DE1462695B2 - Verfahren für die Zählcodierung für Mehrkanal-Pulscodemodulation - Google Patents

Description

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Bei der Analog-Digitalumsetzung, die insbesondere Der Erfindung liegt die Augabe zugrunde, ein

bei der Pulscodemodulation (PCM) verwendet wird, Verfahren für die Zählcodierung für Mehrkanal-

sind zwei Möglichkeien bekannt, nämlich Rück- Pulscodemodulation, bei dem die zu codierenden

kopplungscodierung und eine Codierung durch Mo- Analogsignale mit einer mit der Zeit in gleicher

dulation der Dauer, bei der ein zu codierender Span- 5 Richtung zu verändernden Vergleichsspannung ver-

nungsabtastwert einer Binärzahl gleichgemacht wird, glichen werden, wobei während jeder Veränderungs-

deren Wert die Amplitude dieses Spannungswertes periode der Vergleichsspannung ein Zähler von O

kennzeichnet. Die letzte Art der Codierung ist auch als beginnend fortgeschaltet wird, und bei dem der bei

Zählcodierung bekannt. Gleichheit von Analogsignal und Vergleichsspannung

In einem Rückkopplungscodiersystem vergleicht man io momentane Zählerstand den Codewert darstellt, zu die Amplitude des .Abtastwertes, die an den An- schaffen, bei dem die obengenannten Nachteile nicht Schlüssen eines Kondensators liegt, mit einer Span- zutreffen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, nung, die man beim Decodieren einer in ein Register daß in einem ersten Zeitabschnitt die Vergleichseingespeicherten Zahl erhält, um dann festzustellen, ob spannung parallel an einen je Kanal vorhandenen diese Zahl zu groß oder zu klein ist. Im ersteren Fall 15 Vergleicher angelegt wird, an dem ständig das zu wird diese Zahl verkleinert und im zweiten Fall ver- codierende Analogsignal anliegt, daß bei Gleichheit größert, und zwar jedesmal nur um eine einzelne der Zählerstand in einem dem jeweiligen Kanal zuge-Ziffer. Diese Vergleichsarbeit wird fortgesetzt, indem ordneten ersten Speicher übertragen wird und daß in man die Ziffern im Sinne abnehmender Wertigkeiten einem zweiten kürzeren Zeitabschnitt der Inhalt der ändert, bis die miteinander verglichenen Spannungen 20 ersten Speicher in zweite Speicher übertragen wird, sich um nicht mehr als einen Quantisierungsschritt aus denen die Informationen während des daraufunterscheiden. Der im Register gespeicherte Wert folgenden ersten Zeitabschnitts für die Übertragung /~ entspricht jetzt der zu codierenden Spannung. Die in der gewünschten Form ausgelesen werden. ^- Dauer der Codierung ist ein fester Wert, und zwar Es ergibt sich dadurch der Vorteil, daß auf Abproportional zur Zahl der Ziffern η des Codewertes und 25 tastung und damit auch auf die Speicherung der zur Zahl der Kanäle, wenn es sich um ein Zeitmultiplex- Abtastwerte verzichtet werden kann,
system handelt. Die Erfindung wird nun an Hand des in den Zeich-

Bei der Zeitmodulationscodierung vergleicht man nungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher

das zu codierende Signal mit einer Sägezahnspannung erläutert. Es zeigt

(oder einer Treppenspannung), deren Steuerung mit 3° F i g. 1 verschiedene Symbole, die in dem Schalt-

der des Impulsgenerators synchronisiert ist. Dieser bild nach F i g. 3 verwendet sind,

Generator steuert einen Zähler und arbeitet so lange, F i g. 2 eine Wiederholungsperiode des Bezugs-

bis die zu vergleichenden Amplituden den gleichen signals und

Wert haben. Die maximale Amplitude, die die Säge- F i g. 3 die Schaltung eines Coders gemäß der

zahnspannung einnehmen kann, entspricht der maxi- 35 Erfindung.

malen Amplitude des zu codierenden Signals und ist Vor der Beschreibung der erfindungsgemäßen

durch die größte Zahl gekennzeichnet, die der Zähler Anordnung sollen zuerst an Hand der F i g. 1 die

darstellen kann. Unter diesen Bedingungen stellt die Bedeutungen von verschiedenen besonderen Symbolen,

