DE2139918C3 - Analog Digital Codierer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompandierenden Analog-Digital-Codierer mit folgenden Merkmalen: ein Vergleicher besitzt einen ersten, mit einer Bezugssignalquelle verbundenen Eingang und einen zweiten, mit den Augenblickswerten des zu codieren-

den analogen Eingangssignal verbundenen Eingang; eine Codiertaktquelle g>bt mit \orgegebe:ier Geschwindigkeit Ausgangssignale ab; ein erster Zähler zählt die Impulse der Codiertaktqi'jllc. wenn die Größe der Augenblickswerte des analogen Eingangssignals die Größe des Bezugssigiuils übersteigt, um ein Codewort zu bilden.

In Impulscodemeidulalions-Nachrichlensystemen, kurz PCM-Systeme genannt, können kontinuierliche, mit der Zeit variierende Nachrichtensignale, beispielsweise elektrische Sprachsignale, durch eine Reihe digitaler Impulse dargestellt werden. Bei diesem Verfahren wird das Signal periodisch abgetastet, d. h., die Augenblickswerte l'estg· teilt, quantisiert und in binäre Codewörter codiert, welche die Amplitude dei ii jeweiligen Augenblickswerte kennzeichnen. In dem Quantisierunüsprozeß wird der exakte Pegel des mit der Zeit sich ändernden IVmgangssignals in jedem Augenblick durch einen diskreten Wert aus einer Anzahl wm diskreten, sogenannten Quanieiipegel angenähert. Der Unterschied zwischen dem Augenblickswert des Eingangssignals um¹ dem Quainenpegel. wie er tatsächlich übertragen wird, wird als Quantisierungsfehler bezeichne! und führt zu dem sogenannten Ouantisierungsrauschen oder der Quantisierungsverzerrung.

Die Quantisierungsverzernmg ist ungünstig und kann oft nicht zugelassen werelen, wenn der Augenblickswert oder die Größe des Eingangssignals klein ist, die Quantisierungsverzerrung hat aber gewöhnlich 3« nur eine geringe oder überhaupt keine Bedeutung, wenn die Augenblicksgröße des Eingangssignals hoch ist. Eine höhere Qualität und eine wirksamere Übertragung kann dann erhalten werden, wenn ein engerer Abstand der Größe der Quantisierungspegel bei niedrigen Eingangssignalamplituden eingehalten werden, während die Quantisierungspegel für die höhe ^n Signalamplituden weiter entfernt sind. Diese nichtlineare Verteilung der Gesamtanzahl der Quantisierungspegel wird als »Comparylieren < bezeichnet und setzt sich aus den Ausdrücken »Kompression« und »Expandieren« zusammen. Die Cornpandicrung gleicht deshalb die nichterwünschten Effekte des Quantisierungsfehlers dadurch aus, dal!· die Größe des Quantisierungsfehlcrs für Amplitudeneingangssignale mit geringer Amplitude verkleinert wird (hier würde die Quantisierungsverzerrung ein ernstlicher Nachteil sein), und zwar auf Kosten eines vergrößerten Quantrsierungsfehlers für Signale mit höherer Amplitude, wo eine vergrößerte Verzerrung zügelassen werden kann. Mit anderen Worten bezweckt der PCM-Compandor die Nachteile der Quar.isierung und des ursprünglichen Signals zu verkleinern, in dem eine Quantisierung auf einer nicht gleichförmigen oder nichtlinearen und nicht einer gleichförmigcn oder linearen Basis betrieben wird.

Ein aufeinanderfolgendes Compandieren auf nichtlinearer Basis kann durch einen Pegcleliniinationsprozeß erhalten werden, wobei die Anzahl der Quantisierungspegel entweder linear oder exponentiell mit zunehmender Eingangssignalamplitude abnimmt. Der lineare Pegeleliminationsprozeß führt zu einem zufriedenstellenden Compandicrungsverhalten für Eingangssignale mii höherem Pegel, ist aber kaum brauchbar für Signale mit niedrigem Pegel. Obwohl das Compandierungsverhalten für Signale mit niedrigem Pegel bereits wesentlich verbessert werden konnte, um den Anforderungen bei modernen Übertragungsss sternen mit logischen Schaltungen höherer Geschwindigkeit zu genügen, kann die erforderliche logische Geschwindigkeit zur Zeit noch nicht erhalten werden. Um eine Vorstellung über die logischen Gesehsvindigkciten zu geben, sei daran erinnert, daß die Verarbeitungsnetzwerke das Eingangssignal aufnehmen und es in 13 oder 14 Bits codieren, welche dann weiteren Proeessorschaltungen zugeführt werden, die eine Speichereinrichtung, Schieberegister oder Verdeiehseinriehtungen und einen Zähler umfassen. Das Wort mit 13 oder 14 Bits wird dann weiterverarbeitet zu einem ;iuf 8 Bits kompandiertem Wort. Beim gesamten Verfahren werden relativ große und komplizierte und daher auch teure Sender und Empfänger beninigt.

Die Kompandierung wurde auch durch eine Codierschaltung gemäß deutsche Auslegeschrift 1 207 436 durchgeführt, wobei der eine gleiche Ampii'udendifferenz oder Abfand /wischen benachbarten Quantisierungspegeln 'ufrechterhalten wird. Die Kompressor- oder Expandercharakteristik ist in einer Anzahl von geradlinigen Stücken unterteilt, die jeweils unterschiedliche Neigungen auiAeisen und somit einer unterschiedlichen Anzahl von in gleichen Abstände hegenden Quantisierungspeg-^Vln entsprechen. Schaltungen dieser Art machen eine Mehrzahl von Register zusätzlich zu einer komplizierten und teueren Steuer- und Wuhlschaltiing erforderlich.

