DE1229583B

DE1229583B - Verfahren zur Quantisierung und Codierung eines Analogsignals

Info

Publication number: DE1229583B
Application number: DEJ24351A
Authority: DE
Inventors: Donald Robert Barber
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1962-09-14
Filing date: 1963-08-30
Publication date: 1966-12-01
Also published as: CH417684A; GB1007951A; US3262107A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/12

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 24351 VIII a/21 al 30. August 1963 1. Dezember 1966

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf signalamplitudenabhängige Coder, bei denen ein Abtastwert einer Signalwelle in eine von η möglichen Quantisierungsstufen quantisiert und eine Codekombination erzeugt wird, die dem quantisierten Signalwert entspricht.

Übliche Coder sind entweder Parallel- oder Seriencoder. In einem Parallelcoder wird das Signal direkt in η Stufen quantisiert, und die Ziffernimpulse der Codekombination werden parallel erzeugt. Der Par- ίο allelcoder benötigt einen Diskriminator pro Amplitudenstufe und kann jede beliebige Codekombination erzeugen. Bei Seriencodern dagegen wird das Signal fortlaufend mit einem Bezugswert verglichen, und bei jedem Umlauf nimmt das Signal einen bestimmten Wert an, der durch seine Subtraktion vom Bezugswert oder durch Division durch ein bestimmtes Verhältnis gewonnen wird. Die Ziffernimpulse der Codekombination werden seriell erzeugt, Ziffernimpuls für Ziffernimpuls bei jedem Umlauf. Der Seriencoder benötigt nur einen Diskriminator pro Ziffernimpuls, hat dafür aber den Nachteil, daß jede Diskriminatorstufe in der Schnelligkeit ihres Arbeitsvorganges von der Art der erzeugten Ziffernimpulse abhängt. Der Seriencoder kann nur bestimmte Codekombinationen erzeugen, beispielsweise den bekannten üblichen Binärcode.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, in vorteilhafter Weise die Vorzüge des Parallel- und Seriencodes zu vereinigen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Quantisierung und Codierung eines Analogsignals soll demzufolge dadurch gekennzeichnet sein, daß das angelegte Analogsignal in einer ersten Quantisierungsanordnung in groben Stufen quantisiert und anschließend in einem ersten Coder codiert und gleichzeitig aus dem quantisierten Signal mittels eines Sekundärsignalgenerators ein Sekundärsignal abgeleitet wird, das in einer Subtraktionsschaltung vom angelegten Analogsignal abgezogen wird, und daß das sich ergebene Differenzsignal in einer zweiten Quantisierungsanordnung in feinen Stufen quantisiert und in einem zweiten Coder codiert wird und daß die Ausgangssignale beider Coder zusammengefaßt und als Codewert des Analogsignals übertragen werden.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert werden. Es ist dargestellt in

F i g. 1 ein Coder mit zwei Quantisier- und Codierstufen sowie in

Fig. 2 ein Coder mit einer Quantisier- und Codierstufe in Reflexschaltung.

Verfahren zur Quantisierung und Codierung eines Analogsignals

Anmelder:

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

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt, Stuttgart W₅ Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Donald Robert Barber, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. September 1962 (35 183)

Gemäß F i g. 1 wird das Signal S erstmalig durch die erste Quantisierungsanordnung 1 in eine von y_n möglichen Quantisierungs stufenquantisiert. Das Ausgangssignal dieser ersten Quantisierungsanordnung wird durch einen ersten Coder 2 codiert, aber auch gleichzeitig einem Sekundärsignalgenerator 3 zugeführt. Dieser erzeugt ein Sekundärsignal ,S₁ mit einem solchen Wert, der gleich ist demjenigen, zu dem das angelegte Signal S quantisiert worden war. Das Sekundärsignal S₁ wird in einer Subtraktionsschaltung 4 vom angelegten Signal S abgezogen, und das auf diese Weise gewonnene Differenzsignal gelangt zu einer zweiten Quantisierungsanordnung 5, die ebenfalls ]/« mögliche Quantisierungsstufen aufweist. Das Ausgangssignal dieser Quantisierungsanordnung wird durch einen zweiten Coder 6 quantisiert.

Für ein Beispiel wurde angenommen, daß in einem Quantisierungssystem mit 100 Stufen der Signalabtastwert, der zur Stufe 34 gehört, codiert werden soll. Das Signal wird zuerst in einer zehnstufigen Quantisierungsanordnung quantisiert, und das codierte Ausgangssignal zeigt an, daß der Signalwert sich im Bereich 30 befindet. Das quantisierte Ausgangssignal der ersten Quantisierungsanordnung gelangt zu dem Sekundärsignalgenerator, der ein Sekundärsignal gleich dem Wert 30 erzeugt. Dieses Sekundärsignal wird nun vom Originalsignal abgezogen, und es entsteht ein Differenzsignal gleich dem Wert 4 innerhalb des Bereiches 30 bis 39. Das Differenzsignal wird

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dann in der zweiten zehnstufigen Quantisierungsanordnung quantisiert, und das codierte Ausgangssignal zeigt den Wert 4 an. Die beiden codierten Ausgangswerte werden so zusammengefaßt, daß sich die Codekombination für den Wert 34 ergibt.

