DE2131083C3 - Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents
NachrichtenübertragungssystemInfo
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- H03M3/042—Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM] with adaptable step size, e.g. adaptive differential pulse code modulation [ADPCM]
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Description
Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragung*· lystem. bei dem die Differenz Δ Χ zwischen dem
Eingangssignal Xi und einem vörheFgesagten Eingangssignal
X' durch eine Quantisierer-Codierer-Kombination quantisiert und digital verschlüsselt, übertragen und
empfangsseitig decodiert und ins ursprüngliche Signal zurückverwandelt wird.
Bei derartigen Systemen ist das vorhergesagic Eingangssignal meist dasjenige Signal, das sich ans der
Siimmierung aller vorhergehenden quantisierten Signale
ergibt Der Vorteil eines derartigen Systems besteht darin, daß die Nachrichtenübertragung mit verhältnismäßig
wenig Redundanz behaftet ist, und mit geringerer Bitrate erfolgen kann, da nur die Differenzsignale
codiert und übertragen werden müssen und da diese häufig eine kleinere Leistung als das Eingangssignal
aufweisen. Der Quantisierer bei diesen Systemen ist so bemessen, daß er nur einen Teil des Aussteuerbereiches
des ursprünglichen Eingangssignals XE umfaßt ein
ίο üblicher Wert ist hierbei z.B. 30%. Ein solches
Nachrichtenübertragungssystem wird als Differenz-Pulscodemodulation
bezeichnet und ist beispielsweise in der DE-OS 20 41077 beschrieben. Ein Nachteil der
bekannten Systeme besteht darin, daß dann, wenn sich
Ii das Eingangssignal nahe einem seiner möglichen
Extremwerte befindet, ein relativ großer Sprung dieses Eingangssignals z. B. in die Nähe des anderen
Extremwertes nicht in einem einzigen Quantisierungsschritt verarbeitet werden kann, da der Quantisierer und
:<i der ihm angeschlossene Codierer, der die Quantisierungsergebnisse
in die zu übertragende digitale Form verschlüsselt nicht für derartige große Sprünge
ausgelegt sind. Diese Überlastung des Quantisierers wird auch als »Overload-Effekt« bezeichnet Infolge der
r. dann auftretenden großen Quantisierungsfehler wird ein großer Sprung mit verminderter Anstiegssteilheit
wiedergegeben.
Es war Aufgabe der Erfindung, diesen Effekt zu verringern. Die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung
in löst diese Aufgabe.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
F i g. 1 in schematischer Darstellung die Quantisierungsstufen
eines Quantisierers,
i> Fi g. 2 den sendeseitigen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Systems,
F i g. 3 den empfängerseitigen Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems.
F i g. 4a und 4b zwei schematische Darstellung eines
id Prädiktors,
Fig. 5 eine Ausführungsform eines steuerbaren Umcodierers,
F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Decodierers.
ti Anhand von Fig I wird zunächst das Prinzip der
Erfindung erläutert. In Fig. 1 ist mit A der mögliche
Aussteuerbereich einer Eingangsgröße Xy bezeichnet.
Mit X' ist der Wert der erwarteten Eingangsgröße, also im speziellen Fall derjenige Wert bezeichnet, der sich
in durch Summieren bzw. Subtrahieren der zeitlich
vorherliegenden Quantisierungsergebnisse bilden läßt. Der die Differenzen zwischen dem Eingangssignal und
dem erwarteten Eingangssignal bewertende Quantisierer habe die Quantisierungsstufen I bis 8, deren Lage
Γι relativ /um erwarteten Eingangssignal in der Fig. I
dargestellt ist. Tritt gegenüber dem Signal X' nur eine relativ kleine Änderung ein, so wird also z. ß. die
Quantisierungsstufe 4 oder 5 ansprechen. Tritt eine etwas größere Änderung ein, so wird /. B. die
mi Quantisierungsstufe 6 oder 3 ansprechen. Aus der F i g. I
ist ersichtlich, daß die Quantisierungsstufen 7 und 8 bei dem zugrundeliegenden Wert von X' nicht ansprechen
können, da das Eingangssignal einen derartigen Wert nicht annehmen kann.
in Der Quantisierer ist so aufgebaut, daß er für jede
seiner Quantisierungsstufen I bis 8 an einem Ausgang einen definierten Spannungswert abgibt; der zur
Verschlüsselung dienende Codierer ist so ausgebildet,
daß er jedem dieser Spannungswerte eines von acht Codeworten zuordnet Bei den beiden bekannten, so
auch in der bereits oben erwähnten DE-OS 20 41 077, ist diese Zuordnung zwischen den Codewörtern und
Quantisierungsstufen fest und nicht steuerbar.
