DE1537325B2 - Verfahren zur uebertragung von signalen in digitaler bzw. codierter form - Google Patents

Description

Ic= 1

wobei a*und ^reelle gegebene Größen sind, ausgesetzt wird. Die nichtlineare Quantisierung des zu übertragenden Signals verteuert nämlich eine digitale Filterung in der angegebenen Weise; d. h., sie müßte vor oder während der Filterung rückgängig gemacht werden, was bei vielen üblichen Compandierungsverfahren erhebliche Kosten erfordern würde.

Eine Reduzierung der Stellenzahl des verwendeten Codes bei abschnittsweise linearer Quantisierung des hiermit zu übertragenden Signals läßt sich, wie die deutsche Auslegeschrift 12 02 328 zeigt, mit einer Anordnung zur Digital-Analog-Umwertung herbeiführen, bei der zur Übertragung von einem 77-stelligen Code zwei Codegruppen abgeleitet werden, von denen die eine die m wichtigsten Stellen enthält und die andere mit χ Stellen die Lage der m Stellen in dem n-stelligen Code festlegt und wobei m + x< π ist. Ein solcher Code wird als normalisierter Gleitkommacode« bezeichnet. Er wird häufig in Digitalrechnern verwendet und würde sich also auch zur Codierung von Signalen eignen, die in der beispielsweise angegebenen Art digital gefiltert werden sollen. Verglichen mit einem Code mit linearer Quantisierung entsprechender Elementezahl ist der Geräteaufwand jedoch beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur digitalen Übertragung von Signalen anzugeben, das bei gegebenen Anforderungen an die Qualität der Übertragung, unter Gewährleistung einer linearen Codierung des Signals, ebenfalls eine Reduzierung der Elemente des verwendeten Codes zuläßt, jedoch insbesondere bei digitaler Filterung mit einem relativ geringen technischen Aufwand auskommt.

Ausgehend von einem Verfahren zur Übertragung

einer Folge von Werten xj, die gegebenenfalls durch Abtastung eines Signals x(t) gewonnen sind, in digitaler bzw. codierter Form, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß aus dem Verlaufe des Signals x(t) im Zeitintervall f< /Toder aus der Folge der Werte X₁-, und zwar aus den Werten χ-,-u. für k = 0,1,2,... bzw. aus einem Teil dieser Werte, laufend oder in periodischen Zeitabständen eine Folge von geeigneten Werten C₁ abgeleitet wird, daß ferner die gegebenenfalls durch Abtastung aus dem Signal x(t) gewonnene Folge von Werten x,- mit Hilfe der Folge der Werte C, in eine Folge von Werten

Ui

gegebenenfalls bereits auf digitaler Basis, umgesetzt wird und daß anschließend die Folge der Werte u-, einerseits und die Folge der Werte Q andererseits digital bzw. codiert übertragen werden.

Durch die GB-PS 10 11 634 ist ein mit Silbercompandierung arbeitendes Verfahren zur Nachrichtenübertragung bekannt, bei dem sendeseitig der Verstärker durch ein vom zu übertragenden Signal abgeleitetes Regelsignal in seiner Verstärkung so gesteuert wird, daß das am Verstärkerausgang auftretende zu übertragende Signal in seiner Dynamik stark reduziert und auf einen Pegel in der Nähe des Maximalpegels eingestellt wird. Das Pegelsignal selbst wird zur Rückgewinnung des ursprünglichen Signals getrennt vom compandierten Signal in digitaler Form zur Empfangsseite übertragen. Hiervon unterscheidet sich das Verfahren der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß das aus dem ursprünglichen Signal abgeleitete Regelsignal in Form der Wertfolge C-, dadurch zur Gewinnung eines normierten, in seinem Dynamikumfang reduzierten zu übertragenden Signals ausgenutzt wird, daß das ursprüngliche Signal oder eine hieraus durch Abtastung gewonnene