Die beschriebene Schaltungsanordnung gestattet den Betrieb zweier Parallelcoder, deren jeder nur zehn Diskriminatoren für die Codierung eines Signals von 100 Quantisierungsschritten benötigt. Obgleich freilich die Zahl der Diskriminatoren größer ist gegenüber der bei Seriencodern, so ist doch andererseits die Arbeitsgeschwindigkeit der Diskriminatoren etwa ¹I₂X-THaI (wobei χ die Zahl der Binärziffern bedeutet) niedriger als bei Seriencodern.

In einer alternativen Schaltungsanordnung nach F i g. 2 wird die gleiche Quantisierungs- und Codierungseinrichtung für die ]/«-te Quantisierungsund Codierungsstufe des Signals benutzt. Zum Beginn der Abtastperiode ist eine Torschaltung G₁ offen, eine andere Torschaltung G₂ geschlossen. Das Signal S wird in einen entsprechenden der }/Ji möglichen Werte in einer Quantisierungsanordnung 7 mit nachgeschaltetem Coder 9 quantisiert und codiert. Die Torschaltung G₁ wird dann geschlossen, und die Torschaltung G₂ geöffnet. Das Ausgangssignal der Quantisierungsanordnung 7 wird gleichzeitig dem Sekundärsignalgenerator 3 zugeführt, und das Sekundärsignal S₁ wird dann in der Subtraktionsschaltung 4 vom Eingangssignal S abgezogen. Das dabei entstehende Differenzsignal gelangt dann zu einem Verstärker 8 mit der Verstärkung }/ri-x, bevor es über die Torschaltung G₂ den Quantisierungs- und Codierungseinrichtungen zugeführt wird. Die Torschaltung G₂ wird dann geschlossen, Torschaltung G₁ geöffnet, und die Anordnung steht für die nächste Abtastperiode zur Verfügung.

Es sei erwähnt, daß die Schaltungsanordnung nach der Erfindung nicht auf zwei Quantisier- und Codierstufen beschränkt sein muß. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, ein Signal in zwei Stufen zu codieren, die unterschiedliche Werte aufweisen; bei 100 Quantisierungsschritten könnte etwa eine Stufe vier Schritte und die andere 25 Schritte aufweisen. Ähnlicherweise könnte man eine große Zahl von Schritten dadurch erhalten, daß man ein System mit mehr als

zwei Stufen bildet, etwa drei Stufen mit je ]/« Quantisierungsschritten, oder andererseits drei Stufen mit verschiedener Anzahl der Quantisierungsschritte vorsieht.
Obgleich die Schaltungsanordnung in Fig. 2 auf

m Stufen mit je ]/« Quantisierungsschritten beschränkt ist, ist es möglich, den quantisierten Ausgangswert soviel mal, wie benötigt, in die Rückkopplungsschleife zurückzukoppeln.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Quantisierung und Codierung eines Analogsignales, insbesondere zur Signalübertragung mittels Pulscodemodulation, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte Analogsignal (S) in einer ersten Quantisierungsanordnung (1) in groben Stufen quantisiert und anschließend in einem ersten Coder (2) codiert wird, daß gleichzeitig aus dem quantisierten Signal mittels eines Sekundärsignalgenerators (3) ein Sekundärsignal (S₁) erzeugt wird, das in einer Subtraktionsschaltung (4) vom angelegten Analogsignal (S) abgezogen wird, daß das sich ergebende Differenzsignal (S-S₁) in einer zweiten Quantisierungsanordnung (5) in feinen Stufen quantisiert und in einem zweiten Coder (6) codiert wird, und daß die Ausgangssignale beider Coder zusammengefaßt und als Codewert des Analogsignals übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal über eine zu Beginn der Abtastperiode durchgeschaltete, sonst geschlossene Torschaltung (G₁) eineF Quantisierungs- und Codierungseinrichtung (7, 9) zugeführt wird und daß das Differenzsignal bei insgesamt η Quantisierungsstufen um den Faktor ]/« verstärkt wird und dann über eine zu Beginn der Abtastperiode geschlossene, sonst durchgeschaltete Torschaltung (G₂) der gleichen Quantisierungs- und Codierungsanordnung (7, 9) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierung und Codierung in mehreren (m) Schritten durchgeführt wird und das jeweilige Differenzsignal der Quantisierungsanordnung nach einer Verstärkung um den Faktor

y'Ti zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen