DE1279082B

DE1279082B - Pulse code modulation system with ideal companding taking into account the basic noise

Info

Publication number: DE1279082B
Application number: DET33696A
Authority: DE
Inventors: Roland Roehrbein; Dipl-Ing Johannes Schmitz; Dipl-Ing Alfred Wagner
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1967-04-21
Publication date: 1968-10-03

Description

Puls-Code-Modulationssystem mit unter Berücksichtigung des Grundgeräusches idealer Kompandierung Die Erfindung betrifft ein Puls-Code-Modulations (PCM)-System mit unter Berücksichtigung des Grundgeräusches idealer Kompandierung, mit einem Analog-Digital-Umsetzer und einem Digital-Analog" Umsetzer.Pulse code modulation system taking into account the background noise Ideal Companding The invention relates to a pulse code modulation (PCM) system with ideal companding taking into account the background noise, with a Analog-to-digital converter and a digital-to-analog "converter.

Bekanntlich kann bei PCM-Systemen der erreichbare Dynainikbereich bei gleicher Kanalkapazität des Systems durch eine Kompandierung erheblich vergrößert werden. Dabei soll unter dem Dynamikbereich der Aussteuerungsbereich eines Kanals verstanden werden, in dem der Quantisierungsgeräuschabstand, d. h. das Verhältnis von mittlerer Signalleistung zur mittleren Quantisierungsgeräuschleistung einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. Die Erweiterung des Dynamikbereiches durch Kompandierung erfolgt hierbei unter Verzicht auf einen unnötig großen Geräuschabstand bei großen Aussteuerungen.It is known that in PCM systems, the achievable dynamic range can be increased considerably by companding with the same channel capacity of the system. The dynamic range should be understood to mean the modulation range of a channel in which the quantization signal-to-noise ratio, i.e. H. the ratio of mean signal power to mean quantization noise power does not fall below a certain value. The expansion of the dynamic range by companding takes place without an unnecessarily large signal-to-noise ratio at large levels.

Bekanntgewordene PCM-Systeme mit kompandierenden Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzern unterscheiden sich durch die Art der angestrebten Kompress,er- und der dazu inversen Expandercharakteristik, durch die Art der Verwirklichung dieser Charakteristik und durch die Art der Bildung der Codezeichen und der Rückgewinnung der Analogzeichen.Well-known PCM systems with companding analog-digital and Digital-to-analog converters differ in the type of compression sought, and the inverse expander characteristic, due to the way they are implemented Characteristic and by the way in which the code characters are formed and recovered the analog characters.

Von Überlegungen und Schlußfolgerungen in bezug auf eine günstige Form der Kompandierungskennlinie berichtete Bernhard Smith unter dem Titel »Instantaneous Companding of Quantized Signals,« in »Bell Systems Technical. Journal«, Vol.=VI, Nr. 3, Mai 1957. Als vorteilhaft wird dort eine logerithmische Kennlinie bezeichnet. Auch noch im Februar 1964 berichtete D.G.W. Ingram auf einer Konferenz über »Transmission Aspects of communications networks«, veranstaltet von I.E.E. EIectronies Division, Konferenzbericht ohne Ort und Datum des Erscheinens, in einem Referat -über »A High Speed Non-Linear Coder and Decoder for a P.C.M. System« über Codierer und Decodierer mit logarithmischer Kompandierungskennlinie.Bernhard Smith reported on considerations and conclusions with regard to a favorable form of the companding characteristic under the title "Instantaneous Companding of Quantized Signals," in Bell Systems Technical. Journal ", Vol. = VI, No. 3, May 1957. A logerithmic characteristic curve is referred to there as being advantageous. Also in February 1964 DGW Ingram reported at a conference on "Transmission Aspects of communications networks", organized by the IEE EIectronies Division, conference report without place and date of publication, in a lecture on "A High Speed Non-Linear Coder and Decoder for a PCM system «via encoder and decoder with logarithmic companding characteristic.

Schaltungen für Codierer mit rein logarithmischer Kennlinie sind außer durch die genannten Veröffentlichungen auch durch die deutsche Auslegeschrift 1076 758 bekanntgeworden. Nach dem durch diese deutsche Auslegeschrift bekannten Verfahren wird der analoge Abtastwert einem Speicherelement, z. B. einem Kondensator als Grundladung zugeführt und dann die Zeit festgestellt, die notwendig ist, um nach einer weiteren Ladung einen vorgegebenen Grenzwert der Ladespannung des Kondensators zu erreichen. Dieser Grenzwert muß zumindest gleich oder etwas größer sein als der größte zu erwartende Analogwert. Nach dem in einer älteren, als deutsche Auslegeschrift 1216 927 bekanntgemachten Erfindung beanspruchten Verfahren wird ein Kondensator auf eine Spannung aufgeladen, die gleich oder etwas größer ist als der größte zu erwartende Analogwert. Beim anschließenden Entladen des Kondensators über einen Widerstand wird die Zeit festgestellt, in der die Spannung des Kondensators einen der Spannung des analogen Abtastwertes gleichen Wort erreicht.Circuits for encoders with a purely logarithmic characteristic are known not only from the publications mentioned, but also from the German Auslegeschrift 1076 758 . According to the method known from this German patent application, the analog sample is transferred to a storage element, e.g. B. is supplied to a capacitor as the base charge and then the time is determined which is necessary to reach a predetermined limit value of the charging voltage of the capacitor after a further charge. This limit value must be at least equal to or slightly greater than the largest analog value to be expected. According to the method claimed in an older invention made known as German Auslegeschrift 1216 927 , a capacitor is charged to a voltage that is equal to or slightly greater than the largest analog value to be expected. When the capacitor is subsequently discharged via a resistor, the time is determined in which the voltage of the capacitor reaches a word which is the same as the voltage of the analog sampled value.

Bei den Verfahren sowohl nach der deutschen Auslegeschrift 1076 758 als auch nach der deutschen Auslegeschrift 1216 927 wird der Spannungsunterschied zwischen einem festgelegten Höchstwert und dem analogen Abtastwert festgestellt und der ermittelte Spannungsunterschied in eine logarith:misch verlaufende Zeitfunktion umgesetzt. Daher sind beide Verfahren grundsätzlich indentisch.In the methods according to both German Auslegeschrift 1076 758 and German Auslegeschrift 1216 927 , the voltage difference between a specified maximum value and the analog sampling value is determined and the voltage difference determined is converted into a logarithmic mixed time function. Therefore, both methods are basically identical.

Die bei dem genannten Verfahren angewandte rein logarithmische Kompandierungskennlinie wurde zur Zeit der Entwicklung entsprechender Schaltungen als ideal angesehen. Nach neueren Erkenntnissen hat jedoch eine rein logarithmische Kennlini-e Nachteile im Zusammenhang mit dem Verlauf des Geräuschabstandes in Abhängigkeit von der Größe der zu übertragenden Analogwerte. Günstiger ist daher eine Kompandierungskennlinie, die an ihrem unteren, kleineren Analogwerten entsprechenden Ende linear und im Bereich größerer Analogwerte logarithmisch verläuft. Dazu wurde in einem zusammenfassenden Aufsatz von W. B 1 e i c k a r d t, »Auswirkungen der Quantisierung in PCM-Systemen« in den »Hasler-Mitteilungen«, 23. Jahrgang (1964), H. 2, S. 41 bis 64, vorgeschlagen, eine unter Berücksichtigung des Quantierungs- und des Grundgeräusches günstige Annäherung an die nun als ideal erkannte Kompanderkennlinie durch »stückenweise lineare Kompression« zu erreichen. Die nach diesem Verfahren erreichte »K.nickkennEnie« hat zwar an ihrem unteren Ende den.gewünschten linearen Verlauf; an Stelle des gewünschten anschließlendenTeffes mit logarithmischem Verlauf folgt jedoch eine aus mehreren linearen Teilstücken bestehende, sich der logarithmischen Kurve annähernde, mehrfach geknickte Linie. Eine Kennlinie dieser Art hat den Nachteil, daß der Verlauf des Quantierungsgeräuschabstandes in Abhängigkeit von- der - Aussteuerung- bei Sprachsignalen eine gewisse Welligkeit und bei sinus- und impulsförmigen SignalenUnstetigkeiten.zeigt. In demvon Bleickardt beschriebenen, verwirklichten System macht sich dies durch--eiiien unstetigen Verlauf des Klirrfaktors in Abhängigkeit von der Aussteuerung bemerkbar. Dieser Nachteil kann zwar dadurch verringert werden, daß-die Kennlinie -aus sehr-vielen linearen Abschnitten zusammengesetzt und damit der logarithmischen Kurve besser angeglichen wird; der Aufwand hierfür ist jedoch sehr groß.The purely logarithmic companding characteristic used in the process mentioned was considered ideal at the time when corresponding circuits were being developed. According to more recent findings, however, a purely logarithmic characteristic curve has disadvantages in connection with the course of the signal-to-noise ratio as a function of the size of the analog values to be transmitted. A companding characteristic curve which runs linearly at its lower end corresponding to smaller analog values and logarithmically in the area of larger analog values is therefore more favorable. For this purpose, in a summary article by W. B 1 eic k ar d t, "effects of quantization in PCM systems" in the "Hasler messages", Volume 23 (1964), H. 2, S. 41-64 , proposed to achieve a favorable approximation to the compander characteristic, which is now recognized as ideal, by taking into account the quantization and the background noise by means of "linear compression in parts". The "KnickkennEnie" achieved by this method does indeed have the desired linear course at its lower end; Instead of the desired subsequent teff with a logarithmic curve, however, a multiple kinked line, consisting of several linear sections and approximating the logarithmic curve, follows. A characteristic of this type has the disadvantage that the course of the quantization signal-to-noise ratio as a function of - the - modulation - shows a certain ripple in speech signals and discontinuities in sinusoidal and pulse-shaped signals. In the implemented system described by Bleickardt, this is noticeable through - a discontinuous course of the distortion factor as a function of the modulation. This disadvantage can be reduced by the fact that the characteristic curve is composed of a large number of linear sections and is thus better matched to the logarithmic curve; However, the effort for this is very great.

Es wurde -weiterhin vorgeschlagen, die gewünschte ideale Kennlinie durch zwei voneinander unabhängige Funktionsgeneratoren zu erzeugen, von denen der- eine einen nichtlinearen, exponentieHen Spannungsverlauf, der zweite einen linearen Spannungsverlauf erzeugt. Dabei stellen die beiden Spannungsverläufe Teilfunktionen. der gesamten Kompandierungskennlinie dar"-Bei einer geeigneten Bemessung der zwei Funktionsgeneratoren sollen sich die Kurven der beiden Teiffunktionen in einem vorgegebenen Punkt und nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn dßs. Fimktionsablaufes tangiere n. Zu diesein Zeitpunkt sollen-.die Ausgangsspannungen beider Funktionsgeneratoreft- gleich sein, so daß beim Umschalten vom AiisZang des einen auf den Ausgang des anderen Funktionsgenerators ein stetiger übergang von der einen zuranderen Teilfunktion möglich sein soll. In.,der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung beim _Umschalten von einer auf die andere -Teilfunktion während des Umsetzungsvorganges störende Unstetigkeiten nur sehr schwer zu vermeiden sind.It was also proposed that the ideal characteristic curve be desired to be generated by two independent function generators, of which the one has a non-linear, exponential voltage curve, the second a linear one Stress curve generated. The two voltage curves represent sub-functions. of the entire companding characteristic "-With a suitable dimensioning of the two Function generators are supposed to show the curves of the two partial functions in a given Point and after a predetermined period of time after the start of dßs. Fimktionsvorganges affect n. At this point in time - the output voltages of both function generators should be be the same, so that when switching from the AiisZang one to the output of the other Function generator a continuous transition from one to the other sub-function should be possible. In., Practice has shown that with such Arrangement when switching from one to the other sub-function during the conversion process annoying discontinuities are very difficult to avoid.

Diesen Nachteilvärmeidet das System gemäß der Erfindung, wobei während eines Umsetzu-ngsvorganges nicht von einem- exsten auf einen zweiten Funktionsgenerator -umgeschaltet, sondein vor der Umsetzung festgestellt -wird, ob -der zu gewinnende neue Wert im expoiieiitieHen oder im- linearen Teil der Kennlinie liegt uncl-eirtsprechend dieser Feststellung während der gesamten Umsetzung entweder nur die exponentiell oder nur -linear verlaufende Spannungskurve ausgewertet wird. - Das exfindungsgemäße System enthält einen. Ahalog-Digital-Umsetzär- und einen Digital-Analog-Umsetzer und jedei#-die-ser Umsetzer zwei Funktionsgeneratoren, von denen der erste einen ex-ponentiellen und der zweite:-eihm linearen Spannungsverlauf erzeugt. Die Funktionsgeneratoren jedes Umsetzers sind so bemessen, --daß bei gleichzeitigem Beginn zu einem bestimmten Zeitpunkt des Funktionsablaufes die exponentiell und die Unear verlaufenden Spannungskurven sich,tangieren. Der erste Funktionsgenerator liefert zum:Beginn jeder Umsetzung eine Spannung,: dien glerch-.-oder größer ist -als der größte erwartete Analogwert und die im Verlauf jeder Umsetzung exponentiell abnimmt. Der Analog-Digital-Umsetzer enthält einen Umschalter, durch den eine nachgeschaltete Vergleichseinrichtung an den Ausgang des ersten oder a n- den Ausgang des zweiten Funktionsgenerators geschaltet werden kann. Die Vergleichsschaltung gibt in bekannter Weise ein Ausgangssignal ab, sobald die ihr von einem der Funktionsgeneratoren zugeführten Spannung ebenso groß ist wie die Spannung des ihr gleichzeitig zugeführten analogen Abtastsignals. Der Digital-Analog-Umsetzer enthält einen Umschalter, durch den eine zum Ausgang des Umsetzers führende Leitung an den Ausgang des ersten -oder an den Ausgang des zweiten Funktionsgenerators geschaltet werden kann. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Umsetzer einen an sich bekannten Spannungsdiskriminator enthält, durch den festgestellt wird, ob der jeweilige Abtastwert des Modulationssignals eie vorgegebene Spannung überschreitet oder nicht und der bewirkt, daß vor dem-Beginn einer Umsetzung durch den Schalter eine Verbindung zwischen der Vergleichssehaltung bei größeren Abtastwerten mit dem Ausgang des ersten Funktionsgenerators und bei klelnerenlAbtastwerten mit dem Ausgang des zweiten Funktionsgenerators hergestellt wird, ferner dadurch, daß im Digital-Analog-Umsetzer auf Grund der Größe der das empfangene Codesignal darstellenden Digitalzahl festgestellt wird, ob das zu gewinnende Analogsignal einen bestimmten Spannungswert überschreiten wird oder nicht und daß vor dem Beginn der Umsetzung die zum Ausgang des Umsetzers führende Leitung mittels des Umschalters bei erwarteten größeren Analogwerten mit dem Ausgang des ersten Funktionsgenerators und bei erwarteten kleineren Analogwerten mit dem Ausgang des zweiten Funktionsgenerators verbunden wird.This Nachteilvärmeidet the system according to the invention, wherein during an IMPLEME-ngsvorganges of einem- exsten to a second function generator - switched -is probe in determined prior to the reaction, whether: - the at winning new value in expoiieiitieHen or im- linear part of the characteristic If, in accordance with this statement, either only the exponential or only linear voltage curve is evaluated during the entire implementation. - The system according to the invention contains a. A halogen-to-digital converter and a digital-to-analog converter and each of these converters have two function generators, the first of which generates an exponential and the second a linear voltage curve. The function generators of each converter are dimensioned in such a way that, when the function sequence starts simultaneously at a certain point in time, the exponential and the non-linear voltage curves are tangent. The first function generator supplies a voltage at: the beginning of each conversion: dien glerch -.- or greater than the largest expected analog value and which decreases exponentially in the course of each conversion. The analog-digital converter contains a changeover switch by means of which a downstream comparison device can be switched to the output of the first or to the output of the second function generator. The comparison circuit emits an output signal in a known manner as soon as the voltage supplied to it by one of the function generators is the same as the voltage of the analog sampling signal supplied to it at the same time. The digital-to-analog converter contains a changeover switch by means of which a line leading to the output of the converter can be switched to the output of the first function generator or to the output of the second function generator. The invention is characterized in that the analog-digital converter contains a voltage discriminator known per se, by which it is determined whether the respective sample value of the modulation signal exceeds a predetermined voltage or not and which has the effect that before the beginning of a conversion by the Switch a connection between the comparison circuit is established for larger sampled values with the output of the first function generator and for smaller sampled values with the output of the second function generator, furthermore by determining in the digital-analog converter on the basis of the size of the digital number representing the received code signal, whether the analog signal to be obtained will exceed a certain voltage value or not and that before the start of the implementation, the line leading to the output of the converter by means of the switch with expected larger analog values with the output of the first function generator and with expected kl one analog value is connected to the output of the second function generator.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to drawings.

