, daß die Information, die für den Teil a) det werden, daß diese Nummer die Stelle der am (s. oben) gesendet werden muß, aus drei Ziffern be- wenigsten wichtigen Stelle der vier wichtigsten Ziffern steht. Bei Herausziehen dieser drei Ziffern aus der angibt. Im gewählten Beispiel wird also die Code-Codekombination werden die Binärwerte in Oktaven kombination 111-101 oder 101-111 übertragen, wenn behandelt. Die Oktave 1 ist der Analogbereich 8 bis 15 eine Serienübertragung stattfindet, abhängig davon, 15, oder ausgedrückt im zehnteiligen Binärcode welcher Teil zuerst gesendet wird.
0000001000 bis 0000001111, die Oktave 2 ist der Eine Möglichkeit zur Codierung ist in dem oben-

Analogbereich 16 bis 31, d. h. im Binärcode genannten Vorschlag bereits erwähnt.
0000010000 bis 0000011111, usw. Wenn die Num- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

mern in der Oktave 2 auf der Basis der vier wichtig- 20 Anordnung zur Digital-Analog-Umwertung zu schafsten Ziffern behandelt werden, wird der Bereich aus- fen, bei der zur Übertragung von einem «-stelligen gedrückt als 000001000 bis 000001111. Dabei ergibt Code zwei Codegruppen abgeleitet werden, von sich dann der schon obenerwähnte maximale Fehler denen die eine die m wichtigsten Stellen enthält und von 12,5%. Da die Differenz zwischen zwei aufein- die andere mit χ Stellen die Lage der m Stellen in anderfolgenden Codekombinationen zwei Einheiten 25 dem n-stelligen Code festlegt und wobei m + χ kleibeträgi, Sagt man, daß dieser Bereich einen Sprung- ner als η ist, insbesondere zur Decodierung für die wert von 2 hat. Puls-Code-Modulation. Diese Anordnung soll mit

Die Codegruppe, die die vier wichtigsten Stellen einfachen Mitteln und sicher arbeiten. Dies wird erenthält und dem obengenannten Teil a) entspricht, findungsgemäß dadurch erreicht, daß erste Mittel vorist als Oktavenpositionsgruppe bekannt und kann, 30 gesehen sind, die einen Strom abgeben, dessen Stärke wie schon erwähnt, als dreiziffrige Kombination über- von den empfangenen m Codeziffern abhängig ist, tragen werden. Wie schon erwähnt, ist dieses deshalb und daß zweite Mittel vorgesehen sind, die in Abmöglich, da die erste der vier wichtigsten Ziffern stets hängigkeit von den empfangenen χ Codeziffern nur 1 ist und deshalb nicht übertragen zu werden einen dadurch bestimmten Teil des Stromes am Ausbraucht. 35 gang wirksam werden lassen.

Die Oktavenposition wird also die Gruppe von drei Die Erfindung wird nun an Hand des in der Zeich-

Binärziffern übertragen, zu der in der Empfangsstelle nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher benoch eine Ziffer 1 an der Stelle des höchsten Wertes schrieben,

zugefügt wird. In der im wesentlichen als Blockdiagramm darge-

Die Information, die dem Teil b) entspricht und 40 stellten Figur ist ein Decoder dargestellt, mit dem ein als Oktavennummer bekannt ist, gibt die Stelle der oben beschriebener Code decodiert werden kann,
•wichtigsten Ziffer innerhalb des Blockes der vier Die über den Übertragungskanal empfangenen Zif-

wichtigen Ziffern innerhalb der zehnziffrigen Code- fern sind dargestellt durch eine Reihe von Kreisen kombination an. Da der niedrigste Analogwert als 8 mit den Zahlen 1 bis 7. Die Ziffer 1 ist dem oben beangenommen ist, gibt es nur sieben mögliche Werte 45 schriebenen sechsziffrigen Code hinzugefügt worden, für die Oktavennummer. Die Oktavennummer, die um eine Information zu übertragen, die die Polarität also 7 oder weniger sein kann, wird als dreiziffrige des ursprünglichen abgetasteten Signales enthält. Die binäre Codekombination ausgedrückt. übrigen Ziffern 2 bis 7 stellen die Information dar,

Fährt man jetzt in der Analogie zum Logarithmus die die Quantisierungsstufe darstellt, in der das Signal fort, so entspricht die Oktavenposition der Mantisse 50 liegt, d. h., die Ziffern 2 bis 4 stellen die Oktaven- und die Oktavennummer der Kennziffer. nummern in der oben beschriebenen Weise und die

Um die Binärkombination für einen Signalwert zu Ziffern 5 bis 7 die Oktavenpositionsgruppe dar.
übertragen, werden die drei Ziffern, die die Oktaven- Die Decodierung des ankommenden Codesignals

position darstellen, mit den drei Ziffern der Oktaven- hat die Aufgabe, ein Signal zu erzeugen, das dem nummer zu einer sechsziffrigen Codekombination ver- 55 ursprünglich abgetasteten und quantisierten Signal einigt. Es ist so eine Verringerung der zu übertragen- innerhalb einer zulässigen Fehlergrenze entspricht,
den Ziffern von 10 auf 6 erreicht, damit ergibt sich Wenn der ankommende Code empfangen ist, wird

dann auch der Vorteil, daß nur etwa die Hälfte der er gegebenenfalls von Serienform in Parallelform Bandbreite benötigt wird. übertragen und in einem ankommenden Register vor

Die Ausgangssignale können in Parallelform über 60 der Decodierung gespeichert. Die mit den Zahlen 1 sechs getrennte Kanäle oder in Serienform über einen bis 7 bezeichneten Kreise können deshalb als Ziffern einzigen Kanal oder in gemischter Serien-Parallel- betrachtet werden, die in einem siebenstelligen Regiform übertragen werden. ster gespeichert sind.

In manchen Fällen kann es notwendig sein, auch Das Ausgangssignal wird durch den Differential-

die Werte 0 bis 7 zu übertragen, die als Oktave 0 be- 65 verstärker 11 erzeugt, der in Abhängigkeit von der zeichnet werden. Die Werte in dieser Oktave haben Decodierung der Ziffern 2 bis 7 zwei Ausgangssignale einen Sprungwert 1, und der Codewert der Oktaven- von gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Ponummer ist 000. larität erzeugt. Der Verstärker hat einen festen Ver-

Stärkungsgrad, und die Amplitude des Ausgangs ist dem Wert des Eingangssignals direkt proportional. Der gewünschte Ausgang wird durch die Torschaltung 12 ausgewählt, die durch die Ziffer 1 gesteuert wird.

Das Eingangssignal für den Differentialverstärker wird durch die Konstantstromquellen I, 1/2, 1/4 und 1/8 geliefert. Diese Quellen entsprechen vier beliebigen aufeinanderfolgenden Ziffern des ursprünglichen zehnstelligen Codes, von dem die sechs Ziffern 2 bis 7 die vier wichtigsten Ziffern darstellen. Deshalb stehen auch die Ströme zueinander im gleichen Verhältnis wie die Werte aufeinanderfolgender Codeschritte, d. h., sie haben auch einen Sprungwert 2. Die Konstantstromquelle I entspricht der wichtigsten der vier ausgewählten Stellen des zehnziffrigen Codes.

Wenn eine der Ziffern 2 bis 4 des empfangenen Codes eine binäre 1 ist, so bedeutet das, daß die wichtigste Ziffer des ursprünglichen zehnziffrigen Codes wenigstens in der Oktavennummer 1 ist. (Wenn sie in der Oktavennummer 0 gewesen wäre, dann wäre bei der Betrachtung der vier wichtigsten Ziffern die wichtigste Ziffer eine 0, d.h. 0000000111. Die Ziffern 2 bis 7 wären in diesem Fall 000111).

Eine beliebige der Ziffern 2 bis 4 kann die ODER-Schaltung 13 betätigen, die dann die Torschaltung 14 steuert und die Konstantstromquelle I mit dem Eingang des Differentialverstärkers verbindet.

Die Ziffern 5 bis 7 steuern die Torschaltungen 15 bis 18 und addieren s< den Strom von einer oder mehreren der entsprechenden Konstantstromquellen 1/2, 1/4 und 1/8 zu dem Verstärker-Eingangssignal.

Durch den Strom von einer oder mehreren der Konstantstromquellen I, 1/2, 1/4 und 1/8 können also vier aufeinanderfolgende Ziffern eines zehnziffrigen Codes dargestellt werden.