Signalwertfolge durch die Wertfolge C, dividiert wird. Erst hierdurch ist es möglich, gegebenenfalls die in digitaler Form übertragenen Signale bei verhältnismäßig geringem Aufwand auf der Strecke einer digitalen Filterung zu unterwerfen.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß der bei reduzierter Elementezahl des verwendeten Codes, unter Gewährleistung einer linearen Quantisierung des zu übertragenden Signals, in Kauf zu nehmende Fehler auch dann in sehr kleinen Grenzen gehalten werden kann, wenn die Werte Q, durch die die Werte x-, zur Übertragung der Werte u-, geteilt werden, aus dem Verlauf des Signals x(t) über einen größeren Zeitabschnitt bzw. aus einer Reihe von aufeinanderfolgenden Werten x-, ermittelt werden, .weil sich nämlich die Folge der Werte Q nur langsam über der Zeit ändert und somit ihre Übertragung zur Empfangsseite hin einen relativ geringen Informationsfluß benötigt. Dieser Sachverhalt wirkt sich — besonders vorteilhaft, wie noch gezeigt werden wird, auf den Geräteaufwand für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Übertragungseinrichtung aus.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird eine Funktion f(C!) aus dem Signal x(t) nach der Beziehung

oder die Folge der Werte C, aus der Folge der Werte x-, nach der Beziehung

ι l^k='

V Jt = O

gewonnen, wobei /und hk fest gegebene Werte bzw. h{v) eine gegebene Funktion ist. Dieses Bildungsgesetz für die Folge der Werte C; ist mit Vorteil dann anzuwenden, wenn das Signal x(t) erhebliche Pegelschwankungen aufweist und bei gegebenem Informationsfluß die durch Quantisierung und Codierung entstandenen Übertragungsfehler, gerade bei gleich großer Wahl der Intervalle Ik, eine kleinere subjektive Störung bewirken sollen, als sie bei einer gewöhnlichen äquidistanten Quantisierung auftreten würde.

Zweckmäßig werden die Werte Q so quantisiert, daß die k-te Quantisierungsstufe den Wert ß* hat, wobei B gleich der Basis des verwendeten Codes gewählt ist. Bei Verwendung eines binären Codes beispielsweise, hat B den Wert 2. Unter k ist eine positive oder negative ganze Zahl zu verstehen. Die günstigste Zahl von /, hk bzw. h(r) läßt sich auf empirischem Wege finden.

Wird die Folge der Werte u,- auf digitaler Basis erzeugt, so kann in außerordentlich vorteilhafter Weise die Bildung des Verhältnisses eines Wertes Xj zu einem Wert C; für einen Wert w bei der oben angegebenen Quantisierung der Werte Q dadurch herbeigeführt werden, daß alle Elemente des Codewortes die durch die digitale Darstellung des Wertes *,· gegeben sind, in ihrem Stellenwert um die gleiche Stellenzahl verschoben werden.

Besondere Bedeutung kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Durchführung einer bestimmten Transformation der Folge von digitalen Werten x-, in einer Folge von digitalen Werten y,- zu. Hierbei werden die Folge der digitalen Werte u, und die Folge der digitalen Werte Q auf getrennten Wegen übertragen und die Transformation durch digitale Filterung auf die Folge der digitalen Werte u-, im Zuge der Übertragung angewendet. Die Folge von digitalen Werten v,- als Ergebnis dieser Transformation wird dann anschließend mit der Folge der digitalen Werte C; digital multipliziert, gegebenenfalls durch Stellenverschiebung.

Bei einem bevorzugten Anwendungsbeispiel wird die Folge der Werte u,- in eine Folge vy nach der linearen Transformation

- Σ ^ak

k = 0

i-t - Σ

umgesetzt, wobei ak und bk reelle Größen sind. (In dieser Gleichung soll das Zeichen » ~ « an Stelle von » = « den Rundungsfehler andeuten.)
Die erfindungsgemäße Ableitung der Folge der Werte Q einerseits und die Umsetzung der Folge der Werte u/ in die Folge der Werte v/ nach der oben angegebenen Beziehung kann insbesondere dann zu Transformationsfehlern im Hinblick auf das gewünschte Endergebnis der Folge von Werten y, führen, wenn die Folge der Werte Q relativ grob quantisiert, insbesondere so quantisiert ist, daß die k-te Quantisierungsstufe den Wert B^k hat. In diesem Falle kann jedoch der Transformationsfehler dadurch in vernachlässigbar kleinen Grenzen gehalten werden, daß die in der Filterschaltung gespeicherten, digital dargestellten Werte u,.* für k = 1... π und v,·.* für k = 1... π bei einer auftretenden Änderung der Werte Q um eine Quantisierungsstufe nach oben oder nach unten in ihrem Stellenwert um eine Stelle nach niedrigerer oder nach höherer Wertigkeit verschoben werden.