F i g. 1 zeigt den von den Funktionsgeneratoren erzeugten Spannungsverlauf über der Zeit, F i g. 2 einen vereinfachten übersichtssehaltplan mit den erfind:ungswesentlichen Teilen des Analog-Digital-Umsetzers und Fig. 3 'emien vereinfachten übersichtssehaltplan mit den erfindungswesentlichen Teilen des Digital-Analog-Umsetzers.F i g. 1 shows the voltage curve generated by the function generators over time, FIG. 2 shows a simplified overview plan with the parts of the analog-to-digital converter that are essential to the invention; and FIG. 3 shows a simplified overview plan with the parts of the digital-to-analog converter that are essential to the invention.

. In F i g. 1 entsprechen auf der Zeitachse der Punkt t0 dem Beginn und der Punktt."., dem Ende eine Umsetzung. Die KurveA gibt den von dem ersten Funktionsgenerator erzeugten exponentieHen Spannüngsverlauf wieder. Sie beginnt zum Zeitpunkt t0 mit einer Spannung ul, die ebenso groß ist wie der höchste erwartete Analogwert, und erreicht den Wert 0 ers t nach unendlich langer Zeit. Die Kurve B stellt -den von dem zweiten Knktionsgenerator erzeugten linearen Spannungsverlauf dar. Sie beginnt zum Zeitpunkt t 0 mit einer Spannung u 2, die viel kleiner als die Spannung ul ist, und erreicht den Wert 0 kurze Zeit nach dem Zeitpunkt t# ..... Die Kurven A und B tangieren sich im Punkt T zum Zeitpunkt tl bei einer Spannung u3. Der Punkt T teilt die Kurve A in die Teilkurvenal und a2 und die Kurve B in die Teilkurven b 1 und b 2. Die zum Erreichen einer idealen Kompandierung erforderliche Kurve setzt sich zusammen aus den Teilkurvenal und b2. Bei der Anordnung nach dem bereits genannten älteren Vorschlag war eine weiterführende Leitung zum Zeitpunkt t 1 vom Ausgang des ersten auf den Ausgang des zweiten Funktionsgenerators umgeschaltet worden, so daß auf der genannten weiterführenden Leitung eine Spannung mit den aneinander anschließenden Kurven a 1 und b 2 lag. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird vor dem Codieren festgestellt, ob der zu codierende Analogwert ua im Spannungsbereich u3 ... ul und damit im Bereich der Teilkurve al liegt oder ob er kleiner ist als u3 und damit im Bereich der Teilkurve b2 liegt. Die weiterführende Leitung wird vor dem Beginn des Umsetzungsvorganges im ersten Falle bei u 3 < ua < u 1 an den Ausgang des ersten Funktionsgenerators mit exponentiellem Spannungsverlauf, im zweiten Falle bei 0 :## ua < it 3 an den Ausgang des zweiten Funktionsgenerators mit linearem Spannungsverlauf gelegt. Beim Decodieren ergibt sich aus dem in die Zähleinrichtung eingespeicherten Zahlenwert, ob der Analogwert zum Zeitpunkt ta im Zeitabschnitt t0 ... tl und damit aus der Spannungsteilkurve a 1 oder im Zeitabschnitt t 1 ... t.", und damit aus der Spannungsteilkurve b 2 gewonnen wird. Die weiterführende Leitung wird dann vor dem Beginn der Umsetzung im ersten Falle bei t0 < ta < tl an den Ausgang des ersten Funktionsgenerators mit exponentiellem Spannungsverlauf, im zweiten Falle bei tl < ta < t""., an den Ausgang des zweiten Funktionsgenerators mit linearem Spannungsverlauf geschaltet. Sowohl beim Codieren als auch beim Decodieren liegt an der weiterführenden Leitung über die gesamte Dauer der Umsetzung nur entweder eine Spannung mit dem Kurvenverlauf A oder eine Spannung mit dem Kurvenverlauf B, ausgenutzt wird jedoch nur entweder die Teilkurve al oder die Teilkurve b2. Die Wirkung nach außen ist dieselbe wie bei der Anordnung gemäß dem älteren Vorschlag, es entfällt jedoch die störende Umschaltung während der Umsetzung. . In Fig. 1 on the time axis, point t0 corresponds to the beginning and point t. "., The end of a conversion. Curve A shows the exponential voltage curve generated by the first function generator. It begins at time t0 with a voltage ul that is as large as the highest expected analog value, and reaches the value 0 ers t after an infinitely long time. the curve B represents -the from the second Knktionsgenerator linear voltage waveform generated. It begins at time t 0 with a voltage U 2, which is much smaller than the voltage ul, and reaches the value 0 shortly after time t # ..... Curves A and B are tangent at point T at time tl at a voltage u3. Point T divides curve A into partial curves and a2 and curve B into partial curves b 1 and b 2. The curve required to achieve ideal companding is made up of the partial curves and b2 a continuing line was switched from the output of the first to the output of the second function generator at time t 1 , so that a voltage with the subsequent curves a 1 and b 2 was on the said continuing line. In the inventive arrangement is determined prior to encoding, whether lying al to be encoded analog value, inter alia, in the voltage range u3 ... ul and hence in the area of the partial curve, or if it is less than u3 and thus is in the range of the partial curve b2. Before the start of the conversion process, the line going on is in the first case with u 3 < ua < u 1 to the output of the first function generator with exponential voltage curve, in the second case with 0 : ## ua < it 3 to the output of the second function generator with linear Stress curve laid. During decoding, the numerical value stored in the counter shows whether the analog value at time ta in the time segment t0 ... tl and thus from the voltage curve a 1 or in the time segment t 1 ... t. ", And thus from the voltage curve b 2. The continuing line is then before the start of the implementation in the first case at t0 < ta < tl to the output of the first function generator with exponential voltage curve, in the second case at tl < ta < t ""., To the output of the Second function generator with linear voltage curve switched. Both during coding and decoding, only either a voltage with curve A or a voltage with curve B is applied to the continuing line over the entire duration of the conversion, but only either the partial curve a1 or B is used the partial curve b2. The outward effect is the same as in the arrangement according to the older proposal, but the disruptive one is omitted Switching during implementation.

