DE1462695C - Verfahren fur die Zahlcodierung fur 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 darauf unterscheiden. Der im Register gespeicherte Wert folgenden ersten Zeitabschnitts für die Übertragung J~ 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. 1 a 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-

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

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 TR in m Sprachkanäle schaltungen, deren Informationen auf der Gruppe aufgeteilt, von denen m—l für die Übertragung von 60 von drei Leitungen 936 zur Verfügung steht. In der Codewerten entsprechend m—l 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-It)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

Kippschaltung dargestellt, an die ein Steuersignal über einen der Eingänge 94-1 oder 94-0 angelegt wird, um sie in den Zustand 1 oder den Zustand 0 zu kippen. Eine Spannung von gleicher Polarität wie das Steuersignal liegt entweder am Ausgang 95-1, wenn die Kippschaltung im Zustand 1 ist, oder am Ausgang 95-0, wenn die Kippschaltung im Zustand 0 ist. Bei einer mit Bl bezeichneten bistabilen Kippschaltung ist die logische Bedingung, die angibt, daß sie im Zustand 1 ist, mit Bl bezeichnet und diejenige, die anzeigt, daß sie im Zustand 0 ist, mit M.

Der erfindungsgemäße Coder verwendet als Bezugsspannung eine Sägezahnspannung oder eine treppenförmige Spannung, deren Anstiegszeit kleiner oder gleich der Dauer einer Wiederholungsperiode minus der Zeit für einen Kanal ist.

In der F i g. 2 ist eine Wiederholungsperiode 77? des Bezugssignals dargestellt, das als Beispiel aus einer Sägezahnspannung besteht, deren maximale Amplitude Vs == Ec ist, wenn man mit Ec die Maximalamplitude des zu codierenden Signals bezeichnet. In dieser Figur sind T'l und T"l die Anstiegs- und Abfallszeit der Sägezahnspannung T'l = TR—Tl, Tl die Übertragungszeit der Codezeichen von den m—l Analogsignalen und Tl die Zeit für die Übertragung des Synchronisiercodes.

Der Amplitudenbereich zwischen 0 und Vs ist in 2ⁿ Stufen für eine Codierung in η Ziffern aufgeteilt, so daß man erhält:

In der F i g. 3 ist das Blockschema eines Coders gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser enthält:

den Signalgenerator AG,
den Sägezahngenerator SG,
die Vergleichergruppe CM,

die Speichergruppe MR, die die Speicher MR1 und MRl enthält, und

den Kreis zur Einfügung des Synchronisationscodes, der mit CS bezeichnet ist.

In dem Signalgenerator AG steuert der Impulsgenerator A, der ständig arbeitet, über Frequenzteiler El bzw. El das Weiterschalten der Binärzähler Cl und C3. Wenn man mit ρ und q die Faktoren der Frequenzteilung in diesen Kreisen bezeichnet, die ganze Zahlen sind, erfüllen diese die folgende Bedingung, in der die Zeiten ta und tb nach den Gleichungen (1) bis (4) definiert sind:

Π = 2»

In dieser Gleichung bezeichnet ta die Dauer der Wiederholungsperiode für die Impulse, die an den Zähler angelegt werden, der den die zu codierenden Spannungen darstellenden Code liefert. Man nimmt jetzt

T¹I = D-ta, (2)

dabei ist D eine ganze Zahl. Weiterhin hat man Tl =(ib-1) xn-tb, (3)

Tl = n-tb, (A)

dabei bezeichnet tb die Dauer einer Ziffer mit TR — m-n- tb.
Wie man daraus entnehmen kann, muß man haben:

T'l < Tl, (5)

wenn

T¹K Tl, muß man haben T'l > Tl, (6)

T'l = Tl, muß man haben T"l < Tl. (7)

Wenn Fm die maximale Frequenz der zu codierenden Signale bezeichnet, muß die Dauer einer Wiederholungsperiode sein:

HTR>2Fm. (8)

Man erkennt, daß die Codierung in korrekter Weise in den großen Grenzen des Faktors T'IjTl gebildet werden kann, unter der Bedingung, daß dieser gleich oder kleiner 1 ist und daß die oben gegebenen Ungleichheiten beachtet werden.

Es soll jetzt als Beispiel ein Coder beschrieben werden, mit dem m—l analoge Signale in Binärzahlen mit η = 8 Ziffern codiert werden können, bei dem die folgenden Bedingungen bestehen:

T'KTl und m-n>2ⁿ.

wenn

= tbjta.