Die Co.npandierung gemäß expotentieller Pegelelimination führt nicht zu solchen logischen Geschwindigkeiten, die mit modernen Übertragungssystemen noch nicht erhalten werden können. Der Nachteil besteht darin, daß große und komplizierte und daher auch teure Sender, Empfänger und zugeordnete Schaltung benötigt werden, um wegen der expotentiell zunehmenden Betriebsart eine Beschädigung oder Zerstörung der Schaltung zu vermeiden. Beide Verfahren der Pegelelimination — linear oder expotentiell — benötigen zu ihrer Durchführung Analogschaltungen, wodurch nichtlineare Fehler eingeführt werden, welche nur schwer kompensiert oder eliminiert werden können. Die Cümpandi'vungseigenschaftcn dieser Schaltungen sind auch relativ unbeweglich, was ein Nachteil dann darstellt, wenn ein bestimmter Entwurf für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden soll.

Die Kosten dieser Codierer sind, wie bei Codierern im allgemeinen, in Übertragungssystemen hoch, wenn die Leitungen nicht synchron betrieben werden. Da die Leitungen nicht synchron sind, kann der Codierer nicht ohne Gatter, Zeitschaltungen und Puffereinrichtungen betrieben werden, welche die Kosten des Gesanitcodierers wiederum vergrößern. Die Alternative der Zuordnung von Individuellen Codierer für jede Leitung in dem System ist ebenfalls nicht wünschenswert vom Kostenstandpunkt aus.

Die aufgezeigten Schwierigkeiten werden mit einem Analog-Digital-Codieret* der eingangs angegebenen Art durch folgende Kombination gelöst: Eine erste Impulsschaltung verbindet die Codierertaktquelle und den ersten Zähler, um eine vorbestimmte maximale Anzahl von in gleichmäßigem Abstand liegenden Impulsen von der Codierertaktquelle an den ersten Zähler zu übertragen, nachdem die vorgegebene maximale Anzahl von in gleichmäßigem Abstand liegenden Codierertaktimpulsen von der ersten Impulsschaltung abgegeben ist, liefert eine zweite Impulsschaltung an den ersten Zähler in ungleichen

Abständen liegende Impulse, wobei der Abstand zähler übertragen werden. Anschließend würden die

zwischen jeweils benachbarten Impulsen progressiv 66. und 67. Codierertaktimpulse durch die zweite

zunimmt, und zwar in vorbestimmter Weise in bezug Impulsschaltung unterdrückt und ein dem 68. Codic-

auf den gleichförmigen Absland der von der Codier- rertaktimpuls entsprechender Impuls würde an den

taktquelle abgegebenen Impulse. 5 Ausgangszähler gegeben werden. Der nächste dem

Eine Verknüpfungsschaltung besitzt Eingangsvcr- Ausgangszähler zugeführtc Codierertaktimpuls würde

bindungen von den ersten und zweiten Impulsschal- die 69., 70. und 71. Taktimpulse unterdrückt haben

tungen und dem Vergleichcr und dient zum Anhalten usw., bis die Größe des Referenzsignals der Größe

des ersten Zählers unter der Steuerung der Amplitude des Eingangssignals gleich kommt oder sie übersteigt,

des Analogsignals, nachdem eine variable Anzahl von io Der Codierer gemäß Erfindung quantisiert dcm-

Impulsen von der Codiertaktimpulsquelle an den nach Eingangssignale mit niedrigem Pegel in linearer

ersten Zähler übertragen worden ist, um das Aus- Weise, wobei Quantisierungsfehler zu beträchtlichen

gangscodewort unter der Steuerung des ersten ZaIi- Nachteilen führen würden, und es wird Pegelclimina-

lers zu bilden und den Codierer rückzusetzen. tion mit progressiv zunehmender Anzahl der Pegel

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird somit 15 betrieben, welche im Maße eliminiert werden, wie die

ein einfacher und nicht teurer PCM-Codiercr mit Größe des Eingangssignals größer wird und eine ver-

Compandierung gemäß Pegelelimination geschaffen, größerte Verzerrung toleriert werden kann. Es wird

wobei das codierte Wort direkt in den Ausgangszäh- darauf hingewiesen, daß die Compandierung direkt

ler gegeben wird, um unmittelbar das Ausgangswort durchgeführt wird, und zwar in einer im wesentlichen

in Standardbinärform zu bilden. ^a° gesamtdigitalen Art und Weise, wobei das Ausgangs-

Zusätzlich macht die vorliegende Erfindung einen codewort unmittelbar in einem Standardbinärcode re-Codierer verfügbar, welcher nur eine relativ geringe gistriert wird. Es wird nur eine relativ geringe GeGeschwindigkeit für die logische Schaltung voraus- schwindigkeit für die Schaltlogik benötigt und die setzt und im wesentlichen aus gesamter digitaler früher benützten Speichereinrichtungen, Schieberc-Schaltung besteht und ein einstellbares Compandie- »5 gister und entsprechenden Einrichtungen entfallen, rungsverhalten aufweist. Die Gesamtkosten des Codierers werden beträchtlich

Der Codierer gemäß Erfindung hat ein zweiteiliges vermint⁴::«, und zwar zu einem Punkt, wo die Ver-