Die F i g. 2 zeigt als wesentliche Teile eines erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzers einen ersten Funktionsgenerator- Kl zum Erzeugen eines exponentiellen Spannungsverlaufes, einen zweiten Funktionsgenerator K2 zum Erzeugen eines linearen Spannungsverlaufes, eine Umschalteeinrichtung U, einen Spannungsdiskriminator SD und eine Vergleichssehaltung V.The F i g. 2 shows, as essential parts of an analog-digital converter according to the invention, a first function generator K1 for generating an exponential voltage curve, a second function generator K2 for generating a linear voltage curve, a switching device U, a voltage discriminator SD and a comparison circuit V.

Ein am Eingang Ek anliegender analoger Abtastwert gelangt zum Eingang El der Vergleichsschaltung V. Durch den parallel zum Eingang liegenden Spannungsdiskriminator SD wird festgestellt, ob die Spannung des Abtastwertes größer oder kleiner als die Spannung u 3. in F i g. 1 -ist, und der Umschalter U bei größeren Spannungen so gesteuert, daß er den Eingang E2 der Vergleichssehaltung V mit dem Ausgang des Funktionsgenerators Kl verbindet. Bei kleineren Spannungen bewirkt der Spannungsdiskriminat - or durch den Umschalter U eine Verbindung zwischen dem Eingang E2 der Vergleichssehaltung Y und dem Ausgang des Funktionsgenerators K2. Im gle ' ichen Zeitraum werden, gesteuert durch eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung, entweder- beide Funktionsgeneratoren Kl und K2- oder- zusätzlich gesteuert durch ebenfalls nicht gezeichnete Teile der Umschalteeinrichtung U nur der mit der Vergleichsschal#tung V verbundene Funktionsgenerator K 1 oder K2 an die Speisespannung ul- -undloder u2 gelegt und damit für das Erzeugen eines Spannungsverlaufes entsprechend F i g. 1 vorbereitet.An analog sampled value present at the input Ek reaches the input El of the comparison circuit V. The voltage discriminator SD lying parallel to the input determines whether the voltage of the sampled value is greater or less than the voltage u 3 in FIG. 1 -is, and the changeover switch U is controlled in such a way that it connects the input E2 of the comparison circuit V to the output of the function generator Kl. Or by the changeover switch U a connection between the input E2 of the Vergleichssehaltung Y and the output of the function generator K2 - at lower voltages the Spannungsdiskriminat effected. , Are controlled by a not shown control device in gle 'cozy period, either- both function generators Kl and K2 or- additionally controlled by likewise not drawn parts of the switching device U only the function generator connected to the comparison scarf # tung V K 1 or K 2 to the Supply voltage ul- -undloder u2 applied and thus for generating a voltage curve according to FIG . 1 prepared.

Beim Beginn des Codiervorganges zum Zeitpunkt t0 trennt die Steuereinrichtung den/die Funktionsgenerator(en) von der Speisespannungsquelle und startet eine ebenfalls nicht gezeichnte Zähleinrichtung, die durch einen ebenfalls nicht gezeichneten Taktgeber nach, bestimmten Zeitabschnitten weitergeschaltet wird. Die Spannung am Eingang E2 der Vergleichsschaltung V sinkt, je nach dem mit diesem verbundenen Funktionsgenerator KI oder K2 # entsprechend der Kurve A oder B der F i g. 1 ab. Sobald die absinkende Spannung am Eingang E2 der Vergleichsschaltung V denselben Wert erreicht hat wie die Spannung des Abtastwertes am Eingang El, gibt die Vergleichsschaltung am ihrem Ausgang Ak ein Signal ab, durch das die Zähleinrichtung stillgesetzt wird. Die von ihr erreichte Zählstellung dient zum Bilden de& digitalen Codesignals.At the beginning of the coding process at time t0, the control device disconnects the function generator (s) from the supply voltage source and starts a counter (also not shown), which is advanced by a clock (also not shown) according to certain time segments. The voltage at the input E2 of the comparison circuit V falls, depending on the function generator KI or K2 # connected to it, in accordance with curve A or B in FIG. 1 from. As soon as the falling voltage at the input E2 of the comparison circuit V has reached the same value as the voltage of the sample at the input El, the comparison circuit emits a signal at its output Ak which stops the counting device. The counting position reached by it is used to generate the digital code signal.