Zahl, die in dem Zähler beim Sperren des Generators die in F i g. 3 verwendet werden, beschrieben werden,

eingespeichert ist, den codierten Wert der zu codieren- 4° In der Fig. la ist eine Gruppe von mehreren Leitern,

den Spannung dar. Die Dauer der Codierung ist dabei hier vier Leiter, dargestellt. In der Fig. Ib ist eine

unterschiedlich und proportional zur Amplitude des UND-Schaltung mit zwei Eingängen 90 a und 90 b

zu codierenden Signals. Bei einer Zeitmultiplex- dargestellt, die über den Ausgang 90 c ein Ausgangs- s~

codierung ist sie außerdem proportional zur Zahl der signal abgibt, wenn die Steuersignale gleichzeitig an v.

Kanäle. 45 beide Eingänge angelegt sind. In der Fig. Ic ist

Diese zwei Methoden haben eine gemeinsame eine Vielfach-UND-Schaltung dargestellt, die hier im

Charakteristik, daß jedes zu codierende Analogsignal Beispiel vier UND-Schaltungen enthält, von denen

einmal je Wiederholungsperiode TR abgetastet und ein Eingang mit jedem der Leiter 91a verbunden ist ·

dann in einem Kondensator gespeichert werden muß, und deren zweiter Eingang mit einer gemeinsamen

wozu Stromkreise nötig sind, deren Realisierung 5° Leitung 91 b verbunden ist. Die in Fi g. Id dargestellte

schwierig ist, wenn der Coder eine bestimmte Zahl ODER-Schaltung gibt ein Signal über den Ausgang

von analogen Spannungen von unterschiedlichen 92 c ab, wenn wenigstens ein Signal an einen der Ein-

Quellen im Zeitmultiplex verarbeiten soll. Wenn die gänge 92a oder 92b angelegt ist. Die Fig Ie stellt

Codiergeschwindigkeit groß ist, ergibt sich das einen Zähler mit Kippschaltungen dar, an den man

Problem des Übersprechens zwischen benachbarten 55 Vorwärtsimpulse über den Eingang 93 a anlegt und

Kanälen, da nur eine kurze Zeit zur Entladung des der bis zur Zahl 8 zählt.

Kondensators verfügbar ist, bevor der nächste abge- Wenn der Zähler im reinen Binärcode oder im

tastete Wert in ihm gespeichert wird. Gray-Code arbeitet, enthält der Zähler drei Kipp-

Im allgemeinen ist die Periode 27? in m Sprachkanäle schaltungen, deren Informationen auf der Gruppe aufgeteilt, von denen m—1 für die Übertragung von 60 von drei Leitungen 936 zur Verfügung steht. In der Codewerten entsprechend w—1 analogen Spannungen Fig. If ist ein Codeumsetzer dargestellt, der im vorgesehen sind, während der letzte Kanal für die Beispiel einen dreiziffrigen Binärcode, der über die Übertragung eines bestimmten Codes, nämlich des Leitungsgruppe 93 c angelegt wird, in einen l-aus-8-Synchronisierzeichens vorgesehen ist. Bei einer Serien- Code umwertet, d. h., ein Signal erscheint nur auf übertragung ist die Übertragungsgeschwindigkeit des- 65 einer der acht Leitungen, wenn ein Code an den halb (m -Ii)JTR Ziffern je Sekunde. Dieser Ausdruck Eingang angelegt wird. In der Fig. Ig ist ein Freist offensichtlich von dem verwendeten Codier- quenzteilkreis dargestellt, der die Frequenz um den verfahren unabhängig. Faktor 3 teilt. In der Fig. lh ist eine bistabile