(9)

Der Zähler Cl hat eine Kapazität von c Ziffern mit 2^C = n, so daß man im Ausführungsbeispiel bei c = 3 den Wert η = 8 erhält. Die an seinen drei Ausgängen auftretenden Signale werden an den Decoder Dl angelegt, der η — 8 Ausgänge hat, auf denen die Bitsignale auftreten, die mit ti bis t8 bezeichnet sind. Der Zähler Cl, der eine Kapazität von b Ziffern mit 2^b = m hat, wird durch die Signale tS gesteuert, und der mit ihm verbundene Decoder Dl hat m Ausgänge, auf denen die Kanalsignale Vl, Vl... V(m—1), Vm auftreten. Die von den Decodern Dl und Dl abgegebenen Signale legen eine Wiederholungsperiode TR fest, die m · η Bit enthält.
Der Binärzähler C3 hat eine Kapazität von η — 8 Ziffern, und seine Ausgangssignale werden an einen Decoder D 3 angelegt, der so ausgebildet ist, daß er nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Zähler den Wert 0 hat.

Dieses Signal wird genauso wie das Signal des Kanals Vl an die Eingänge einer Kippschaltung angelegt, so daß diese ein Signal F in dem Intervall zwischen dem Beginn der Kanalzeit Vl und der Abgabe des Wertes 0 vom Zähler C3 abgibt.

Dieses rechteckf örmige Signal F wird verwendet, um die Erzeugung der Sägezahnspannung in dem Sägezahngenerator SG zu steuern, dessen Dauer 7" 1 ist (s. Fig. 2). Generatoren zur Erzeugung einer Sägezahnspannung, in denen die Anstiegszeit durch ein rechteckförmiges Signal begrenzt sind, sind allgemein bekannt und werden deshalb nicht beschrieben. Da T'KTl und m-n>2ⁿ gewählt ist, hat man die Zeit TR—T'l zur Verfügung, um die Sägezahnspannung wieder abfallen zu lassen.
Die Gruppe der Vergleicher CM enthält (m—l) Vergleicher AfI, Ml...M(m—l), die über einen ersten Eingang die Sägezahnspannung empfangen, die vom Sägezahngenerator SG über seinen Ausgang Ba abgegeben wird. Jeder der Vergleicher empfängt auf ' seinem zweiten Eingang eines der zu codierenden Analogsignale JVl, Nl ..·.. N(m—1) und gibt auf seinem Ausgang Sl, Sl ... S(m—1) ein Signal ab, wenn die verglichenen Spannungen identisch sind.

Der Vergleich wird also ständig durchgeführt. Da

man die Wiederholungsfrequenz l/TR der Sägezahnspannung so gewählt hat, daß sie mindestens doppelt so groß ist wie die höchste Frequenz des zu codierenden Signals [s. Ungleichung (8)], gibt der Vergleicher höchstens ein Signal je Wiederholungsperiode ab.

Claims (3)

1. 5 6

   Wenn ein Signal der Frequenz l/TS 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 MRl übertragenen Informa- £_c <- ηΐ_π\ . (TSlTR) · VS (IQ) 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. IjTR = 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 Dl 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" 1 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 MRl und MRl, die alle beide Die aus diesem Speicher MRl herausgelesenen Sim—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 angeaufzunehmen. legt, der den Generator H zur Erzeugung der Code-Die von der Gruppe der Vergleicher CM abgege- zeichen und die ODER-Schaltung PD enthält. Dieser benen Signale 5Ί, Sl ... S(tn—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 ti bis tS. Wenn anstehenden Codes zu steuern. Das Einschreiben z. B. als Synchronisierzeichen der binäre Code kann nur während der ZeitT'l stattfinden, die durch 00111100 gewählt ist, enthält er vier UND-Schaltundas Signal F festgelegt ist (Mehrfach-UND-Schaltung gen, die zu den Bitzeiten ?3, t4, t5 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 2ⁿ 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 er-' Code gebildet, der vom Zähler C3 über das Leitungs- haltenen Informationen der verschiedenen Teile werden bündel Bc angelegt wird. · über eine entsprechende Zahl von Übertragungswegen 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 MRl 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 MR1 in den Speicher MR1 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 MR1 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 MR1 und Sägezahnspannung, wenn er die Codewerte 0 bzw. WC im Speicher MR2 anlegt, gesteuert über die ⁶° 2ⁿ — 1 anzeigt. Die für diesen Fall in der Anordnung Mehrfach-UND-Schaltung Pb. nach Fig. 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 MR1 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 (Ml) angelegt wird, an dem ständig das zu codierende Analogsignal (Wl) anliegt, daß bei Gleichheit der Zählerstand in einen dem jeweiligen Kanal zugeordneten ersten Speicher (Mi? 1) übertragen wird und daß in einem zweiten kürzeren Zeitabschnitt (Γ2) der Inhalt der ersten Speicher (MR 1) in zweite Speicher (MR2) 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.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009545/353