DE2354599C3 - Schätzwertbildner für einen Codierer für Differenz-Pulscodemodulation - Google Patents

Description

Abtasi-Haltc-Cjlieder realisiert sein, sofern die !lernen ic zur Durchführung anihnieiiseher Operationen in Analogteehnik realisiert sind. Sie können als bistabile Kippstufen oder beispielsweise als MOS Schieberegi Mer ausgebildet sein, sofern die Klenn-nte /ur Durchfuhrung arithmetischer Operationen in Digitaltechnik realisiert sind.

Beim Systementwurf oder bei der AnaKse eines Schätzwertbildner benutzt man die \ Erstellung, die arithmetischen und eventuellen logischen Operationen und die Quantisierung würden in verschwindend kurzen Zeiträumen durchgeführt und die Ver/ögerungsclemente würden tatsächlich das zu verzögernde Signal zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang um ein oder mehrere Abtastintervalle verzögern. Anthmetisehe und logische Operationen und die Quantisierung können jedoch mit technischen Schaltungen nur in endlichen Zeiträumen durchgeführt werden. Andererseits brauchen Verzögerungselemente dann, wenn Abtastproben und nicht zeilkontinuierliche Signale /u verarbeiten sind, das zu verzögernde Signal zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang nicht exakt um ein oder mehrere Abtastintervalle /u verzögern. Man verwendet in diesem KaII als Verzögorungselemente Schieberegister, die mit einem Taktsignal von der frequenz angesteuert werden, mit der dem Onginalsignal die Abtastproben entnommen werden. Kurze Zeit, nachdem ein Taktimpuls dem Takteingang eines solchen Schieberegisters zugeführt worden iu. erscheint am Signalausgang des Schieberegisiers der nächstfolgende Si gnalwert. Diese kurze Zeit ist die i >henu>hmezei[ des Schieberegisters und den Bruchteil eines Abtastinter- \ alles lang. Während der restlichen Zeit eines Abtastmtervalles bleibt der Signalwert am Signalausgang des Schieberegisters gleichbleibend. Die restliche Zeit steht fur die Durchführung der arithmetischen und logischen Operationen und der Quantisierung zur Verfügung.

Bei der Realisierung von DPCM-Systemen ist die für diese Operationen und die Quantisierung zur Verfugung stehende Rechenzeit vielfach ein wichtiges Problem, z. B. bei der Verarbeitung von f'ernsehsignalen wegen der Höhe der Abtastfreqixnz. Das Problem tritt auf der VVendeseite in der aus dem Quantisierer 5. dem sendeseitigen Schätzwertbildner 8 und der Subtrahierschaltung 2 gebildeten geschlossenen Schleife auf. In bekannten Schaltungsanordnungen werden während des Zeitraumes· eines Abiasiinlervallcs in dieser Schleife die folgenden Operationen der Reihe nach durchgeführt:

Subtraktion des Schätzwertes vom Abtastwert in der Subtrahierschaltung 2, Quantisierung des Schätzfehlers im Quantisierer 5. Berechnung des Schj.:zwertes im Schätzwertbildner 8 im einzelnen mit Übernahmezeit eines oder mehrerer Schieberegister und Rechenzeit für die arithmetischen und logischen Operationen, und eventuell Digital-Analog-Umsetzung des Schätzwertes im Digital-Analog-Umsetzer 4. In der Summe tritt die Übernahmezeit der Schieberegister im Regelfall nur einfach auf.

Schätzwertbildner bilden Schätzwerte, indem sie zeitlich früher zugeführte quantisierie Schätzfehler geeignet kombinieren.

Üblicherweise trägt bei der Berechnung eines Schätzwertes der zu einer Abtastprobe des zu übertragenden Signals gehörige q'iantisierte Schäl/fehler zum Schätzwert für die zeitlich direkt nachfolgende Abtastprobe und zu den zeitlich später folgenden Schatzwerten bei.