Bei einer bevorzugten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist für die Ableitung der Folge der Werte C, aus dem Signal x(t) oder der Folge von Werten x-, ein ' in seiner Verstärkung regelbarer Verstärker vorgesehen, dessen Eingang das Signal x(t) oder die Folge der Werte x-, zugeführt und dessen Ausgang im Sinne einer automatischen Verstärkungsregelung mit seinem Eingang für die Regelgröße über eine die Regelgröße erzeugende Schaltung verbunden ist. Zur Gewinnung der Folge von digitalen Werten C-, wird die Regelgröße dem Eingang eines Analog-Digitalumsetzers zugeführt.

Zweckmäßig ist der Regelkreis für eine Regelgröße bemessen, die eine lineare Funktion des logarithmierten Verstärkungsfaktors darstellt.

Der Ausgang des in seiner Verstärkung automatisch geregelten Verstärkers kann in außerordentlich vorteilhafter Weise gleichzeitig als Analogausgang für die Folge der Werte u; mitverwendet sein und hierzu mit dem Eingang eines Analog-Digitalwandlers für diese Folge der Werte 1/,· verbunden sein.

Die die Regelgröße erzeugende Schaltung kann sinnvoll aus der Kettenschaltung einer Gleichrichterschaltung mit quadratischer Charakteristik und einem linearen Tiefpaßfilter bestehen, dessen Grenzfrequenz klein ist gegen die Folgefrequenz der Werte λγα'ΜΗ dieser Schaltung lassen sich die vorstehend angegebenen Bildungsgesetze für die Folge der Werte Q verwirklichen.

Besonders einfach gestalten sich die Verhältnisse für die Sendeseite einer nach dem Verfahren nach der Erfindung arbeitenden Übertragungsanordnung dadurch, daß der Verstärker in seiner Verstärkung in

Stufen regelbar ausgeführt ist, und zwar für Verstärkungsfaktoren, die in Richtung zunehmender Verstärkung eine geometrische Reihe mit einem Quotienten von der Größe B bilden. Hierbei ist die Schaltung für die Erzeugung der Regelgröße ausgangsseitig durch einen Entscheider mit zwei Schwellenwerten erweitert, der bei einer Überschreitung des oberen oder bei einer Unterschreitung des unteren Schwellenwertes einerseits ein Steuersignal an den Eingang des Verstärkers für die Regelgröße abgibt, durch das die Verstärkung des Verstärkers um eine Stufe herabgesetzt bzw. erhöht wird, und andererseits ein Signal an die zur Übertragung der Werte Q vorgesehene Sendeeinrichtung liefert, das zumindest die Information über eine Veränderung (Vergrößerung oder Verkleinerung) der Werte C-, um eine Stufe beinhaltet.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel für eine digitale Filterung nach der Erfindung.