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Kippschaltung dargestellt, an die ein Steuersignal über In der F i g. 3 ist das Blockschema eines Coders

einen der Eingänge 94-1 oder 94-0 angelegt wird, um gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser enthält:

sie in den Zustand 1 oder den Zustand 0 zu kippen. _{den signaIgenerator AG}

Eine Spannung von gleicher Polarität wie das Steuer- _{den Sagezahn}g_enerator SG,

signal hegt entweder am Ausgang 95-1, wenn die 5 _die Vergleichergruppe CM,

Kippschaltung im Zustand 1 ist, oder am Ausgang _{die S}p_eicherg_rUppe MR, die die Speicher MR1

95-0, wenn die Kippschaltung im Zustand 0 ist. Bei _{und MR2 entMlt und}

einer mit Bl bezeichneten bistabilen Kippschaltung _{den Krds zm Einfügung des} Synchronisations-

ist die logische Bedingung, die angibt daß sie im _{codeS; der mit cs bezeichnet ist}

Zustand 1 ist, mit Bl bezeichnet und diejenige, die io

anzeigt, daß sie im Zustand 0 ist, mit M. In dem SignaIgenerator AG steuert der Impuls-

Der erfindungsgemäße Coder verwendet als Bezugs- generator A, der ständig arbeitet, über Frequenzteiler

spannung eine Sägezahnspannung oder eine treppen- El bzw. E2 das Weiterschalten der Binärzähler Cl

förmige Spannung, deren Anstiegszeit kleiner oder und C3. Wenn man mit ρ und q die Faktoren der

gleich der Dauer einer Wiederholungsperiode minus 15 Frequenzteilung in diesen Kreisen bezeichnet, die

der Zeit für einen Kanal ist. ganze Zahlen sind, erfüllen diese die folgende Bedin-

In der F i g. 2 ist eine Wiederholungsperiode 77? gung, in der die Zeiten ta und tb nach den Gleichungen

des Bezugssignals dargestellt, das als Beispiel aus einer (1) bis (4) definiert sind:

Sägezahnspannung besteht, deren maximale Amplitude / _ ^i_ta m\ Vs — Ec ist, wenn man mit Ec die Maximalamplitude 20

des zu codierenden Signals bezeichnet. In dieser Der Zähler Cl hat eine Kapazität von c Ziffern Figur sind 7"1 und T"l die Anstiegs- und Abfallszeit mit 2^C = n, so daß man im Ausführungsbeispiel bei der Sägezahnspannung 7" 2 = TR—T'l, Tl die Über- c = 3 den Wert η — 8 erhält. Die an seinen drei tragungszeit der Codezeichen von den m—l Analog- Ausgängen auftretenden Signale werden an den Decosignalen und Tl die Zeit für die Übertragung des 25 der Dl angelegt, der η = 8 Ausgänge hat, auf denen Synchronisiercodes. die Bitsignale auftreten, die mit ti bis tS bezeichnet

Der Amplitudenbereich zwischen 0 und Vs ist in sind. Der Zähler C2, der eine Kapazität von b Ziffern

2ⁿ Stufen für eine Codierung in η Ziffern aufgeteilt, mit 2⁶ = m hat, wird durch die Signale tS gesteuert,

so daß man erhält: und der mit ihm verbundene Decoder Z) 2 hat m Aus-

τ'1—ont m 30 gänge, auf denen die Kanalsignale Kl, F2 ... F(w—1),

ι i — z -ta. (i) _{Vm au}jf_treten £)j_{e von} den Decodern £»1 und D 2

In dieser Gleichung bezeichnet ta die Dauer der abgegebenen Signale legen eine Wiederholungs-

Wiederholungsperiode für die Impulse, die an den periode 77? fest, die m · η Bit enthält.

Zähler angelegt werden, der den die zu codierenden Der Binärzähler C3 hat eine Kapazität von η — 8

Spannungen darstellenden Code liefert. Man nimmt 35 Ziffern, und seine Ausgangssignale werden an einen

jetzt Decoder D2> angelegt, der so ausgebildet ist, daß er

τ") — η n\ ^nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Zähler

^Ζ"^'^?α' ^K) den Wert 0 hat.

dabei ist D eine ganze Zahl. Weiterhin hat man Dieses Signal wird genauso wie das Signal des

j-, _ , ix . ₍γ, 4° Kanals Vl an die Eingänge einer Kippschaltung

~^{- ^{} xn}'^w' w angelegt, so daß diese ein Signal F in dem Intervall

T2 =n-tb, (4) zwischen dem Beginn der Kanalzeit Vl und der

dabei bezeichnet tb die Dauer einer Ziffer mit Abgabe des Wertes 0 vom Zähler C3 abgibt.