Compandierungsverhalien mit einem linearen Seg- wendung von individuellen Codierern für jede Lci-

ment und einem compandierten Pegeleliminations- lung in dem Übertragungssystem nicht mehr vom

segment. Die Quantisierungspegel, welche den niedri- 3° Kostenstandpunkt aus unattraktiv ist, wenn diese

geren Pegel oder Größen des Eingangssignals ent- Verbindungsleitungen nicht syrchron sind,

sprechen,'werden mit einer linearen Geschwindigkeit Die einzige Hgur der zeichnung stelii eine ΒΉιιΛ-

vorgcsehen. bis eine vorbestimmte Anzahl von Co- schaltung eines Codierers gemäß Erfindung dar.

dierertaktimpulse durch eine erste Impulsschaltung Das Eingangssignal wird an ein Abtast-und Halte

gezählt sind! Jeder der Codierertaktimpulse, welcher 35 netzwerk 1 angelegt. Das Abtast- und Haltend/

der ersten Impulsschaltung zugeführt wird, wird werk 1 ist mit einer Codierungstaktquelle 2 und einem

wiederum an einen Ausgangszähler gegeben, welcher und Haltenetzwerk 1 und der Sägezahngenerator J

direkt ein Ausgangscodewort in Standardbinärform Sägezahnbezugsgenerator 3 verbunden. Das Abtust

bildet. Sobald die vorbeslimmte Anzahl der Taktim- sind jeweils mit individuellen Eingängen eines Vc 1

pulse gezählt ist. ohne daß die Größe des Eingang«- 40 gleichers 4 verbunden. Die in der Zeichnung darge

signals die Größe des sägezahnförmigen Bezugssi- stellten Verknüpfungsglieder stellen NOR-Gliedi.

gnals übersteigen würde, werden die Codierertakt- dar, die am Ausgang mit dem Punkt eine logisch«

impulse nicht langer der ersten Impulsschaltung zu- »1« abgeben, wenn logische »0« an beiden Glieder

geführt, sondern statt dessen einer zweiten Impuls- eingängen anliegen. Der nicht mit einem Punkt vei

schaltung. Die zweite Impulsschaltung führt zu einem *5 sehene Ausgang des Verknüpfungsgliedes zeigt ai*

Tmpulsausgang am Ausgangszähler mit einer vorge- daß das NOR-Glied einen zusätzlichen Ausgang aiii

wählten variablen Geschwindigkeit, welche progressiv weist, welcher ein ODER-Komplement des gepunku

abnimmt in bezug auf die Geschwindigkeit der Im- ten NOR-Ausganges ist, d.h. einen komplementär..!

pulse, welche durch die Codierertaktimpulsquelle ge- logischen »O«-Ausgang aufweist, wenn der l· jsga<i.

liefert werden. Die Anzahl der Codierertaktimpulse 50 des Verknüpfungsgliedes eine logische »1« ist, im

in dem Intervall zwischen den Ausgangsimpulsen komplementär eine logische »1« besitzt, wenn de ι

von der zweiten Tmpulsschaltung ist gleich der An- Ausgang des Verknüpfungsgliedes eine logische »0'

zahl der Impulse, welche zuvor von der zweiten Im- ist.

pulsschaltung für das Binärwort, welches direkt in Die njchtgepunkteten Ausgänge werden im nach

dem Ausgangsregister gebildet wird, übertragen wor- 55 folgenden als die komplementären Ausgänge des je

den sind. weiligen Verknüpfungsgliedes bezeichnet, wahrem

Wenn beispielsweise 62 als vorbestimmte Anzahl der gepunktete Ausgang als der eigentliche Ausgani

der linearen Segmentimpulse gewählt worden wäre, des Verknüpfungsgliedes anzusehen ist.

dann würden alle 62 Impulse von der Codierertakt- Der eine Eingang des Verknüpfungsgliedes 5 is

quelle über die erste Impulsschaltung dem Ausgangs- 60 mit dem Ausgang eines Verknüpfungsgliedes 6 vcr

zähler übermittelt werden. Ein dem 63. Taktimpuls bunden, während der zweite Eingang des Verknüp

entsprechender Impuls würde an die zweite Impuls- fungsgl-edes 5 mit dem Ausgang des Vergleichers <

schaltung übertragen, welche wiederum einen diesem verbunden ist. Der komplementäre Ausgang des Ver

Impuls entsprechenden Ausgangsimpuls an den Aus- knüpfungsgliedes 6 ist mit einem direkten Ausgangs

gangszähler übertragen würde. Der 64. Codierertakt- 65 zähler 7 verbunden. Das Abtast- und Haltenetzwerk

impuls würde von der zweiten Impulsschaltung ist auch mit dem Ausgangszahler 7 verbunden, un

»weggeschnitten« und ein dem 65. Codierertaktim- eine Anzeige der Polarität der Abtastung oder Prob

puls entsprechender Impuls würde an den Ausgangs- zu geben. Der Ausgang des Verknüpfungsgliedes i

(ο

ist mit dem Sägezahngenerator 3, dem direkten Aus- Pegeln werden Codierertaktimpulse 2 nicht mehr an

gangszähler 7 und den Zählern in einer ersten Im- die erste Impulsschaltung 8 angelegt und statt dessen

pulsschaltung 8 sowie in einer zweiten Impulsschal- an den Zähler der zweiten Impulsschaltung 15 ge-

tung oder compandierten Taktgeberquellc 15 ver- geben. Diese zweite Impulsschaltung oder Companbunden. 5 dieriingstaktwelle 15 schneidet progressiv η Takt-