Bei der im Blockschaltbild in der F i g. 1 dargestellten sendeseitigen Anordnung zur Durchführung des Übertragungsverfahrens nach der Erfindung wird das zu übertragende Signal x(t) bzw. die Folge von Werten *v dem Eingang e 1 eines automatisch in seiner Verstärkung regelbaren Verstärkers Vr zugeführt, mit dessen Hilfe die Folge der Werte C, gewonnen werden. Hierzu ist im eigentlichen Regelkreis für den Verstärker Vr eine der Erzeugung der Regelgröße dienende Schaltung Rv angeordnet, deren Übertragungsfunktion für das Bildungsgesetz der Folge der Werte C, bemessen ist. Die Schaltung Rv, die eine relativ große Zeitkonstante aufweist, liefert, unter Voraussetzung einer monotonen eindeutigen Beziehung zwischen der Regelgröße und dem Verstärkungsfaktor, eine etwa dem Logarithmus der zu gewinnenden Werte C, unmittelbar proportionale Regelgröße, die einerseits über den ersten Ausgang ar der Schaltung Rv dem Eingang er für die Regelgröße des Verstärkers Vr und andererseits über ihren zweiten Ausgang ac dem Eingang eines Analog-Digitalumsetzers Ui zugeführt wird. Der Analog-Digitalumsetzer UX quantisiert und codiert die seinem Eingang zugeführte Größe und gibt sie als Folge der Werte C, in digitaler Form an seinen Ausgang a 1 ab. Über einen weiteren Ausgang a Γ gibt der Analog-Digitalumsetzer Ui die Folge der Werte Ci an den ersten Eingang e2' eines Dividierers Di, dessen zweiten Eingang e 2 das zu übertragende Signal x(t) bzw. die Folge der Werte Xi ebenfalls zugeführt wird. Der Dividierer Di bildet aus den seinen beiden Eingängen zugeführten Signalen das Verhältnis x(t)/Q bzw. xJQ und arbeitet mit seinem Ausgang auf den Eingang des Analog-Digitalumsetzers t/2, der seinerseits die seinem Eingang zugeführte Größe in eine Folge von codierten Worten u/ umwandelt und an seinem Ausgang a 2 zur Übertragung zur Verfügung stellt.

Die dem Dividierer Di an seinem Eingang e 2' vom Ausgang al' des Analog-Digitalumsetzers Ui zugeführten Werte Ci brauchen nicht, wie das für die Wertfolge an seinem Ausgang a 1 der Fall ist, bereits codiert sein. Wesentlich ist nur, daß sie in der gewünschten Weise quantisiert am Eingang e2' anstehen. Nur auf diese Weise ist nämlich gewährleistet, daß bei der Rückgewinnung des ursprünglichen Signals x(t)bzw. der Folge der Werte x, durch Multiplikation der Folge der Werte u,- mit der Folge der Werte Q-Übertragungsfehler, die von der Quantisierung der Werte C, herrühren, ausgeschlossen werden.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen ist es sinnvoll, die am Ausgang des in seiner Verstärkung automatisch geregelten Verstärkers Vr auftretende Größe unmittelbar für die Gewinnung der Folge der Werte u-, heranzuziehen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt die F i g. 2 in schematischer Darstellung. Hier ist der Verstärker Vr in seiner Verstärkung stufenweise regel- bzw. steuerbar und weist zu diesem Zwecke einen zweifachen Regeleingang er auf, von denen der eine für eine Erhöhung der Verstärkung und der andere für eine Erniedrigung der Verstärkung um eine Stufe angesteuert wird. Der Ausgang des Verstärkers Vr ist wiederum mit dem Eingang der der Erzeugung der Regelgröße dienenden Schaltung Rv verbunden. Darüber hinaus ist er aber auch mit dem Eingang des Analog-Digitalumsetzers i/2 verbunden, der durch Quantisierung und Codierung aus der Ausgangsspannung des Verstärkers die digitale Folge der Werte u-, ableitet. Die zur Vermeidung von Übertragungsfehlern bei der Bildung der Folge der Werte u,- zu fordernde Quantisierung der Werte O, ist hier durch die stufenweise Verstärkungsregelung des Verstärkers Vr gegeben. Besonders zweckmäßig erweist es sich dabei, wenn die stufenweise Regelung für Verstärkungsfaktoren bemessen ist, die in Richtung zunehmender Verstärkung eine geometrische Reihe mit einem Quotienten von der Größe B bilden.

Die Reihenfolge zwischen dem Analog-Digitalumsetzer i/2 und dem Dividierer Di kann auch in Abänderung des Ausführungsbeispieles nach der F i g. 1 vertauscht sein. In diesem Falle muß jedoch die dem Dividierer Di zugeführte Folge der Werte C, codiert sein. Die Division kann dabei durch Stellenverschiebung der den Werten u,- entsprechenden Codewerte erfolgen.