Die unterschiedliche Polarität der analogen Abtastwerte kann in Verbindung mit der beschriebenen Anordnung nach einem der nachfolgend beschriebenen Verfahren berücksichtigt werden: 1. Der analoge Abtastwert - wird fallweise durch einen Inverter auf eine einheitliche Polarität gebracht und der Vergleichssehaltung der Betrag des Analogwertes zugeführt. Die Funktionsgeneratoren liefern Spannungen mit derselben einheitlichen Polarität.The different polarity of the analog sampled values can be taken into account in connection with the described arrangement according to one of the methods described below: 1. The analog sampled value - is brought to a uniform polarity by an inverter and the value of the analog value is fed to the comparator. The function generators supply voltages with the same polarity.

Der analoge Abtastwert wird unverändert der Vergleichsschaltung zugeführt. Die Funktionsgeneratoren liefern nach Anlegen einer Spannung mit derselben Polarität, wieg am Abtastwert festgestellt, absinkende _Spannungen derselbefi Polarität wie der Abtastwert.The analog sample is fed to the comparison circuit unchanged. After applying a voltage with the same polarity, the function generators deliver as determined on the sample, decreasing voltages of the same polarity as the sample.

3. Der Analog-Digital-Umsetzer enthält zwei Gruppen mit je einem ersten und einem zweiten Funktionsgenerator, die, absinkende Spannungen unterschiedlicher Polarität liefern, die den Eingängen E2 zweier VergleichsschaltÜngen zugeführt. werden. Die analogen Abtastwerte werden je nach ihrer Polarität nur dem Eingang E 1 der einen oder der anderen Vergleichsschaltung zugeführt. 3. The analog-digital converter contains two groups, each with a first and a second function generator, which supply falling voltages of different polarity, which are fed to the inputs E2 of two comparison circuits. will. The analog sampled values are only fed to the input E 1 of one or the other comparison circuit , depending on their polarity.

In jedem dieser- Fälle Wird -die Polarität des Analogsighales entweder, vor dem . Codiervorgang oder, wie im Fall 3 möglich, durch das Ausgangssignal der einen oder der anderen Verglefchsschaltung festgestellt und ein die Polarität kennzeichnendes Pola#1tätsbit -zur Gegenstelle übertragen.In each of these cases , the polarity of the analog signal will either , before the . Coding process or, as possible in case 3 , determined by the output signal of one or the other comparison circuit and a polarity characterizing Pola # 1tätsbit transmitted to the remote station.

Die F i g. 3 zeigt als- wesentliche Teile eines erfindungsgemäßen Digitql-Analog-Umset-zers einen ersten Funktionsgenerator D 1 - zum Erzeugen ei - nes exponentiellen Spannungsverlauf#s, einen zweiten Funktionsgenerator D 2 zum.Erzeuigen eines linearen Spannungsverlaufes, eine Umschalteeinrichtung W., eine Zähleinrichtung Z und eine logische Schaltung G. The F i g. 3 shows essential parts of an inventive than- Digitql analog imple-decomp a first function generator D 1 - for generating an exponential voltage curve # s, a second function generator D 2 zum.Erzeuigen a linear voltage profile, a switching device W., a counter Z and a logic circuit G.

Die Funktionsgeneratoren im Digital-Analog-Umsetzer unterscheiden sich von den Funktionsgegeratoren in Analog-Pigital-Umsetier dadurch, daß sie eine Einrichtung enthalten, die es -erlaubt, die in Fig. 1 dargestellten Spannungsabläufe zu einem beliebigen Zeitpunkt zu unterbrechen und die zu g festzuhalten. diesem Zeitpunkt erreichte Spannun Bei dem nachstehend beschriebenen Beispiel erfolgt die Feststellung, ob die das, gnipfangene C#äsignal bildende Digitalzahl eine bestimmte Größe überschreitet oder nicht, an einer ohnehin in 'Verbindung mit dem Digital-Analog-Umsetzer vorhandenen Zähleinrichtung. Die genannte Feststellung kann jedoch auch an anderer Stelle, z. B. an dem zur Serien-Parallelumsetzung dienenden Schieberegister oder an einen gesonderten Speicher erfolgen.The function generators in the digital-to-analog converter differ from the Funktionsgegeratoren in analog Pigital-Umsetier in that they include means, which -erlaubt, the voltage sequences shown in Fig. 1 at any time to interrupt and to g hold . voltage reached at this point in time. In the example described below, it is determined whether the digital number forming the captured C # signal exceeds a certain value or not at a counter which is already present in connection with the digital-to-analog converter. However, the stated finding can also be used elsewhere, e.g. B. to the shift register serving for series-parallel conversion or to a separate memory.