Die erste Impulsschaltung 8 umfaßt Verkniipfungs- impulse zwischen den n- und η + 1-compandierten glieder 9 und 10 sowie einen 7-Bitzähler 11. Der Alisgangsimpulsen weg, wie zuvor erläutert. Die Abgang des Verknüpfungsgliedes 10 ist mit einem Compandierungseigenschaften dieses zweiten Seg-Eingang des Verkniipfungsgliedcs 9 verbunden. Der ments sind deshalb nicht linear. Die Gesamtcompan-Ausgang des Verknüpfungsgliedes 9 ist mit dem Zäh- io dierungscharakteristik hat deshalb ein lineares Segler 11 und dem einen Eingang des Verknüpfungsglie- ment für niedrigpeglige Eingangssignal und ein des 6 verbunden. Die gepunkteten Ausgänge der Co- nichtlineares Segment für Signalpegel von zunehmendierertaktquelle 2. des Zählers 11 und eines jeden der Größe. Die Wirkungsweise des Codicrers wild Bitvergleichers 12 in der zweiten Impulsschaltung 15 nunmehr im einzelnen erläutert,
deuten an, daß die jeweiligen Impulsausgänge dieser 15 Das Abtast- und Haltenctzwerk 1 tastet die Grölte Bauteile logische »0« an den Ausgangsklemmen dar- des Eingangssignals in Intervallen ab, die von der stellen, wie zuvor erläutert. Wenn beispielsweise im gewünschten Abtastgeschwindigkeit bestimmt wird, Falle des 7-Bitzählers 11 eine logische »1« in einer und hält diese Abtastwerte, bis der Zyklus des Bcgegebenen Zelle erscheint, dann ist das Ausgangssi- zugssignais beendigt ist, welches von dem Bezugignal zum Verknüpfungsglied 10 für diese Zelle eine 20 generator 3 erzeugt wird. Wie aus den Zeichnungen logische »0«. Der gepunktete Ausgang des Taktge- ersichtlich ist, kann ein Sägezahngenerator 3 vorteilbers 2 ist mit dem einen Eingang des Verknüpfungs- haft als Bezugsgenerator Γη dem" vorliegenden Cogliedes 9 und dem einen Eingang des Verknüpfungs- dicrcr Verwendung finden. Andere Funktionsgeneragliedes 14 verbunden. Der komplementäre Ausgang toren mit unterschiedlichen Wellenformen könnten des Verknüpfungsgliedes 10 ist mit dem zweiten Ein- 25 ebenfalls als Rcferenzquellen in einer an sich begang des Verknüpfungsglicdcs 14 verbunden, kannten Weise verwendet werden. Mit Ausnahme

Die zweite Impulsschaltung 15 umfaßt ein Vcr- des Sägezahngenerators, welcher höchst einfach knüpfungsglied 16. 7-Bitzähler 17 und 18 und den durch einen Analogschaltkreis aufgebaut werden 7-Bitvergleicher 12. Der Ausgang des Verknüpfungs- kann, besteht der Rest des vorliegenden Codicrers gl cdes 14 ist mit dem 7-Bitzähler 17 verbunden. 30 aus einer digitalen Schaltung. Wenn erwünscht, während der komplementäre Ausgang des Vcrkniip- könnte selbstverständlich eine digitale Schaltung an fungsglicdcs 14 mit einem Eingang des Verkmip- Stelle des analogen Sägezahngenerator verwendet fungsgliedcs 16 verbunden ist. Der gepunktete Aus- werden. Die Verwendung eines Sägczahncs als Begang des 7-Bitverglcichers 12 ist mit dem anderen zugsfunktion hat den Vorteil, daß, wenn in einem Eingang des Verknüpfungsgliedes 16 verbunden. Die 35 nichtsynchronen Übertragungssystem der beim F.mn-Ausgänge der Stufen des 7-Bitzählers 17 und 18 sind fänger erzeugte Sägezahn entweder bezüglich der mit den Eingängen des 7-Bitvergkichers 12 vcrbun- Neigung oder des Startpunktes außer Phase gegcridcn. Der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 16 ist über dem im Sender erzeugten Sägezahn ist, nur mit den 7-Bit/ählcrn 17 und 18 und mit einem Ein- eine Verzerrung linearer Größe eingeführt wirti. was gang des Verknüpfungsgliedes 6 verbunden. Der 40 weder dem Ton noch der Qualität des Signals Stop Rücksctz-Ausgang SR des Verknüpfungsglie- schadet.

des 5 ist mit dem Sägezahnbczugsgenerator 3 und Wie erwähnt, zählt die erste Impulsschaltung die Zählern II. 17 und 18 verbunden und setzt diese Codiercrimpulse2, bis ein vorbestimmter Zählstand Bauteile immer dann zurück, wenn die Größe des in dem Zähier 11 registriert wird. Für Anwendungen Bezugssignals gleich oder größer der Größe der Ab- 45 wenn das Eingangssignal ein Sprcchsignal ist. wurde tastung des Eingangssignals ist. Die in den Zeich- gefunden, daß ein vorbestimmter Zählstand 62 die nungen dargestellten Schaltungsblöcke dürften ge- besten Übertragungscharakteristiken ergibt, weiche nügend bekannt sein, so daß sich eine einzelne Be- sich dem idealen Verhalten annähen. Diese vorschreibung dieser Bauteile erübrigt. Beliebige, mit- bestimmte Zahl oder Zählstand ist durchaus flexibel einander verträgliche Bauteile, welche kommerziell 51· und kann durch einfaches Einstellen des Zählers Il verfügbar sind, können für die in den Zeichnungen festgelegt werden. Diese leichte Einstellbarkcit des dargestellten Blöcke Verwendung finden. Punktes, an dem die linearen und nichtlinearcn Sec-