Die stufenweise Regelung wird über den Regelkreis beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 2 dadurch erreicht, daß die die Regelgröße erzeugende Schaltung Rv ausgangsseitig durch einen Entscheider E mit zwei Schwellenwerten 51 und 52 erweitert ist. Der Entscheider E besteht im wesentlichen aus zwei Gatterschaltungen Gi und G 2 mit jeweils zwei Eingängen, von denen jeweils einem Eingang die am Ausgang der Schaltung Rv anstehende elektrische Größe und den anderen Eingängen einerseits die den Schwellenwert 51 darstellende elektrische Größe und andererseits die den Schwellenwert 52 darstellende elektrische Größe zugeführt sind. Die Gatterschaltungen Gi und G 2 sind ferner so ausgeführt, daß die Gatterschaltung Gi über ihren Ausgang ein Signal sowohl an einen der beiden Regeleingänge er des Verstärkers Vr und andererseits an einen ersten Eingang eines Analog-Digitalumsetzers UV sendet, wenn die elektrische Größe am Ausgang der Schaltung ■R^den Schwellenwert 51 unterschreitet. Entsprechend ist die Gatterschaltung G 2 so bemessen, daß sie über ihren Ausgang ein Signal an den anderen Regeleingang er des Verstärkers Vr und einen zweiten Eingang des Analog-Digitalumsetzers UV abgibt, wenn die elektrische Größe am Ausgang Rv den Schwellenwert 52 überschreitet.

Die der Erzeugung der Regelgröße dienende Schaltung Rv kann, wie bereits ausgeführt worden ist, zur Realisierung der angegebenen Bildungsgesetze für die Folge der Werte C, in einfacher und vorteilhafter

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Weise aus der Kettenschaltung eines Gleichrichters Gl mit quadratischer Charakteristik und einem linearen Tiefpaßfilter 77>bestehen.

Jedes Ansprechen einer der beiden Gatterschaltungen G 1 und G 2 des Entscheiders E repräsentiert eine Änderung der Folge der Werte Q um eine Quantisierungsstufe. Die Übertragung der Werte C-, kann somit auf die Übertragung ihrer Änderung um jeweils eine Quantisierungsstufe nach Art einer Deltamodulation beschränkt werden, wenn nicht besonders hohe Anforderungen an die Sicherheit der Übertragung es erforderlich machen, wenigstens in größeren Zeitabständen den vollen Wert von C,zu übertragen.

Die Übertragung der Folge der Werte C, kann grundsätzlich von der Übertragung der Folge der Werte Ui getrennt in einem besonderen Kanal erfolgen. Bei relativ großer Zeitkonstante des Tiefpaßfilters TP ändert sich die Folge der Werte Q verglichen mit der Folge der Werte Xi, nur langsam, so daß auch der Informationsfluß für die Übertragung der Werte Q relativ klein ist. In diesem Falle ist es dann sinnvoll, die Folge der Werte u,und die Folge der Werte Qin einem Kanal gemeinsam in der Weise zu übertragen, daß nur jedes ^-te Codewort (K ganzzahlig) Information über die Folge der Werte C„ bzw. unter Berücksichtigung ihrer besonderen Quantisierung, über ihren Logarithmus enthält. In der Regel sind die die Folge der Werte u-, enthaltenden Codewörter über die eigentliche Information der Werte u/hinaus um wenigstens ein Bit erweitert, das der Übertragung von Hilfsinformationen, insbesondere von Synchronisierzeichen, dient Da die Information über eine Änderung der Cf Werte jeweils nur ein Bit benötigt,, kann in diesem Falle diese Information in diesem zusätzlichen Bit jedes /C-ten Codewortes mitgeteilt werden, während in den übrigen K— 1 Codeworten die genannten Hilfssignale übertragen werden.

Bei der Übertragung digitaler Signale besteht oftmals der Wunsch, eine lineare Transformation durch digitale Filterung herbeizuführen. Für eine solche digitale Filterung ist, wie einleitend bereits ausgeführt worden ist, eine lineare Quantisierung des zu übertragenden Signals erforderlich. In diesem Falle erfordern die relativ hohen Anforderungen an die Übertragungsqualität eine hohe Elementezahl des verwendeten Codes und damit eine entsprechend aufwendige digitale Filterschaltung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dieser Aufwand, wie an Hand der F i g. 3 nunmehr gezeigt werden soll, wesentlich herabsetzen.