Erfindungsgemäß ist nun die Kombination von Quantisierer und Codierer so ausgebildet, daß sie in
Abhängigkeit entweder vom tatsächlichen Eingangssignal oder einem von diesem abhängigen Signal X", z. B.
vom erwarteten Eingangssignal X\ so steuerbar ist, daß
den an und für sich Oberflüssigen Quantisierungsergebnissen
7 und 8 von diesen abweichende Quantisierungsstufen T und 8' zugeordnet werden, d. h. also, daß in dem
in F i g. t gezeigten Beispiel dann, wenn sich das Eingangssignal zwischen den Werten T und 8' befindet,
entweder der Quantisierer ein Signal abgibt, das sich
von dem üblichen Signal »8« nicht unterscheidet oder daß der dem Quantisierer nachgeschaltete Codierer
einen Digitalwert ausgibt der sich nicht von dem üblicherweise bei vorliegender Quantisierungsstufe
>ι·8« erscheinenden digitalen Ausgangswert unterscheidet. Die Tatsache, daß dem ausgegebenen Wert »8« im
Beispiel der Fig. 1 kein Sprung zu positiven Werten, sondern ein Sprung zu negativen Werten entspricht,
kann eindeutig darauf geschlossen werden, daß der Erwartungswert X' nahe der oberen Grenze des
Aussteuerungsbereiches liegt Die durch Steuerung der
Codewortzuordnung verfügbar gewordene Quantisierungsstufe 8' ermöglicht es, den im Beispiel dargestellten
Eingangssignalwert Xt; mit geringerem Quantisierungsfehler
zu quantisieren, als es mit der Quantisierungsstufe 1 eines nicht steuerbaren Quantisierers
möglich wäre.
In F i g. 2 wird nun ein konkretes Ausführungsbeispiel gezeigt In einem Quantisierer 1 wird das Differen2signal
X, das sich aus der Differenz des Eingangssignal
Xi und des erwarteten Eingangssignals X' ergibt, quantisiert Das Quantisierungssignal wird zunächst
einem Codierer 2 zugeführt, der einen Codewort-Vorrat
hat welcher der Anzahl der Quantisierungsstufen des Quantisierers entspricht. Der Quantisierer ist hierbei so
ausgebildet daß er eine unveränderliche Quantisierungskennlinie hat und einen relativ großen Bereich
erfaßt. Die vom Codierer 2 gelieferten ersten Codeworter werden einem steuerbaren Umcodierer 3 zugeführt.
Dieser Umcodierer ordnet den erstem Codewörtern in Abhängigkeit davon, in welchem Bereich sich gerade
das erwartete Eingangssignal befindet, zweite Code Wörter zu. Am Ausgang des Umcodieren steht das /u
übertragende Signal zur Verfügung. Dieses Signal wird außerdem dem Eingang eines steuerbaren Decodieren
4 zugeführt Dieser Decodierer wandelt das ihm zugeführte Eingangssignal in Abhängigkeit von einer
ihm zugeführten Steuergröße uin ein Signal v'uin, das
wieder unmittelbar mit den übertragenen Differeiizsignalen
vergleichbar ist. Das Signal v' wird einen*. Prädiktor S zugeführt, in dem die Differenzsignale
wieder in die Eingangssignale odet eine diesen direkt entsprechende Größe umgewandelt werden. Im Beispiel
ist angenommen, daß der Prädiktor 5 ein digitales Ausgangssignal liefert, deswegen ist ihm zur Gewinnung
des analogen erwarteten Eingangssignals noch ein Digital/Analog-Wandler 6 nachgeschaltet. Der Ausgang
des Prädiktors ist außerdem mit einem Steuereingang des Codierers 3 und mit einem Steuereingang des
Decodierers 4 verbunden, so daß diese letztgenannten Baugruppen in Abhängigkeit vom erwarteten Eingangssignal
gesteuert werden können.
In Fig.3 ist schematisch ein Empfänger für die übertragenen Signale dargestellt; dieser besteht aus
einem steuerbaren Decodierer 4', einen PrSdiktor 5' und, da im Beispiel von einer digitalen Darstellung des
Ausgangswertes des Prädiktors ausgegangen wird, aus einem Digital/Analog-Wandler 6'. Die Elemente 4', 5'
und 6' können genauso aufgebaut sein wie die entsprechenden Elemente 4,5 und 6 von F i g. 2.