JTj — _m . „. th '· Dieses rechteckförmige Signal F wird verwendet, um

45 die Erzeugung der Sägezahnspannung in dem Säge-

Wie man daraus entnehmen kann, muß man haben: zahngenerator SG zu steuern, dessen Dauer 7" 1 ist 7" 1 < Tl (5) (^s" ^' & ty' Generatoren zur Erzeugung einer Sägewenn ~ ' zahnspannung, in denen die Anstiegszeit durch ein

t"i ^Ti ~,„n «,„ u_nu^^ τ"» -^ T'y if.\ rechteckförmiges Signal begrenzt sind, sind allgemein

1 1 < Tl, muß man haben Γ 2 > 12, (6) , , , ° , ° , , *» . , , ' , . , ° _.

50 bekannt und werden deshalb nicht beschrieben. Da

τι τι rv„,R _m„„ 1,0V.»« t"i <r Tt n\ T'l < 7Ί und m-n>2ⁿ gewählt ist, hat man die

1 I = Il, muß man haben i K12. (/) ,, .. ™ „,^ ,^ r- j· o- u

— Zeit 77?—T 1 zur Verfugung, um die Sagezahn-Wenn Fm die maximale Frequenz der zu codierenden spannung wieder abfallen zu lassen.
Signale bezeichnet, muß die Dauer einer Wieder- Die Gruppe der Vergleicher CM enthält (m—l) holungsperiode sein: 55 Vergleicher Ml, M2 ... M(m—1), die über einen 1/77? > 2 Fm (S) ersten Eingang die Sägezahnspannung empfangen, die

vom Sägezahngenerator SG über seinen Ausgang Ba

Man erkennt, daß die Codierung in korrekter Weise abgegeben wird. Jeder der Vergleicher empfängt auf '

in den großen Grenzen des Faktors ΓΊ/7Ί gebildet seinem zweiten Eingang eines der zu codierenden

werden kann, unter der Bedingung, daß dieser gleich 60 Analogsignale ΛΓ1, N2 ... N(m—T) und gibt auf

oder kleiner 1 ist und daß die oben gegebenen Un- seinem Ausgang 5Ί, 52 ... S(m—1) ein Signal ab,

gleichheiten beachtet werden. wenn die verglichenen Spannungen identisch sind.

Es soll jetzt als Beispiel ein Coder beschrieben Der Vergleich wird also ständig durchgeführt. Da

werden, mit dem m—l analoge Signale in Binärzahlen man die Wiederholungsfrequenz l/TR der Sägezahn-

mit η ■= 8 Ziffern codiert werden können, bei dem die 65 spannung so gewählt hat, daß sie mindestens doppelt

folgenden Bedingungen bestehen: so groß ist wie die höchste Frequenz des zu codierenden

Signals [s. Ungleichung (8)], gibt der Vergleicher

7"1<7Ί und m-n>2ⁿ. höchstens ein Signal je Wiederholungsperiode ab.

Claims (5)

1. 5 6

   Wenn ein Signal der Frequenz IjTS und der Maxi- sind, das Signal ti die Übertragung der zweiten Ziffer

   malamplitude Ec codiert wird, erhält man diese aller Zahlen usw.