Das über die Eingänge Ed nach einer Serien-Parallelumsetzung einlaufende digitale Codesignal bringt in bekannter Weise die ZähleinrichtungZ in eine bestimmte Zählstellung. Durch die den Schaltzustand verschiedener Zählstufen prüfende logische Schaltung G wird vor dem eigentlichen Decodiervorgang in bekannter Weise festgestellt, ob der in die Zähleinrichtung Z eingespeicherte- Zahlenwert eine bestimmte Größe überschreitet oder nicht. Bei größeren Analogwerten entsprechenden Zahlwerten bewirkt die logische Schaltung mittels der Umschalteeinrichtung W eine Verbindung zwischen dem FunktionsgeneratorD1 und dem Ausgang Ad des Wandlers. Bei kleineren Analogwerten entsprechenden Zahlenwerten steuert die logische Schaltung G die Umschalteeinrichtung W so, daß eine Verbindung zwischen dem Funktionsgenerator D 2 und dem Ausgang Ad hergestellt wird. Die Umschalteeinrichtung W wird während eines Decodiervorganges in der eingestellten Lage festgehalten. Im gleichen Zeitabschnitt werden, gesteuert durch eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung, entweder beide FunktionsgeneratorenD1 und D2 oder, zusätzlich gesteuert durch ebenfalls nicht dargestellte Teile der Umschalteeinrichtung W, nur der mit dem Ausgang Ad verbundene FunktionsgeneratorD1 oder D2 an die Speisespannung(en)ul und/oder u2 gelegt und damit für das Erzeugen eines Spannungsverlaufes entsprechend F i g. 1 vorbereitet.The digital code signal arriving via the inputs Ed after serial-parallel conversion brings the counting device Z into a specific counting position in a known manner. Before the actual decoding process, the logic circuit G checking the switching status of various counting stages determines in a known manner whether the numerical value stored in the counting device Z exceeds a certain value or not. In the case of numerical values corresponding to larger analog values, the logic circuit creates a connection between the function generator D1 and the output Ad of the converter by means of the switching device W. In the case of numerical values corresponding to smaller analog values, the logic circuit G controls the switching device W so that a connection is established between the function generator D 2 and the output Ad . The switching device W is held in the set position during a decoding process. In the same period of time, controlled by a control device (not shown), either both function generators D1 and D2 or, additionally controlled by parts of the switching device W, also not shown, only the function generator D1 or D2 connected to the output Ad to the supply voltage (s) ul and / or u2 placed and thus for the generation of a voltage curve according to FIG . 1 prepared.

Beün Beginn des Decodiervorganges zum Zeitpunktt0 trennt die Steuereinrichtung den oder die Funktionsgenerator(en) von der Speisespannungsquelle und bewirkt gleichzeitig das Starten der Zähleinrichtung Z, die durch einen ebenfalls nicht gezeichneten Taktgeber gesteuert nach bestimmten Zeitabschnitten vom voreingestellten Wert rückwärts zählt. Die Spannung am Ausgang Ad des Wandlers sinkt, je nachdem ob dieser mit dem Funktionsgenerator D 1 oder D 2 verbunden ist, entsprechend der Kurve A oder B der F i g. 1 ab.At the beginning of the decoding process at time t0, the control device disconnects the function generator (s) from the supply voltage source and at the same time starts the counter Z, which counts down from the preset value after certain periods of time, controlled by a clock (also not shown). The voltage at the output Ad of the converter falls, depending on whether it is connected to the function generator D 1 or D 2, according to curve A or B in FIG. 1 from.

Sobald die Zähleinrichtung Z ihre Nullsteffung erreicht hat, wird das weitere Absinken der Spannung in den Funktionsgeneratoren D 1 und/oder D 2 unterbrochen. Der dann am Ausgang Ad liegende Spannungswert entspricht dem Analogzeichen.As soon as the counter Z has reached zero, the further drop in the voltage in the function generators D 1 and / or D 2 is interrupted. The voltage value then present at the output Ad corresponds to the analog symbol.

Die richtige Polarität des wiedergewonnenen Analogzeichens kann in ähnlicher Weise wie für den Analog-Digital-Umsetzer beschrieben, nach folgenden Verfahren wiederhergestellt werden. Bestimmend für die Polarität ist das empfangene Polaritätsbit.The correct polarity of the recovered analog character can be found in in a similar way as described for the analog-to-digital converter, according to the following Procedure to be restored. What is received is decisive for the polarity Polarity bit.

1. Das Polaritätsbit entscheidet, ob das am AusgangAd mit einheitlicher Polarität auftretende Analogzeichen unverändert weitergegeben oder ob seine, Polarität durch einen nachgeschalteten Inverter umgekehrt wird. 1. The polarity bit decides whether the analog character appearing at the output Ad with the same polarity is passed on unchanged or whether its polarity is reversed by a downstream inverter.

2. Das Polaritätsbit entscheidet über die Polarität der an die Funktionsgeneratoren gelegten Spannung, so daß die Funktionsgeneratoren absinkende Spannungen derselben Polarität wie das zu gewinnende Analogsignal liefern.2. The polarity bit determines the polarity of the function generators applied voltage, so that the function generators decreasing voltages of the same Provide polarity like the analog signal to be obtained.

3. Der Digital-Analog-Umsetzer enthält zwei Gruppen mit je einem ersten und einem zweiten Funktionsgenerator, die absinkende Spannungen unterschiedlicher Polarität liefern, wobei das Polaritätsbit darüber entscheidet, ob das Ausgangssignal der einen oder der anderen Gruppe zum Ausgang des Umsetzers gegeben wird. 3. The digital-to-analog converter contains two groups, each with a first and a second function generator, which supply decreasing voltages of different polarity, the polarity bit deciding whether the output signal of one or the other group is sent to the output of the converter.