Wie zuvor erläutert, stellt der Codierer nach der mente der Compandercharakteristik sich schneiden

Erfindung einen zweiteiligen Codierer dar, wobei ist ein prinzipieller Vorteil der vorliegenden Erfin-

das eine Segment von compandierender Charakte- 55 dung.

ristik ist (Eingangssignalamplitude gegenüber der Bevor der Zähler 11 die vorbestimmte Anzahl von

Anzahl der Quantisierungspegel), wobei eine vor- Impulsen erreicht, wird jeder logische »O«-Takt-

bestimmte Anzahl von Pegeln umfaßt wird, deren impuls, welcher am gepunkteten Ausgang ΚΊ der

Anzahl im Hinblick auf eine gegebene Anwendung Codierertaktquelle 2 erscheint, an einen Eingang des

variiert werden kann. Das lineare Segment (keine 60 Verknüpfungsgliedes 9 und an einen Eingang des

Pegelel'mination — jeder Pegel wird genommen) Verknünf.jngsgliedes 14 angelegt. Der Ausgang des

der compandierenden Charakteristik wird durch die Verknüpfungsgliedes Ϊ0, als 51 in der Zeichnung

erste Impulsschaltung 8 bestimmt und führt dazu, bezeichnet, ist mit dem anderen Eingang des Ver

daß genügenr¹ Pegel bei den niedrigen Pegeln des knüpfungsgliedes 9 verbunden. Der komplementäre

Eingangssignal^ ausgewertet werden, um Quantisie- 65 Ausgang des Verknüpfungsgliedes 10, als ST be-

rungsfehler zu vermeiden, die zu beträchtlichen zeichnet, ist mit dem anderen Eingang des Verknüp-

Übertragungsnachteilen führen können, wie zuvor fungsgliedes 14 verbunden. Die Verknüpfuneselie

erläutert. Nach einer vorbestimmten Anzahl von der 9 und 14 bestimmen, wenn die logischen »O«-Im-

pulse von der Decodiercrtaktquelle 2 durch das Ver- »Oe-TsTI-Decodierertaktimpulse gelangen nun durch

knüpfungsglied 14 hindurchtreten. Wenn derSl-Aus- dieses Verknüpfungsglied. Es wird darauf hingewie-

gang des Verknüpfungsgliedes It eine logische »0« sen, daß vor Erreichen der vorbestimmten Anzahl

ist, ist der komplementäre Ausgang SI eine logische der Codierertaktimpulse, die im Zähler 11 gezählt

»1«, und die logischen »0«-DecodierertaktimpuIse 5 werden, jeder Impuls von der Decodierertaktinipuls-

ΚΊ gelangen durch das Verknüpfungsglied 9 und quelle ohne Elimination eines Pegels verwende!

nicht durch das Verknüpfungsglied 14. Die logischen wurde. Quantisierungsfehler für Signale mit nied-

»1«-Ausgan^simpulse des Verknüpfungsgliedes 9 rigem Pegel, die, wie erläutert,, zu beträchtlichen

werden in Abhängigkeit von den logischen »O«-Im- Ubertragungsverzerrungen führen, werden dadurch

pulsen TTT und S1 wiederum an einen Eingang Dl io auf einen minimalen Wert für Signale mit niedrige!

des Verknüpfungsglicdes 6 und an den 7-Bitzähler Größe reduziert.