Die erwähnten Prädiktoren können z. B. gemäß Fig.4a oder 4b aus einer Summierschaltung 9 für
analoge Größen und aus einem Verzögerungsglied 8 aufgebaut sein, oder sie können, falls digitale Signale
vorliegen, als digital arbeitende Rechenschaltung, die Additionen und Subtraktionen vornehmen kann, ausgebildet
sein.
Die in Fig.2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung wird nun im folgenden anhand eines
speziellen Beispiels erläutert:
Der Quantisierer 1 soll sechs Quantisierungsstufen haben, die in dem ihm unmittelbar nachgeschalteten
Codierer in Codewärter mit 3 Bit L.-, ige in folgender
Weise verschlüsselt werden:
Quantisierungsslufe | C'odeworl | L | L |
+ 6 | 0 | 0 | L |
+ 3 | 0 | 0 | 0 |
+ 1 | ü | ΰ | ü |
-1 | L | 0 | L |
-3 | L | L | L |
-6 | L | rl | rO |
VV |
r, Der Wertbereich der erwarteten Eingangsgröße A" möge 16 positive Werte umfassen, die am Ausgang des
Prädiktors 5 in der folgenden Weise in digitaler Form erscheinen:
Bereich 3
15 | L | L | L | L |
14 | L | L | L | 0 |
13 | L | L | 0 | L |
4-. 12 | L | L | 0 | O |
Il | L | 0 | L | L |
IO | L | 0 | L | 0 |
9 | L | 0 | 0 | L |
8 | L | 0 | 0 | O |
'·" 7 | 0 | L | L | L |
6 | O | ^ | L | 0 |
5 | 0 | 1. | 0 | I. |
4 | 0 | 1. | 0 | 0 |
■>> 3 | 0 | 0 | ι. | L |
2 | O | O | L | 0 |
I | 0 | O | 0 | L |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Bereich 2
ι/1 ti 2 ti ί ι/Ο
Bereich
Im Umcodierer i wird nun eine Umcodierur,g der
vom Codierer 2 gelieferten sechs möglichen ersten Codewörter in vier zweite Codewörter mit je zwei
Stellen vorgenommen, wobei diese Umcodierung, je nachdem in welchem von drei Bereichen sich die
erwartete Eingangsgröße A"'befindet, auf drei verschiedene Arten erfolgt.
im Hl | reich | • L | 5 | <!l | + 6 | V | 21 | I.I | 3 | • | 1 | 083 | t 3 | Α | im Ik | b | .V | • 0 | 0 | A +1 | |
I. | L | • O | I. A | + 3 | O | O | • | + 1 | 0 | I. | reich | ||||||||||
A | O | L | • O | <ll | + I | O | im Bereich | I) | 2: | 1 | (I | 0 | L | - I. | 0 | A - 1 | |||||
O | (I | O | O | L | I. | (I | 0 | L | - 1. | L | A3 | ||||||||||
I) | O | O | • L | O A | - I | L | i) | I. | Il | I. = | L | 0 | 0 | • O | L | A -6 | |||||
O | O | ■ | I | O | ill | Il | (I A | Wc ι- | I. | 0 | 0 | Il I | It'll | Wer- | |||||||
L | I. | I. | Il I | Il O | Wcr- | I. | O | L | 0 A | L | I. | L | |||||||||
I. | ν I | v(l | VV | O | VV | vl | L | ||||||||||||||
I. | I | I. | v( | ||||||||||||||||||
VV | rl | Il | 1 Il Il | ||||||||||||||||||
11 μ k c 11
Befindet sich A" im ersten (niedrigsten) Bereich, so
sind Sprünge der Eingangsgröße zu relativ höheren Werten sehr wahrscheinlich, während Sprünge zu
relativ kleinen werten von A"relativ wenig wahrscheinlich
sind. Demgemäß werden die Quantisierungssttifen + 6, +3. +1 gesondert umcodiert, während die
Wertigkeitsstufen — 1. -3. und -6 gemeinsam in ein einziges zweistelliges Codewort (LO) mit der Wertigkeit
— 1 umcodiert werden. Befindet sich X' im mittleren Bereich (Bereich 2), so werden die Quantisierungsstufen
+1 und — 1 unverändert umcodiert. während die Codierungsstufen +3 und +6 zu einem gemeinsamen
Codewort (OL) und die Quantisierungsstufen -3 und -6 ebenfalls zu einem gemeinsamen Codewort (LL)
umcodiert werden. Befindet sich A" im Bereich 3. so werden die Quantisierungsstufen — 1. -3, -6 in jeweils
getrennte zweistellige Codewörter umcodiert. während die Quantisierungsstufen +1. +3. +6 zu einem
gemeinsamen Codewort (00) umcodiert werden. Bei Betrachtung der oben dargestellten Tabelle, die diese
Verhältnisse wiedergibt, zeigt sich, daß dem zweistelligen Codewort LL entweder die Quantisierungsstufe + 6
oder - 3 zugeordnet sein kann, während dem Codewort OL entweder die Quantisierungsstufe +3 oder -6
zugeordnet sein kann.