In manchen f-'ull.-n jedoch trägt er frühestens zum Schatzwert fur die übernächst nachfolgende Abiastprobe bei. Beispiele fur solche Schätzwertrechner sind aus den »Proceedings of the 1972 International Conference on Communications«. Philadelphia. Pa.. V.St.Α.. 19. bis Jl. Ium 1972 bekannt.

Die Anwendung der dort beschriebenen Schätzwertbildner gestattet es. auf die iiber den digitalen Übertragungskanal 7 übertragenen Codeworte das punktverschachtelte Bildwiederholverfahren anzuwenden.

Bei bekannten Schaltungen dieser Art werden die arithmetischen Operationen zur Bildung eines Schatzwertes zum Teil in denjenigen Abtastintervallen durchgeführt, in denen die zu dem Schätzwert beitragenden quantisierten Schätzfehler dem Schätzwertbildner zueefuhrt werden, und zum übrigen Teil in demjenigen Abtasiintervall. in dem der Schätzwert von der Abtastprobe des Originalsignals subtrahiert wird.

Nach dem Hauptpatent ist es vorteilhaft, wenn die Schätzwertbildung mit einer Verzögerung beginnt und mit einer Verzögerung endet.

Denn wenn diese beiden \ erzogerungen. welche durch Schieberegister realisiert sind, an ihrem faktein gang zur gleichen Zeit einen Taktimpuls erhalten, wird der am Eingang des Schatzw ertbildners anliegende quantisierie Schatzfehler unverzüglich, in ein Schieberegister eingehen und am Ausgang des .Schätzwertbild ners steht nach tier kurzen Übernahmezeit des Schieberegisters der Schatzwert an. Auf diese Weise sind wahrend des Zeitraumes eines Abtastintervalles in der aus dem Quantisierer 5. dem sendeseitigen Schätzwertbildner 8, dem eventuell vorhandenen Digital-Analog-Umsetzer 4 und der Subtrahierschaltung 2 gebildeten geschlossenen Schleife nur eine Quantisierung, eine Subtrahierung, eventuell eine Digital-Analog-Umsetzung und die Übernahme durch ein Schieberegister durch/ufuhen. Alle sonstigen arithmetischen und logischen Operationen zur Schätzwertbildung werden 1111 Ciegensatz zu älteren bekannten Verfahren dazu parallel durchgeführt

Ausgehend von bekannten Algorithmen zur Schätzwertbildung können erfindungsgemäße Algorithmen zur Schatzwertbildung, die mit einer Verzögerung beginnen und mit einer Verzögerung enden, gefunden werden, indem die bekannten Schaltungen entsprechend den Regeln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktoren von Bewertungsmultipli/ierern so verändert werden, daß sie mit einer Verzögerung beginnen und mit einer Verzögerung enden.

Dabei erhöht sich im allgemeiner, der Aufwand für Verzögerungselemente, weil entweder deren Anzahl sich erhöht oder zusätzliche Abgriffe angebracht werden müssen. Dieser Mehraufwand ist der Preis für die Gewinnung von Rechenzeit.

Da sich dabei jedoch die Anzahl der in der Realisie rung aufwendigen Bewertungsmultiplizierer nicht erhöht, ist es vorteilhaft, bei der Suche nach neuen erfindungsgemäßen Schätzwertbildnern, die mit je einer Verzögerung beginnen und enden, von bekannten Al-'"orithmen auszugehen, die eine minimale Anzahl von BewertungsmuItiplizierern benötigen.

Die Algebra der Blockschaltbilder ist aus dem Buch von M er/, »Grundkurs der Regelungstechnikc, 2. Auflage. Verlag Oldenbourg. 1%4, bekannt.

Im Hauptpatent sind Ausführungsbeispiele zu Schätzwertbildnern angegeben, die mit je einem Verzögerungselement beginnen und enden.