Claims

Claims. 1. Pulse-code modulation system with an analog-to-digital converter and a digital-to-analog converter with ideal companding, taking into account the background noise, for which the companding curve is logarithmic for the range of medium and high modulation and a linear course for the range of small modulation The analog-digital converter contains a first function generator (KI) for generating a non-linear, exponential voltage curve and a second function generator (K2) for generating a linear voltage curve, the voltage curves of which are partial functions of the entire companding characteristic, with an input (E2) A comparison circuit (V) can be connected to the output of one or the other function generator (K1, K2 ) through a changeover switch (U) and the comparison circuit (V) emits an output signal as soon as it is supplied by the function generator connected to it Voltage is equal to voltage d it is fed to it via a second input (E1) analog sample value, with a counter that is started, clocked and stopped by the output signal of the comparison circuit at the beginning of each implementation at the same time as the beginning of the sequence of at least one function generator, determining the time until the two voltages are equal and this period of time serves as the basis for forming the digital code symbol, the digital-to-analog converter containing a first function generator (D1) for generating a non-linear, exponential voltage curve and a second function generator (D 2) for generating an enearic voltage curve, the voltage curves of which The output of the digital-to-analog converter can be switched to the output of the first or to the output of the second function generator by means of a switch (W), one being clocked by the received digital code characters e counting device is brought into a counter control corresponding to the respective code character and the counting device is started at the beginning of a conversion at the same time as the start of the sequence of at least one function generator, the counting device holding the output voltage of one or both function generators at the value reached when counting down when it reaches its zero position , whereby the output voltage of one of the function generators can be taken off as a recovered analog signal, characterized in that a known voltage discriminator (SD) in the analog-to-digital converter determines whether the respective sampled value of the modulation signal exceeds a predetermined voltage or not and by means of the switch ( U) before the execution of a conversion, a connection between an input (E 2) of the comparison circuit (V) with larger samples with the output of the first function generator (K1) and with smaller samples with the output of the two iten function generator (K2) produces that in the digital-to-analog converter, based on the size of the digital number stored in the counter, it is determined whether the analog signal to be obtained will exceed a certain voltage value or not, and that the output of the Converter is connected by means of the switch (W) to the output of the first function generator (D1) for larger analog values to be obtained and to the output of the second function generator (D2) for smaller analog values to be obtained.

2. pulse code modulation system as claimed spoke 1, characterized in that in the analog-to-digital converter prior to each reaction both function generators (K 1, K2) to a respective supply voltage to be set (u 1, u 2), that each function generator a A falling voltage is generated, but only the falling voltage generated by a function generator (K1 or K2) is evaluated. 3. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that in the analog-digital converter before each implementation only the function generator (K1 or K2) to be connected to a supply voltage (ul or respectively) according to the detected sample value during the implementation with the comparison circuit . u2) and that only this function generator supplies a falling voltage. 4. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that both function generators (D 1, D 2) are applied to a supply voltage (ul, u2) in the digital-to-analog converter before each implementation, so that each function generator has a decreasing voltage generated, but only the decreasing voltage generated by a function generator (D 1 or D 2) is evaluated. 5. Pulse-code modulation system according to claim 1, characterized in that in the digital-to-analog converter, before each conversion, only the function generator to be connected to the output of the converter (D 1 or D 2 according to the determined digital numerical value and the analog value to be obtained) ) is applied to a supply voltage (ul or u2) and that only this function generator supplies a decreasing voltage. 6. Pulse-code modulation system according to claim 1, characterized in that in the digital-to-analog converter the for the position of the switching device (W) during an implementation decisive determination about the size of the received digital value, by a logic circuit on the duration from the beginning of the conversion to the attainment of the counting device (Z) which determines the analog value to be obtained and that the switching position of the switching device (W) thus determined is recorded until the end of each conversion. 7. pulse-code modulation system according to claim 1, characterized in that in the digital-to-analog converter the for the position of the switching device (W) during an implementation decisive determination about the size of the received digital value by a logic circuit on the serial The shift register serving parallel conversion is taken before the input of the digital-to-analog converter and that the switching position of the switching device (W) thus determined is retained until the end of each conversion. 8. Pulse-code modulation system according to claim 1, characterized in that the digital-to-analog converter contains a separate number memory which stores the received digital value until the end of a conversion and to which a logic circuit is used to control the switching device ( W) determining size of the digital value is determined. 9. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that the polarity of the sample is determined in the analog-to-digital converter before each implementation and a polarity characterizing polarity bit is transmitted to the remote station and that the sample is either unchanged or inverted depending on the polarity is fed with uniform polarity of the comparison attitude (V). 10. Pulse-code modulation system according to claim 1, characterized in that the polarity of the scanning signal is determined in the analog-digital converter before each implementation and a polarity characterizing polarity bit is transmitted to the counterpart that the function generators (Kl, K2) by voltages are fed with the polarity of the sampled signal of the same polarity and emit a falling voltage of the same polarity as the sampled signal and that the sampled value is fed to the comparison circuit without changing its polarity. 11. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that the analog-to-digital converter contains two groups, each with a first (K 1) and a second (K 2) function generator that supply the falling voltages of different polarity that the Inputs (E2) of two comparison circuits (V) are fed so that the analog scanning signals, depending on their polarity, are only fed to the input (EI) of one or the other comparison circuit and that the occurrence of an output signal at one or the other comparison circuit (V ) determined via the polarity bit to be transmitted to the remote station. 12. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that in conjunction with the digital-to-analog converter, the received polarity bit decides whether the signal occurring at the output of the converter remains unchanged or is inverted. 13. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that the received polarity bit in the digital-to-analog converter is the polarity of the voltage to be applied to the function generator (s) (D 1, D 2) and thus the polarity of the function generators the dropping voltages to be delivered are determined. 14. Pulse-code modulation system according to spoke 1, characterized in that the digital-to-analog converter contains two groups, each with a first (D 1) and a second (D 2) function generator which supply falling voltages of different polarity, the The polarity bit decides whether the output signal of one or the other group is given to the output of the converter. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1076 758; The Bell System Technical Journal, Vol. XXXVI, No. 3, May 1957.