Es sei angenommen, daß die Folge der Werte x, der bereits einleitend angegebenen linearen Transformation

Jl = O

k = 1

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durch digitale Filterung unterzogen werden soll. Diese Transformation wird nun nach der vorliegenden Erfindung in drei Schritten durchgeführt. Zunächst wird aus der Folge der Werte x,-eine Folge der Werte £/,und eine Folge der Werte Q abgeleitet. Sodann wird die Folge der Werte u/in digitaler Form in bekannter Weise der Transformation

m η

".·Σ^α*^Μί-* -Σ Mi-*

k = 0 k= 1

unterzogen und anschließend durch digitale Multiplikation der durch die digitale Filterung gewonnenen Folge der digitalen Werte v/ mit der zum Filterausgang übertragenen digitalen Folge der Werte C, in die Folge der digitalen Werte yi umgewandelt.

Die F i g. 3 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, bei dem die Folge der Werte u; in digitaler Form einer Speicherkette rl zugeführt wird, das m+\ Speicher für die digitale Speicherung der Werte £/,·.* für k = 0, 1, 2, ... m aufweist. Die in dieser Weise gespeicherten Werte ι/,·.* werden jeweils über entsprechende digitale Schaltungen mit den Faktoren ao, a\... a_m multipliziert und einem Summierer Su zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang einer zweiten Speicherkette r2 verbunden ist, die analog zur Speicherkette rl π binäre Speicher für die Binärwerte

Vi-ic für k = 1 π aufweist. Auch diese gespeicherten

Werte vuk werden ihrerseits über entsprechende digitale Schaltungen mit den Faktoren b\, b2...bn multipliziert und ebenfalls dem Summierer Su zugeführt Die Folge der digitalen Werte v,- wird anschließend vom Ausgang a 3 an einem ersten Eingang eines Multiplizierers M zugeführt, an dessen zweiten Eingang die Folge der Werte C, in digitaler Form ansteht Die Multiplikation der beiden Eingangssignale kann beispielsweise durch Stellenverschiebung erfolgen. Am Ausgang A des Multiplizierers M erscheint dann die gewünschte Folge der digitalen Werte />

Wie die F i g. 3 erkennen läßt, sind die Werte u,-k für k = 1... π enthaltenden digitalen Speicher der Speicherkette rl einerseits und die die Werte v/.* für k = 1... π speichernden digitalen Speicher der Speicherkette r2 mit dem Ausgang eines Entscheiders E verbunden, an dessen Eingang die Folge der Werte C₁ ansteht Der Entscheider ist so ausgebildet, daß er bei einer Änderung der Folge der Werte C-, um eine Quantisierungsstufe nach oben oder unten ein die Richtung der Änderung angebendes Steuersignal an die genannten Binärspeicher abgibt und dabei die in ihnen gespeicherten Werte u^bzw. v,·.* in ihrer Wertigkeit um eine Stelle verändert Die Steuerschaltung ist dabei so bemessen, daß bei einer Änderung der Folge der Werte C, um eine Quantisierungsstufe nach oben die genannten, in den Binärspeichern gespeicherten Werte Ui-k und Vi-k um eine Stelle ihrer Wertigkeit erniedrigt und bei einer Änderung in Form einer Quantisierungsstufe nach unten in ihrer Wertigkeit um eine Stelle nach oben verschoben werden. Auf diese Weise werden, wie bereits angedeutet worden ist, die ansonsten durch die Quantisierung der CtWerte bei einer Änderung von C/ auftretenden Transformationsfehler kompensiert.