Eine rein digitale Realisierungsform für den steuerbaren
I ltni*r»/HiAi*Ar "} ic! in P i ο ζ HarcrpctAlIt Dr»t*t ict AinA
tiykeil
tiukeit
Schaltungsanordnung mit sieben UND-Gattern, die teilweise negierte Eingänge haben, und zwei ODER-Gattern
dargestellt. Diese Gatter sind untereinander und mit Eingangsleitungen vv. vl, v0. u3. u2 so
verknüpft, daß sich die Ausgangsgrößen wl bzw. w0.
die die Werte 0 bzw. 1 annehmen können, aufgrund der folgenden Gleichungen ergeben: (das Zeichen +
bedeutet die ODER-Funktion. der Multiplikationspunkt die Konjunktion)
wl = (o3 · ü2 ■ vl)+(ü3 · vv)
+ (Ü2 · w)+(w- vl)
w0 = (Ö3 · vv- vO) + (u3 · 02 ■ v0)
+(o2 · w- v0)
Die Größen w usw. entsprechen den Stellen der Codewörter, die für die Werte von X' bzw. für die
Umcodierungstabelie weiter oben angegeben sind. Da sich die drei Bereiche der Größe X' aufgrund ihrer
beiden ersten Stellen w3 und υ 2 eindeutig unterscheiden lassen, müssen der Anordnung in F i g. 5 nur diese
Werte zugeführt werden. Wird z. B. der Anordnung in Fig.5 an den Eingängen ν das Codewort OLL
zugeführt, so ergeben sich ausgangsseitig die Werte wl = l, WO=I, wenn die Anordnung in Fig. 5
gleichzeitig die Werte υ3=0, ο 2 = 0. zugeführt werden,
werden in der Anordnung nach F i g. 5 dagegen die Werte u 3 = L, u 2 - I. zugeführt, so liefert sie unter sonst
gleichen Umständen Ausgangsgrößen wl =0, w0 = 0.
Der steuerbare Decodierer 4, der die soeben beschriebene Umcodierung des Umcodierers 3 rückgängig
machen muß, kann z. B. durch eine Anordnung gemäß Fig. 6 realisiert werden. Die Anordnung in
Fig.6 besteht aus sechs UND-Gatter mit teilweise
negierten Eingängen und zwei ODER-Gattern, die untereinander und mit Eingangsleitungen wl, w0. u3.
u 2 so verknüpft sind, daß sich die Ausgangsgrößen vv, ν 1, ν0 gemäß den folgenden Gleichungen ergeben:
vv = (ü3 ■ u2 ■ w0) + (wl · Φ0)
+ (u2 · wl) + (u3 · wl)
vl = (ö3 · (72 ■ wl ■ w0)+(u3 ■ u2 ■ wi ■ w0)
v0 = w0
v0 = w0
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde eine
reine digitale Lösung für die Baugruppen 3 und 4 beschrieben. Diese Baugruppen können jedoch ohne
Schwierigkeiten auch so ausgebildet werden, daß sie die Codierung bzw. die steuerbare Decodierung in Abhängigkeit
von einem analogen Eingangssignal vornehmen.
iwrtKoi AinA ΔηΗΑΐΊίησ HAr ΙΙπίΓνγΙίΑΐΊίησ Ktw DArruHiA.
rung jeweils dann erfolgt, wenn das Steuersignal eine bestimmte Schwelle überschreitet
Der Empfänger, der aus den ihm zugeführten verschlüsselten Differenzsignalen das erwartete Eingangssignal wieder bildet und aus dessen Kenntnis
einzelnen an sich mehrdeutigen rweiten Codewörtern in eindeutiger Weise die diesen entsprechenden Quantisierungsstufen zuordnen kann, könnte auch durch einen
anderen Empfänger ersetzt werden, der die Kenntnis der Steuergröße u nicht aufgrund einer in ihm
enthaltenen Schaltungsanordnung auswertet, sondern diese Kenntnis aus Signalen bezieht, die zusätzlich zu
den codierten Differenzsignalen vom Sender übertragen werden.