Il gegeben, wo sie gezählt werden. Der andere Ein- Jeder logsiche »O«-Ausgang XT von der Codierergang des Verknüpfungsgliedes 6 ist mit Kl bezeich- taktquelle 2 erzeugt in Anwesenheit eines logischen net und steht mit dem Ausgang des Verknüpfungs- »O«-Ausgangssignals SI vom Verknüpft· .₆sglied 10 gliedcs 16 in Verbindung. Wie noch erläutert wird, 15 ein logisches »1 «-Ausgangssignal LE und ein komist der K2-Ausgang des Verknüpfungsgliedes 10 eine plementäres logisches »O«-Ausgangssignal ΣΕ. Das logische »0« für alle Eiccodierertaktimpulsc vor Er- EL-Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 19 wird reichen der vorbestimmten Anzahl der Decodierer- an den 7-Bitzähler 17 übertragen. Jede Stufe des taktimpulse. Der Ausgang Dl des Verknüpfungs- Zählers 17 hat ursprünglich eine logsiche »0«, wähgliedes 6 wird dem direkten Ausgangszähler 7 züge- so rend der Zähler 18 eine logische »1« in der ersten führt, welcher die Anwesenheit der logsichen Stufe und logische »0« in den übrigen Stufen ge- »I «Impulse D1 in Abhängigkeit von dem iogischen speichert hat. Der erste Taktimpuls von der Codierer- »O«-Impuls ΚΊ registriert oder zählt, wobei der Im- taktquelle 2 nach Erreichen der vorbestimmten Anpuls K Γ den Eingangsimpuls zum Verknüpfungs- zahl von Impulsen wird dem Verknüpfungsglied 14 glied 9 darstellt. So wird jeder Codierertaktimpuls 35 zugeführt und erzeugt ein logisches »1«-Ausgangsvor Erreichen der vorbestimmten Anzahl von Co- signal LE, welches durch die erste Stufe des Zählers dierertaktimpulsen direkt durch die Verknüpfungs- 17 gezählt wird. Der 7-Bitvergleicher 12 vergleicht glieder 9 und 6 zu dem direkten Ausgangszähler 7 dann diesen Zählstand mit dem des Zählers 18. Da, gegeben. Dies geschieht so lange, bis die vor- wie erwähnt, eine logische »1« in der ersten Stufe bestimmte Anzahl von Impulsen erreicht ist, wenn 30 des Zählers 18 gespeichert ist, sind die Zählstände der Ausgang des Comparators 4, als SZ in der Zeich- in der Stufe vergleichbar, und ein logischer »O«-Imnung bezeichnet, nicht eine logische »0« wird, d. h., puls wird an dem Ausgang A 1 des Vergleichers 12 wenn das sägezahnförmige Bezugssignal nicht gleich erzeugt und dem einen Eingang des Verknüpfungsder Größe des Eingangssignals wird oder dieses gliedes 16 zugeführt. Wie zuvor erwähnt, ist das übersteigt. Da der Ausgang Z5Z des Verknüpfungs- 35 Ausgangssignal ΣΕ des Verknüpfungsgliedes 14 eine gliedes 6 eine logische »0« für jeden Iogischen logische »0« für jeden Codierertaktimpuls, daher »0«-Impuls der Codierertaktquelle 2 wird, wird im erzeugt die Anwesenheit von Iogischen Nullen an Falle, daß der Ausgang SZ des Vergleichen 4 eine beiden Eingängen des Verknüpfungsgliedes 16 ein logische »0« wird, ein logischer »1 «-Impuls am Aus- logisches »1 «-Ausgangssignal Kl. Das logische gang SÄ des Verknüpfungsgliedes 5 erscheinen, so- 4° »1 «-Ausgangssignal K2 wird auf die Zähler 17 und bald beim nächstenmal eine logische »0« am Aus- 18 übertragen, um den Zähler 17 auf Null zu setzen gangZJZ des Verknüpfungsgliedes 6 zugegen ist. Der und den Zählstand Zwei im Zähler 18 zu speichern logische »1 «-Ausgang.?/? stellt einen Stop-Rücksetz- Das logische »1 «-Ausgangssignal K2 wird auch an Impuls dar, welcher an den Sägezahngenerator 6 und den einen Eingang des Verknüpfungsgliedes 6 gean jeden der Zähler II. 17 und 18 angelegt wird, 45 geben. Der andere oder Dl-Eingang des Verknüpum die nächste Abtastung des Eingangssignals vor- fungsgliedes 6 entspricht dem Ausgangssignal des zubereiten. Am Ende jeder Abtastperiode wird dar. Verknüpfungsgliedes 9 und ist eine logische »0«, soin dem Ausgangszähler 7 direkt gebildete Codewort bald der Zähler 11 die vorbestimmte Anzahl von übertragen, und der Zähler 7 und die Codierertakt- Impulsen gezählt hat, wie zuvor erläutert. Jeder Imquelle 2 werden für den nächsten Zyklus oder das 50 puls Kl vom Verknüpfungsglied 16 führt deshalb nächste Codewort rückgesetzt. dazu, daß eine logische »1« an dem D 2-Ausgang Wenn die Größe des Bezugssignals nicht dem und eine logische »0« an dem ZJZ-Ausgang erscheint. Eingangssignal vor der vorbestimmten Anzahl der Das Zusammenwirken dieser Ausgangssign^'e mit Taktimpulse gleichkommt oder diese übersteigt, wird dem Vergleicher 4, dem Verknüpfungsglied 5 und jeder Codierertaktimpuls in dem Zähler 11 gezählt, 55 dem direkten Ausgangszähler 7 ist nunmehr das bis die vorbestimmte Anzahl von Impulsen erreicht gleiche wie zuvor in Verbindung mit dem linearen ist. Wenn die vorbestimmte Anzahl der Taktimpulse Segmenttakt 8 erläutert.

gezählt sind, sind alle Ausgangssignale der Stufen Der nächste Codierertaktimpuls erzeugt ein logides Zählers 11, welcher mit den Eingängen des Ver- sches »1 «-Ausgangssignal LE und wird auch vom knüpfungsgliedes 10 verbunden ist, logische »0«. 60 Zähler 17 gezählt und vom Vergleicher 12 mit dem Wenn alle Eingangssignale des Verknüpfungsgliedes Zählstand im Zähler 18 verglichen. Da der Zähler 10 logische »0« sind, stellt das Ausgangssignal 51 18 nunmehr eine »2« gespeichert hat, sind die Zähldes Verknüpfungsgliedes 10 eine logische »1« dar, stände nicht vergleichbar, und der Vergleicher gibt welche an den Eingang des Verknüpfuugsgliedes 9 keinen Ausgangsimpuls ab. Ein Codierertaktimpuls angelegt wird und dieses gegen das Weiterleiten von 65 wird auf diese Weise weggeschnitten oder unterweiteren Codierertaktjmpulsen sperrt. Der komple- drückt Der nachfolgende Codierertaktinipuls speimentäre Ausgang ST des Verknüpfungsgliedes 10 ist chert jedoch eine »2« im Zähler 17> die Zählstände nunmehr eine logische »0«, und die Iogischen in den Zählern 17 und 18 kommen sich gleich, und