Auch bei Verwendung anderer aus der Literatur bekannter Schaltungen zur digitalen Ausführung einer Transformation kann nach der Erfindung die Genauigkeit verbessert werden, wenn bei einer Änderung von C; die im Filter gespeicherten Signalwerte durch Stellenwertverschiebung korrigiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung einer Folge von Werten Xi, die gegebenenfalls durch Abtastung eines Signals x(t) gewonnen sind, in digitaler bzw. codierter Form, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verlaufe des Signals x(t) im Zeitintervall t</Toder aus der Folge der Werte x,, und zwar aus den Werten x,.k für k = 0,1,2,... bzw. aus einem Teil dieser Werte, laufend oder in periodischen Zeitabständen eine Folge von geeigneten Werten Q abgeleitet wird, daß ferner die gegebenenfalls durch Abtastung aus dem Signal x(t) gewonnene Folge von Werten x_;rnit Hilfe der Folge der Werte Q in eine Folge von Werten

Ui = xjQ

gegebenenfalls bereits auf digitaler Basis, umgesetzt wird, und daß anschließend die Folge der Werte u, einerseits und die Folge der Werte Q andererseits digital bzw. codiert übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funktion f(C) aus dem Signal x(t) nach der Beziehung

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oder die Folge der Werte Q aus der Folge der Werte ■ x/nach der Beziehung

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gewonnen wird, wobei /und hk fest gegebene Werte bzw. h(x) eine gegebene Funktion ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte C,- so quantisiert werden, daß die jt-te Quantisierungsstufe den Wert B^k hat, wobei B gleich der Basis des verwendeten Codes gewählt ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 und 3, bei dem die Folge der Werte u-, auf digitaler Basis erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des Verhältnisses eines Wertes a,· zu einem Wert C, für einen Wert u-, dadurch herbeigeführt wird, daß alle Elemente des Codewortes, die durch die digitale Darstellung des Wertes *,· gegeben sind, in ihrem Stellenwert um die gleiche Stellenzahl verschoben werden. '

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Durchführung einer bestimmten Transformation der Folge von digitalen Werten x-, in eine Folge von digitalen Werten y_h dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der digitalen Werte w, und die Folge der digitalen Werte Q auf getrennten Wegen übertragen werden und daß die Transformation durch digitale Filterung auf die Folge der digitalen Werte u,- im Zuge der Übertragung angewendet wird, und daß die Folge von digitalen Werten vy als Ergebnis dieser Transformation mit der Folge der digitalen Werte Q digital multipliziert wird, gegebenenfalls durch Stellenverschiebung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der Werte u,- in eine Folge v, nach der linearen Transformation

k = m k = η

^■~Σ^α* ■ "ι-* -Σ V^v<·-*

k = 0 Jk = 1

umgesetzt wird, wobei ε* und b'k reelle gegebene Größen sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6 mit einer Quantisierung der Werte Q nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der digitalen Filterung unterzogenen digital dargestellten Werte Ui.k für k = 1... m und v,·.* für k = 1 ... π bei einer auftretenden Änderung der Werte Q um eine Quantisierungsstufe nach oben oder unten in ihrem Stellenwert um eine Stelle nach niedrigerer oder höherer Wertigkeit verschoben werden.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ableitung der Folge der Werte C, aus dem Signal x(t) oder der Folge der Werte Xj ein in seiner Verstärkung regelbarer Verstärker (Vr) vorgesehen ist, dessen Eingang (e 1) das Signal x(t) oder die Folge der Werte *,· zugeführt und dessen Ausgang im Sinne einer automatischen Verstärkungsregelung mit seinem Eingang für die Regelgröße über eine die Regelgröße erzeugende Schaltung (Rv) verbunden ist und daß die Regelgröße zur Gewinnung der Folge von digitalen Werten Q in codierter Form dem Eingang eines Analog-Digitalumsetzers (Ui) zugeführt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis für eine eine lineare Funktion des logarithmierten Verstärkungsfaktors darstellende Regelgröße bemessen ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des in seiner Verstärkung automatisch geregelten Verstärkers (Vr) den Analogausgang für die Folge der Werte u-, abgibt und daß dieser Ausgang mit dem Eingang eines Analog-Digitalumsetzers (U2) verbunden ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Regelgröße erzeugende Schaltung (Rv) aus der Kettenschaltung eines Gleichrichters (Gl) mit vorzugsweise quadratischer Charakteristik und einem linearen Tiefpaßfilter (TP) besteht, dessen Grenzfrequenz klein ist gegen die Folgefrequenz der Werte x·,.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (Vr) in seiner Verstärkung in Stufen regelbar ausgeführt ist, und zwar für Verstärkungsfaktoren, die in Richtung zunehmender Verstärkung eine geometrische Reihe mit einem Quotienten von der Größe B bilden und daß die Schaltung (Rv) für die Erzeugung der Regelgröße ausgangsseitig durch einen Entscheider f£^mit zwei Schwellenwerten (Si, 52) erweitert ist, der bei einer Überschreitung des oberen fS2) oder bei einer Unterschreitung des unteren Schwellenwertes (Si) einerseits ein Steuersignal an den Eingang des Verstärkers (Vr) für die Regelgröße abgibt, durch das die Verstärkung des Verstärkers um eine Stufe herabgesetzt bzw. erhöht wird und andererseits ein Signal an die zur Übertragung der Werte Q vorgesehene Sendeeinrichtung liefert, das