Es muß dann nur noch die Lage dieser vier Ziffern innerhalb des Codes festgelegt werden. Dies geschieht dadurch, daß parallel zum Eingang des Verstärkers 11 einer von den sieben Bewertungswiderständen 19 bis 25 parallel geschaltet wird. Diese Widerstände sind im Wert so festgelegt, daß der Widerstand 19 dem niedrigsten Wert der Oktavennummer 1 entspricht (entsprechend der dezimalen Ziffer 8). Der Widerstand 20 entspricht der Oktave 2 mit dem dezimalen Wert 16, usw.

Der entsprechende Widerstand wird durch Decodierung der Ziffern 2 bis 4 in einer dreiziffrigen Decodierungsmatrix 26 festgelegt. Diese Matrix gibt ein l-aus-7-Signal, das an die entsprechenden Torschaltungen 27 bis 34 angelegt wird und diese steuert. Wenn die gewählte Torschaltung geöffnet hat, wird dieser Widerstand parallel zum Verstärkereingang gelegt und der von den Konstantstromquellen an den Verstärkereingang angelegte Strom entsprechend reduziert. Daraus ergibt sich, daß der von der Konstantstromquelle an die Kombination von Verstärker 11 und dem gewählten Parallelwiderstand angelegte Strom um eine Konstante verstärkt wird, deren Größe durch die Lage der wichtigsten Ziffer in dem zehnziffrigen Code festgelegt ist.

Wie schon oben erwähnt, gibt der Verstärker zwei Ausgangssignale ab, die die gleiche Amplitude, aber verschiedene Polarität haben. Diese beiden Signale werden an die Anordnung 12 angelegt, die oben als Torschaltung bezeichnet wurde. Die Bedingung der Polaritätsziffer in der empfangenen Codekombination, d. h. abhängig davon, ob die erste Ziffer den Wert 1 oder 0 hat, legt fest, welches der beiden Ausgangssignale wirksam wird.

Man erhält dann ein Ausgangssignal von derselben Polarität wie der abgetastete Wert, der durch einen zehnziffrigen Code dargestellt ist, und einer Stromamplitude, die innerhalb des Bereiches des zulässigen Fehlers liegt.

Bei einem PCM-Decoder werden die in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgend empfangenen Codezeichen erzeugten Werte einer Filter-Verstärker-Anordnung in bekannter Weise zugeführt, um die Sprache wiederherzustellen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Digital-Aanalog-Umwertung, bei der zur Übertragung von einem n-stelligen Code zwei Codegruppen abgeleitet werden, von denen die eine die m wichtigsten Stellen enthält und die andere mit χ Stellen die Lage der m Stellen in dem n-stelligen Code festlegt und wobei m + χ kleiner als η ist, insbesondere zur Decodierung für die Puls-Code-Modulation, dadurch gekennzeichnet, daß erste Mittel (I, 1/2, 1/4, 1/8) vorgesehen sind, die einen Strom abgeben, dessen Stärke von den empfangenen m Codeziffern abhängig ist, und daß zweite Mittel (19 ... 25) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den empfangenen χ Codeziffern nur einen dadurch bestimmten Teil des Stromes am Ausgang wirksam werden lassen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Stromes m Stromquellen vorhanden sind, deren Ströme zueinander im gleichen Verhältnis wie die Werte aufeinanderfolgender Codeschritte stehen, und daß die Stromquellen den Strom in Abhängigkeit vom empfangenen Code abgeben.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des von den m Stromquellen abgegebenen Stromes Widerstände (19 ... 25) parallel zum Ausgang liegen, von denen jeweils einer in Abhängigkeit von den empfangenen χ Codeziffern eingeschaltet wird und durch den Nebenschluß den Strom am Ausgang verringert.

4. Anordnung nach Anspruch 1, wenn von den m wichtigsten Stellen die erste nicht übertragen wird, da sie dann den Wert 1 haben muß, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechende Stromquelle (I) eingeschaltet wird, wenn mindestens eine der χ Codeziffern den Wert 1 hat.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang ein Verstärker

(11) mit fester Verstärkung liegt, der zwei Ausgangssignale abgibt, die gleiche Amplitude, aber entgegengesetzte Polarität haben.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet' daß durch eine die Polarität des Signals festlegende Codeziffer eine Anordnung

(12) gesteuert wird, die nur das entsprechende Ausganssignal durchläßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 690/419 9. 65 © Bundesdruckerei Berlin