Aufgabe der Erfindung isi es. ein weiteres besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines derartigen Schätzwertbildners anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste Addierschaltung vorgesehen ist. deren erster Eingang über ein erstes Ver/ögerungsele· ment mit dem Schätzwcribildnereingang und deren Ausgang über ein zweites Verzögerungselement, einen ersten Bewertungsmultiplizierer und ein drittes Verzögerungselement mit deren zweiten Eingang verbunden sind, daß eine zweite Addierschaltung vorgesehen ist. deren ersten Eingang mit dem Ausgang des ersten Bewertungsmultiplizierers verbunden ist, daß eine dritte Addierschaltung vorgesehen ist. deren erster Eingang mit dem ersten Eingang der ersten Addierschal· tung. deren zweiter Eingang über ein viertes Verzögerungselement mit dem Ausgang der /weiten Addierschaltung und deren Ausgang über ein fünftes Verzögerungselement und einen zweiten Bewertungsmultiplizierer mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung verbunden sind, daß eine vierte Addierschal· tung vorgesehen ist, deren erster Eingang mit dem Ausgang der zweiten Addierschaltung und deren Ausgang über ein sechstes Verzogerungselement nut dem Schätzwertbildnerausgang verbunden sind und daß eine fünfte Addierschaltung vorgesehen ist. deren erster Eingang mit dem ersten Eingang der ersten Addierschaltung, deren zweiter Eingang über ein siebentes Verzögerungsclement mit dem Schätzwcrtbildnerausgang und deren Ausgang über einen dritten Bewertungsmultiplizierer mit dem zweiten Eingang der vierten Addierschaltung verbunden sind.

Bei dieser Lösung wird von einem Schätzwertbildner nach einem anderen Vorschlag ausgegangen, der an Hand der F i g. 2 beschrieben wird. Dieser enthält Addierschaltungen 11 bis 15. Verzögerungselcmente 16 bis 18 und Bewertungsmultiplizierer 19 bis 21.

Der Schätzwertbildner nach F i g. 2 läßt sich in ein erstes 11. 16. 19, zweites 12, 13. 17. 20 und drittes 14. 15, 18. 21 Filter zerlegen. Das Eingangssignal des ersten Filters ist der über den Schätzwertbildnereingang 6 zugeführte quantisierte Schätzfehler. Das Ausgangssignal des ersten Filters ist die um eine Zeilendauer minus ein Abtastintervall verzögerte und mit dem Bewertungsfaktor 0,5 multiplizierte Summe aus dem quantisierten Schätzfehler und dem Ausgangssignal des ersten Filters selber. Die Eingangssignale des zweiten Filters sind das Ausgangssignal des ersten Filters und der quantisierte Schätzfehler. Das Ausgangssignal des zweiten Filters ist die um eine Zeilendauer plus ein Abtastintervall verzögerte und mit dem Bewertungsfaktor 0.5 multiplizierte Summe aus dem quantisierten Schätzfehler und dem Ausgangssignai des zweiten Filters selber zuzüglich des Ausgangssignals des ersten Filters. Die Eingangssignale des dritten Filters sind das Ausgangssignal des zweiten Filters und der quantisierte Schätzfehler. Das Ausgangssignai des dritten Filters ist die um zwei Abtastintervalle verzögerte und mit dem Bewertungsfaktor 0.75 multiplizierte Summe aus dem quantiisierten Schätzfehler und dem Ausgangssignai des zweiten Filters. Das Ausgangssignal des dritten Filters ist identisch mit dem Schätzwertbildnerausgangssignal.

Ein Nachteil des Schätzwertbildners nach F i g. 2 besteht in manchen Anwendungsfällen darin, daß nach Zuführen des quantisierten Schätzfehlers an den Schätzwertbildnereingang 6 nacheinander drei Zeitdauern für je eine Addition und die Übernahmezeit eines Flip-Flops (Verzögerungselement) vergehen, bevor der Schätzwert für das nächste Abtastintcrvall am Schätzwertbildnerausgang erscheint. Die Multiplikationen mit 0,5 in dem ersten 19 und zweiten 20 Bewertungsmultiplizierer geschehen verzögerungsfrei, wenn sie in bekannter Weise in der digitalen Schaltungstechnik ohne Bauelemente durch reine Verdrahtung realisiert werden.