   Bedingung bei Die in diesen Speicher MRI übertragenen Informa- Ec < (IIn) ■ (TSlTR) · VS (Ί0) tionen werden während der folgenden Wiederholungs-—~ ' 5 periode zu den entsprechenden Empfängern überWenn der Coder für Sprachsignale in einem Telefon- tragen. Diese Übertragung kann in Parallelform genetz verwendet wird, für den man z. B. l/TR = 8 kHz schehen, indem man die m Kanalsignale, die vom Degewählt hat, ist die Ungleichung (10) erfüllt, wenn die coder Dl abgegeben werden, verwendet, oder in Dämpfung für die Maximalfrequenz IjTSM = 3,4 kHz Serienform, indem man die Kanalsignale mit den Bitum 2,5 db unter der Dämpfung für die geringste io Signalen, die vom Decoder £»1 abgegeben werden, Frequenz liegt. Diese Bedingung wird in einem Telefon- kombiniert, wodurch man χ η Bitsignale erhält. Wenn netz stets erfüllt, insbesondere infolge der Charakte- man diese zweite Übertragungsart betrachtet, steuern ristik der Mikrofone. Wenn man die Frequenz IjTSM die Bitsignale im Speicher MRl die Auswahl der zu ohne Dämpfung übertragen will, kann man z. B. lesenden Spalte (Eingang RC), und die Kanalsignale zuerst das erste Ergebnis des Vergleichs in jeder 15 steuern die Auswahl der zu lesenden Zeilen (Eingang Wiederholungsperiode wählen oder die Dauer T'\ RL). Für dieses Auslesen arbeitet der Speicher auch der Sägezahnspannung verringern. nach dem Prinzip der Koinzidenz der angelegten

   Die Speichergruppe enthält die matrizenförmig Signale.

   aufgebauten Speicher MR1 und MRl, die alle beide Die aus diesem Speicher MRl herausgelesenen Si-

   m—1 Zeilen haben, um die Binärwerte der m—l 20 gnale erscheinen auf der Leitung Be und werden an den

   Signale aufzunehmen, und η Spalten, um die η Ziffern Synchronisierungszeichen - Einfügungskreis CS ange-

   aufzunehmen. legt, der den Generator H zur Erzeugung der Code- ζ

   Die von der Gruppe der Vergleicher CM abgege- zeichen und die ODER-Schaltung PD enthält. Dieser ^-

   benen Signale Sl, Sl ... S{m—1) werden an den Generator wird während der Kanalzeit Vm betätigt,

   Speicher MR1 angelegt, um das Einschreiben des im 25 die für die Übertragung des Synchronisationscodes

   Augenblick des Auftretens der Signale im Zähler C3 reserviert ist, und erhält die Bitsignale Zl bis i8. Wenn

   anstehenden Codes zu steuern. Das Einschreiben z.B. als Synchronisierzeichen der binäre Code

   kann nur während der Zeit T'\ stattfinden, die durch 00111100 gewählt ist, enthält er vier UND-Schaltun-

   das Signal F festgelegt ist (Mehrfach-UND-Schaltung gen, die zu den Bit zeiten 13, ?4, Z5 bzw. t6 betätigt

   Pa). 30 werden und deren Ausgänge an vier Eingänge der

   Dieser Code stellt die Amplitude des Sägezahn- ODER-Schaltung Pd angeschaltet sind, signals dar, da der Zähler C3, der diesen Code abgibt, Wenn man die Bedingungen einhält, die für die Abwährend der gleichen Zeit T" 1 2™ unterschiedliche tastfrequenz, die Zahl der Kanäle, die Genauigkeit der Zustände einnimmt (Signal F, das an die UND- Codierung und die Kapazität der Übertragungswege Schaltung Pc in dem Signalgenerator AG angelegt 35 vorgegeben sind, kann man auch einen vom Ausfühwird). rungsbeispiel abweichenden Signalgenerator AG ver-Die Einspeicherung in diesen Speicher MR1 ge- wenden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, schieht durch Koinzidenz der zwei Signale. Das Signal Wenn man z. B. für die Übertragung der Kanäle nur zur Auswahl der Zeilen, das an den Eingang WL einen begrenzten Übertragungsweg hat, kann man angelegt wird, wird durch die Signale Sl bis S (m—l) 40 z. B. den Speicher MRl so aufbauen, daß er für die gebildet, und das Signal zur Auswahl der Spalten, das Auslesung in mehrere Teile unterteilt ist, die gleichan den Eingang WC angelegt wird, ist durch den zeitig abgelesen werden. Die bei dieser Ablesung erCode gebildet, der vom Zähler C3 über das Leitungs- haltenen Informationen der verschiedenen Teile werden r bündel Bc angelegt wird. · über eine entsprechende Zahl von Übertragungswegen ν

   Bei diesem Codierprinzip können zwei oder mehrere 45 gesendet. Die Änderungen, die dabei für die Ausfüh-

   Vergleicher gleichzeitig ein Auswahlsignal für eine rung des Signalgenerators AG erforderlich werden,

   Zeile im Speicher Mi? 1 abgeben. Dann wird die gleiche sind dann für den Fachmann selbstverständlich.