zumindest die Information über eine Veränderung (Vergrößerung oder Verkleinerung) der Werte C, um eine Stufe beinhaltet.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung einer Folge von Werten x_h die gegebenenfalls durch Abtastung eines Signals x(t) gewonnen sind, in digitaler bzw. codierter Form. Die Werte x_h bei denen der Index i eine ganze Zahl bedeutet, haben hierbei gegeneinander den zeitlichen Abstand T.

Die Übertragung der Folge von Werten x-, in quantisierter und codierter Form bedeutet, daß jeder Wert Xi durch eine als »Codewort« bezeichnete Folge von Zuständen des Übertragungsmediums dargestellt wird. Die Umsetzung der in der Regel Abtastwerte darstellenden Werte x, in Codeworte geschieht üblicherweise dadurch, daß der Wertbereich, in dem die *; liegen können, in endlich viele, z. B. N definierte halboffene Intervalle h{k = 1,2,... N) eingeteilt wird, wobei dann jedem Intervall h eindeutig ein bestimmtes Codewort Wk entspricht. Ein Abtastwert x-, wird dann in der durch ein Codewort W₂ definierten Form codiert, wenn er in das Intervall I₂ fällt.

Die Anzahl bekannter Vorschriften und Verfahren zur Bildung und Übertragung von Codeworten bei einer gegebenen Intervalleinteilung ist sehr groß. Bei zeitmultiplexer Übertragung von Signalen ist es darüber hinaus üblich, die den einzelnen Signalen zugehörigen Abtastwerte und die daraus hergeleiteten Codeworte zeitlich einander zu verschachteln. Auch eine Verschachtelung der einzelnen Codeelemente verschiedener Codewörter verschiedener Signale ist möglich.

Die Übertragung eines Signals in codierter Form zeichnet sich gegenüber seiner Übertragung in einer anderen bekannten Modulationsart durch eine erheblich geringere Störanfälligkeit aus. Die Gewährleistung einer bestimmten Übertragungsqualität verlangt jedoch mit Rücksicht auf das unvermeidbare Quantisierungsgeräusch eine entsprechend feine Stufung des Wertbereiches des zu übertragenden Signals. Dieser Sachverhalt bedeutet, daß für die Übertragung eines Signals in codierter Form eine erheblich größere Bandbreite als bei seiner Übertragung in analoger Form erforderlich ist. Auch bedeutet die Feinstufung des Wertbereiches des zu übertragenden Signals wegen der hohen Anzahl der für ein Codewort benötigten Codeelemente einen relativ hohen Aufwand für die sendeseitige Modulations- und die empfangsseitige Demodulationseinrichtung.

Eine wesentliche Verbesserung der Übertragungsqualität bei gegebener Elementezahl eines Codewortes läßt sich mittels einer Compandierung erreichen. Die Compandierung bedeutet eine nichtlineare Quantisierung des Wertbereiches des zu übertragenden Signals. Sie gibt indes Anlaß zu Schwierigkeiten, wenn die quantisierte und codierte Folge der Werte x,· des zu übertragenden Signals - einer Transformation in eine andere Wertfolge durch digitale Filterung, beispielsweise nach der Beziehung