Rir die praktische Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das erste Ver/.ögcrungsclenient, das

ίο sechste Verzögerungselemenl und das siebente Ver· zögeriingselcment je eine Verzögerungszeit der Dauer eines Abtastintervalle«» aufweisen, wenn das zweite Verzögerungselement eine Verzögerungszeit der Dauer eine Zeile minus dreier Abtastintcrvallc aufweist, wenn das dritte Verzögerungselemenl und das vierte Verzogerungselement je eine Verzögerungszcit der Dauer zweier Abtastintcrvalle aufweisen, wenn das fünfte Verzögerungselement eine Verzögerungszeil der Dauer einer Zeile minus eines Abtastintervallcs aufweist, wenn der erste Bewertungsmulliplizierer und der zweite Bewertungsmultiplizierer je einen Bewertungsfaktor 0,5 aufweisen und wenn der dritte Bewertungsmultiplizierer einen Bewertungsfaktor von 0,75 aufweist.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Der Schätzwertbildner nach F i g. 3 enthält die Addierschaltungen 11 bis 15. Verzögerungselemcnte 22 bis 28 und die Bewertungsmultiplizierer 19 bis 21.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 3 ist die folgende.

Der Schätzwertbildner nach F i g. 3 läßt sich in das erste Verzogerungselement 22 und in ein viertes 11, 23. 19. 24. fünftes 12. 25. 13, 26, 20 und ein sechstes 14. 27.

28,15,21 Filter aufteilen.

Das Eingangssignal des vierten Filters ist der um ein Abtastintervall verzögerte quantisierte Schätzfchler. Sein Ausgangssignal ist die um eine Zeilendaucr minus dreier Abtastintervalle verzögerte und mit 0,5 multipli zierte Summe aus dem Eingangssignal und dem um zwei Abtastintervalle verzögerten Ausgangssignal des ersten Filters selber. Die Eingangssignaie des fünften Filters sind das Ausgangssignal des vierten Filters und der um ein Abtastintervall verzögerte quantisierte Schätzfehler. Sein Ausgangssignal ist die um eine Zeilendauer minus ein Abtastintervall verzögerte und mit dem Bewertungsfaktor 0,5 multiplizierte Summe aus dem um ein Abtastintervall verzögerten quantisierten Schätzfehler und dem um zwei Abtastintervalle verzögerten Ausgangssignal des fünften Filters selber zuzüglich des Ausgangssignals des vierten Filters. Die Eingangssignale des sechsten Filters sind das Ausgangssignal des fünften Filters und der um ein Abtastintervall verzögerte quantisierte Schätzfehler. Das mit dem Schätzwertbildnerausgangssignal identische Ausgangssignal des sechsten Filters ist die um ein Abtastintervall verzögerte und mit 0,75 multiplizierte Summe aus dem um ein Abtastintervall verzögerten Ausgangssignal des sechsten Filters selber und dem um ein Abtastintervall verzögerten quantisierten Schätzfehler zuzüglich des um ein Abtastintervall verzögerten Ausgangssignals des fünften Filters.

Das vierte, fünfte und sechste Filter führen im Prinzip die gleichen Operationen wie das erste, zweite bzw.

dritte Filter in dem Schätzwertbildner nach F i g. 2. lediglich in anderen Zeitlagen, durch.

Auf diese Weise werden zur Bildung eines Schätzwertes letztlich die Bildpunktwertc von sechs vorangc-

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gangenen Biklpiinklcn nut unterschiedlichen <,e«i,h- u;-d mit einem Yet/ogerungselement endet, so dall der

ten verwendet. Von diesen sechs liildpunkten hefen n.ichste Sch.it/ueit um nur die ! ibcrnahmc/eit eines

einer in derselben, drei in der vorangegangenen HiId- ΙΊιρ-ΙΊι-ps (Ver/ogcnmgselement) nach der tlberiiiih-