Bei der Festlegung, in welcher Weise die Umcodierer 4 die ihm zugeführten codierten Quantisierungsstufen
umcodieren soll, kann es u. U. auch zweckmäßig sein,
selbst dann, wenn z. B. positive Differenzen noch relativ
wahrscheinlich sind, die unverfälschte Übertragung derartiger Differenzen einzuschränken zugunsten einer
genaueren Übertragung stark negativer Differenzen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Nachrichtenübertragungssystem, bei dem die Differenz ΔΧ zwischen dem Eingangssignal Xe und
einem vorhergesagten Eingangssignal X' durch eine Quantisierer-Codierer-Kombination quantisiert und
digital verschlüsselt, übertragen und empfangsseitig decodiert und ins ursprüngliche Signal zurückverwendet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierer-Codierer-Kombination (I12,3)
einen Codewortvorrat von m Codeworten hat und in Abhängigkeit vom Eingangssignal .Ye oder einer von
diesem abhängigen Größe X" so steuerbar ist, daß mindestens einem der Codeworte je nach dem Wert
von XE bzw. X" jeweils eine von mehreren unterschiedlichen Quantisierungsstufen zugeordnet
ist, wobei die Zahl η der insgesamt möglichen
Quantisierungsstufen größer als m ist, und daß empfangsseitij? ein Decodierer (4', 5') vorgesehen ist,
der in Abhängigkeit von Xf oder X" oder diesen empfangsseitig nachgebildeten Signalen so steuerbar
ist, daß er die empfangenen Codeworte in die diesen Codeworten jeweils zugeordneten Quantisierungsstufen
umsetzt
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Quantisierwigsstufen adaptiv,
zumindest annähernd den bedingten Wahrscheinlichkeitsdichten ρ f/1 A/Y",J angepaßt werden.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet- daß sendeseitig der Ausgang eines
Quantisierers (i/ mit dem Eingang eines Codierers (2) verbunden ist, dessin Au gang mit einem
Eingang eines steuerbaren 'Jmcodierers (3) verbunden ist, daß der Ausgang des Jmcodierers (3)
einerseits den Ausgang des Senders bildet, andererseits mit einem Eingang eines steuerbaren Decodierers
(4) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Prädiktors (5) verbunden ist, daß der
Ausgang des Prädiktors mit dem anderen Eingang des Umcodierers und des Decodieren und, falls
erforderlich über einen D/A-Wandler, mit dem Subtraktionseingang einer Subtraktionsschaltung (7)
verbunden ist, deren anderem Eingang das Eingangssignal zufUhrbar ist und deren Ausgang mit
dem Eingang des Quantisierers verbunden ist.
4. System nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger einen steuerbaren
Decodierer (4') enthält, dessen einem Eingang die codierten übertragenen Signale zugeführt
werden, daß der Ausgang des Decodierers (4') mit dem Eingang eines Prädiktors (5') verbunden ist,
dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Decodierers verbunden ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE2131083A DE2131083C3 (de) | 1971-06-23 | 1971-06-23 | Nachrichtenübertragungssystem |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE2131083A DE2131083C3 (de) | 1971-06-23 | 1971-06-23 | Nachrichtenübertragungssystem |
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DE2131083A1 DE2131083A1 (de) | 1973-01-11 |
DE2131083B2 DE2131083B2 (de) | 1980-08-28 |
DE2131083C3 true DE2131083C3 (de) | 1981-06-04 |
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ID=5811534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2131083A Expired DE2131083C3 (de) | 1971-06-23 | 1971-06-23 | Nachrichtenübertragungssystem |
Country Status (1)
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---|---|---|---|---|
US3526855A (en) * | 1968-03-18 | 1970-09-01 | Bell Telephone Labor Inc | Pulse code modulation and differential pulse code modulation encoders |
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-
1971
- 1971-06-23 DE DE2131083A patent/DE2131083C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2131083B2 (de) | 1980-08-28 |
DE2131083A1 (de) | 1973-01-11 |
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Legal Events
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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Owner name: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH, 7150 BACKNANG, DE |
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