3539

11 */ 12

ein logisches »O«-AusgangssignaM 1 wird vom Ver- Ausgangszähler 7 führen. Der 69., 70. und 71.Co

gleicher 12 abgegeben, um ein logisches »1 «-Aus- dierertaktimpuls werden unterdrückt, und dei

giinnssignal #C2 zu erzeugen, welches dem direkten 72. Codierertaktimpuls bringt Information zur BiI

Ausgangszähler 7 zugeführt wird, um unmittelbar dung des Ausgangswortes usw., v/obei die Anzah

ein Codewort zu bilden, wie zuvor erläutert. Das 5 der unterdrückten Codierertaktimpulse jeweils un

Ausgangssignal Kl des Verknüpfungsgliedes 16 setzt Eins nach jedem Kl- und D2-Impuls zunimmt. Mi

den Zähler 17 auf Null zurück und speichert einen anderen Worten, es werden η Codierertaktimpulst

Zählstand »drei« im Zähler 18. Es werden nunmehr unterdrückt zwischen η und η + 1 nichtlinearer

drei Codierertaktimpulse benötigt, um eine logische Ausgangs- oder compandierten Impulsen, wobei die

»0« am Ausgang A1 des Vergleichers 12 zu erzeu- io Anzahl der unterdrückten Codierertaktimpulse gleich

gen, und zwei Codierertaktimpulse werden auf diese der Anzahl der compandierten Impulse ist, die zuvoi

Weise unterdrückt. Nach dem nächsten logischen dem Ausgangsregister zugeführt wurden. So werder

»O«-Ausgangssignal A1 vom Vergleicher 12 werden progressiv weniger und weniger Abtastungen arr

drei Taktimpulse unterdrückt, usw. Es wird dnrauf Ausgang des Vergleichers abgenommen, wenn die

hingewiesen, daß die Anzahl der Codierertakt- 15 Größe des Bezugssignals auf den maximalen Wen

impulse, die während der Impulsintervalle zwischen ansteigt. Ein Quantisierungsverhalten, welches sich

X2-Ausgangsimpulsen unterdrückt werden, gleich einem idealen Verhalten nähert, wird dadurch

der Anzahl der JT2-Impulse ist, die zuvor während erhalten.

der Bildung des Codewortes übertragen worden sind. Zusammenfassend hat der vorliegende Codierei Dieser Prozeß hält an, bis die Größe des Sägezahn- 20 ein Compandierungsverhalten mit einem linearer Bezugssignals entweder gleich der Größe des Ein- und einem nichtlinearen Abschnitt, die sich an einerr gangssignals ist oder dieses übersteigt und der Co- Punkt schneiden, welcher für eine gegebene Über dierer zurückgesetzt wird, wie zuvor beschrieben. tragungsanwendung leicht einstellbar ist. Der Co-Die Taktimpulsquelle 2 ist so gewählt, daß nur die dierer arbeitet sequentiell mit Pegelelimination unc erforderliche Gesamtzahl der Quantisierungspegel 35 verwendet eine gesamtdigitale Schaltung mit Auserzeugt wird in der Zeit zwischen den Eingangs- nähme des Sägezahngenerators, welcher einfachei proben oder Abtastungen Wenn daher die Gesamt- in Analogschaltungstechnik hergestellt werden kann anzahl der Pegel erzeugt ist und das Sägezahnsignal Für Eingangssignale mit kleinerer Größe bestehl noch immer nicht dem Eingangssignal gleichkommt, keine Pegelelimination, eine solche wird erst mil setzt das Abtast- und Haltenetzwerk 1 alle Zähler s^üÄ^nder Größe des Eingangssignals eingeführt zurück, nachdem das Codewort »alle Einsen« (ent- Das Ausgangscodierungswort wird direkt in dei sprechend dem maximalcu Pegel) während dei A'u- Siandardbinänorm im Ausgangszähier gebildet. Beim tastzeit übertragen worden ist. Codieier werden nur solche logischen Geschwindig-Der Pegeleliminationsprozeß kann vielleicht an keiten benötigt, die innerhalb der Möglichkeiten vor Hand eines numerischen Beispieles besser verstanden 35 kommerziell verfügbaren logischen Bauteilen beim werden. Wenn beispielsweise der erste lineare Ab- heutigen Stand der Technik sind. Die Einfachheil schnitt so bestimmt worden ist, daß er 62 Codierer- des vorliegenden Codierers und seine geringen Hertaktimpulse enthält, dann würde der 63. Codierer- Stellungskosten machen seine Verwendung für jede taktimpuls Information dem Ausgangszähler 7 zu- Leitung in einem Übertragungssystem attraktiv, welführen. Der 64. Codierertaktimpuls würde unter- 40 dies nichtsynchrone Linien aufweist, wobei frühere drückt, und der 65. Codierertaktimpuls würde Infor- Codierer nicht eingesetzt werden konnten ohne die mation an den Ausgangszähler liefern. Die 66. und Verwendung von Puffer- und Ts Λ- und Verknüp-67. Codierertaktimpulse wurden dann unterdrückt, fungsschaltungen. Ferner waren die Kosten für einen und der 68. Codierertaktimpuls würde erneut Infor- individuellen Codierer für jede Leitung ziemlich mation zur Bildung eines Ausgangswortes in dem 45 hoch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3539