   Zahl gleichzeitig in die entsprechenden Speicherzeilen Es ist interessant, hier noch einen Fall zu erwähnen,'

   eingeschrieben, da die Leistung vom Signalgenerator der in der Praxis auftritt, in dem die Zahl der Kanäle

   für die Spalten ausreichend ist. 50 gleich der Zahl der Quantisierungspegel ist, nämlich

   Wie schon oben erwähnt, wird die Zeit für den m — 1 = 2ⁿ — 1. Es ist dann möglich, nur die zwei

   Kanal Vm, der für die Übertragung der Synchronisier- Zähler Cl und Cl zu verwenden, wobei der erste eine

   kombination vorgesehen ist, verwendet, um den Inhalt Kapazität von c Ziffern mit 2^C = η hat und der zweite

   des Speichers Mi? 1 in den Speicher Mi?2 zu übertra- eine Kapazität von η Ziffern. Der Zähler Cl wird in

   gen (Zeit Tl in F i g. 2). Die Auswahl des Auslesens 55 diesem Fall nicht nur zur Steuerung der Übertragung,

   aus dem Speicher MR1 und das Einschreiben in den sondern auch zur Steuerung der Codierung verwendet.

   Speicher MR 2 wird in linearer Weise durchgeführt, In diesem Fall liefert er den Code an den Speicher MR1

   indem man z. B. die Bitsignale während der Kanalzeit und steuert auch den Start und das Zurückkippen der

   Vm an die Wahleingänge RC im Speicher Mi? 1 und Sägezahnspannung, wenn er die Codewerte 0 bzw.

   WC im Speicher MR1 anlegt, gesteuert über die ⁶° 2" — 1 anzeigt. Die für diesen Fall in der Anordnung

   Mehrfach-UND-Schaltung Pb. nach F i g. 3 erforderlichen Änderungen sind dem

   Da man η Bitzeiten für die Übertragung vom m — 1 Fachmann ebenfalls selbstverständlich. Zahlen mit je η Ziffern zur Verfügung hat, wird diese

   Übertragung Spalte für Spalte durchgeführt. Die In- Patentansprüche:

   formationen werden über das Leitungsbündel Bb mit 65 1. Verfahren für die Zählcodierung für Mehr-

   m — 1 Leitungen übertragen. Das Signal ti steuert kanal-Pulscodemodulation, bei dem die zu codie-

   also die gleichzeitige Übertragung der ersten Ziffer renden Analogsignale mit einer mit der Zeit in

   aller Zahlen, die in dem Speicher Mi? 1 aufgenommen gleicher Richtung sich verändernden Vergleichs-

   spannung verglichen werden, wobei während jeder Veränderungsperiode der Vergleichsspannung ein Zähler von 0 beginnend fortgeschaltet wird, und bei dem der bei Gleichheit von Analogsignal und Vergleichsspannung momentane Zählerstand den Codewert darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Zeitabschnitt (ΓΊ) die Vergleichsspannung parallel an einen je Kanal vorhandenen Vergleicher (M 1) angelegt wird, an dem ständig das zu codierende Analogsignal (Nl) anliegt, daß bei Gleichheit der Zählerstand in einen dem jeweiligen Kanal zugeordneten ersten Speicher (MR 1) übertragen wird und daß in einem zweiten

   kürzeren Zeitabschnitt (Tl) der Inhalt der ersten Speicher (Mi? 1) in zweite Speicher (MRl) übertragen wird, aus denen die Informationen während des darauffolgenden ersten Zeitabschnittes für die Übertragung in der gewünschten Form ausgelesen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bzw. zweiten Speicher zu einer Matrix zusammengeschaltet sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Zeitabschnitt die Zeit gewählt wird, zu der das Synchronisationszeichen übertragen wird.
4. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
5. 009 545/353