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. KompandiereiKler Analog-Digital-Codierer mit folgenden Merkmalen:

   ein Vergleicher (4) besitzt einen ersten, mit einer Bezugssignalquerie (3) verbundenen, Eingang und einen /weiten, mit den Abtastwerten des eodierenden analogen Hingangssignals verbundenen Eingang: eine Cudierertaktquelle (2) gibt mit vorsenebener Geschwindigkeit Aussianasimpulse ab":

   ein erster Zahler (7j zählt die Impulse der Codierertaktquelle (2). wenn die Größe des ^I;> Abiastwertes des analogen Eingangssignals die Große des Bezugssignais übersteigt, um ein Codewort zu bilden;
   g e k e .ι ι ζ e i c h η e t durch die Kombination: eine erste Impulsschaliun« (8) verbindet di·.· Codierertaktquelle (2) und den ersten Zahler (7) um eine vorbestirnmte maximale Anzahl \iin in gleichmäßigem Abstand liegende! Impulsen von der Cndierertaktquelle (2) ^Z3 an den ersten Zähler 17) /u übertragen; nachdem die vorgegebene maximale Anzahl von in gleichmäßigem Abstand liegenden CodierertaktimpiiKen von der ersten Impulsschaltung (8) abgegeben ist, liefert eine zweite Imnulssehaltuni:, 15) an den ersten Zähler (7) in ungleichen Abständen liegende Impulse, wobei der Abs.and zwischen jeweils benachbarten Impulsen progressiv zunimmt, und zwar in vorbestimmter Weise in bezug auf den gleichförmigen Abstand der von der Codierertaktquelle abgegebenen Impulse;

   eine Verknüpfungsschaltung (5) besitzt Eiingangsverbindungen von den ersten und zweiten Impulsschaltungen (8, 15) und dem Vergleicher (4) und dient zum Anhalten des ersten Zählers (7) unter der Steuerung der Amplitude des Analogsignals, nachdem eine variable Anzahl von Impulsen von der Codierertaktimpulsquelle (2) an den ersten Zähler (7) übertragen worden ist, um das Ausgangscodewort unter der Steuerung des ersten Zählers zu bilden und den Codierer rückzusetzen.
2. 2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Impulsschaltung (15) in ungleichen Abständen liegende Impulse liefert, die progressiv das Abstandsintervall zwischen jeden der Impulse in einer arithmetischen Progression vergrößern.
3. 3. Codierer nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

   die erste Impulsschaltung (8) besitzt erste (9) und zweite (10) Verknüpfungsglieder und einen zweiten Zähler (ti), wobei die erste Verknüpfungsschaltung einen ersten Eingang aufweist, der mil der Codierertaktimpulsquelle verbunden ist, und einen zweiten Eingang, der mit einem ersten Ausgang der zweiten Verknüpfungsschaltung verbunden ist, wobei ferner dsr Ausgang des ersten Verknüpfunesaliedes mit dem Eingang des ersten Zählers verbunden ist und die Ausgänge des zweiten Zählers mit den Eingängen des zweiten Verknüpfungsgliedes verbunden sind; ein drittes Verknüpfungsglied (14) besitzt einen ersten Eingang, der mit der Codierertakiquelle verbunden ist. und einen zweiten Eingang, der mit einem zweiten Ausgang des zweiten Verknüpfungsgliedes verbinden ist; die zweite Impulsschaltung (15) besitzt ein viertes Verknüpfungsglied (16). einen dritten (17) und einen vierter (18) Zähler sowie eine zweite Comparatorschaltung (12), welche einen ersten Eingang des vi.rten Verknüpfungsgliedes mit einem ersten Ausgang des dritten Verknüpfungsgliedes verbindet, ein zweiter Ausgang des dritten Verknüpfungsgliedes (14) ist mit einem eisten Eingang des dritten Zählers (17) verbunden, die Ausgänge des dritten und vierten Zählers (17,"l8f sind mit den Eingängen des zweiten Vergleichers (12) verbunden und der Ausgang des zweiten Vergleichers (12) ist mit einem zweiten Eingang des vierten Verknüpfungsgliedes (16) verbunden, um ein compandiertes Impulsausgangssignal zu schalten.
4. 4. Codierer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende weiteren Merkmale:

   der Ausgang des vierten Verknüpfungsgliedes (16) ist mit den dritten und vierten Zählern (17, 18) verbunden und dient zur Rücksetzung des zweiten Zählers und zur Steigerung des Zählendes im vierten Zähler um Eins:

   ein fünftes Verknüpfungsglied (6) besitzt einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des ersten Verknüpfung^liedes verbunden ist und einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des vierten Verknüpfungsgliedes verbunden ist;

   ein erster Ausgang des fünften Verknüpfungsgliedes ist mit dem ersten Zähler zur Bildung des gewünschten Ausgangsbinärwortes direkt in dem ersten Zähler verbunden: ein sechstes Verknüpfungsglied (5) besitzt einen ersten Eingang, der mit einem rweiten Ausgang des fünften Vcrknüpfungsgliedes verbunden ist und einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Comparators verbunden ist;

   der Ausgang des sechsten Verknüpfungsgiicdes ist mit der Quelle der Bezugssignale (3), dem ersten Zähler und den zweiten, dritten und vierten Zählern verbunden, um die Quelle der Bezugssignale, den ersten Zähler, den zweiten, dritten und vierten Zähler jedesmal dann zurückzusetzen, wenn das Bezugssignal gleich den Abtastwerten des Eingangssignals ist oder diese übersteigt.