_/c;|_t, me des qu.mtisierteti Sch:il/Iehlers in das erste Vcr-

I.in besonderer Vorteil dieses S₁ h.it/w ertbiklriers s /ogerungselemenl 22 \ ei zogen am Schal/u eribildner-

nach I ι μ. 3 besteht dann, d.ili die Hcechnung des ausgang 5 ei scheint.
Schatzwertes mn einem \ cr/ngening-ek :n<:nl beginnt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schätzwertbildner für einen Codierer fur DifferePz-Pukcodemodul.iiion, bei dem Elemente zur Ausführung arithmetischer und gegebenenfalls logischer Operationen und aus digitalen oder analogen Schieberegistern bestehende Verzögerung selcmente verwendet werden, deren Verzögerungszeit ein Abtastintervall oder ein gan//ahliges Vielfaches eines Abtastintervalls beträgt, bei dem jeder quantisierte Schätzfehler frühestens /u dem Schiit/wert beiträgt, der im zeitlich übernächst nachfolgenden Abtastintervall verwendet wird, und bei dem die Schät/wertbildung mit einer Verzögerung beginnt '5 und mit einer Verzögerung endet, nach Hauptpatenit P 22 öO 2M. dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Addierschaltung (11) vorgesehen ist. deren erster Eingang über ein erstes Ver/ögerungselement (22) mit dem Schätzwertbildnereingang (6) und deren Ausgang über ein zweites Ver/ögerunjiselement (23). einen ersten Bewenungsmultip!izii:rer (!9) und ein drittes Verz.ögerungselement (24) mit deren zweiten Eingang verbunden sind, daß eine zweite Addierschaltung (12) vorgesehen ist. deren ersten Eingang mit dem Ausgang des ersten Bewertungsmultiplizierers (19) verbunden lsi. daß eine dritte Addierschaltung (13) vorgesehen ist. deren er ster Eingang mit dem ersten Eingang der ersten Addierschaltung (11), deren zweiter Eingang über ein viertes Verzögerungselement (25) mit dein Ausgang der /weiten Addiersehallung (12) und deren Ausgang über ein fünftes Verzögerungselement (26) und einen zweiten Bewert .ngsmultipliziercr (20) mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschallung (12) verbunden sind, daß eine vierie Addierschaltung (14) vorgesehen ist. deren erster Eingang mit dem Ausgang der zweiten «\ddierschaliung (12) und deren Ausgang über ein sechstes Verzögerungselement (27) mit dem Schätzwertbildnerausgang (3) verbunden sind und daß eine fünfte Addierschaltung (15) vorgesehen ist. deren erster Eingang mit dem ersten Eingang der ersten Addierschaltung (11). deren zweiter Eingang über ein siebentes Verzögerungselement (28) mit dem Schätzwertbildnerausgang (3) und deren Ausgang über einen dritten Bewertungsmultiplizierer (21) mit dem zweiten Ein gang der vierten Addierschaltung (14) verbunden sind.

2. Schätzwertbildner nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ver/ögerungselement (22). das sechste Verzögerungselement (27) und das siebente Verzögerungselement (28) je eine Verzögerungszeit der Dauer eines Abtastintervalles aufweisen, daß das zweite Verzögerungselement (23) eine Verzögerungszeit der Dauer einer Zeile minus dreier Abtastintervalle aufweist, daß das dritte Ve^rzögerungselen.ent (24) und das vierte Verzögerungselement (25) je eine Verzögerungszeit der Dauer zweier Abtastintervalle aufweisen, daß das fünfte Verzogerungselement (26) cmc Verzöge rungszeit der Dauer eine Zeile minus eines Abtastintervalles aufweist, daß der erste Bewerungsmultiplizieroi (IS) und der /weite Bewertungsiuiltipli/ierer (20) je einen Bewertungsfaktor 0.5 aufweisen und daß der dritte Bewertun.ismultiplizicrer (21) einen Bewertungsfaktor von 0.75 aufweist

Die Erfindung betrifft einen Schätzwertbildner für einen Codierer fur Differenz-Piilseodemodulaiion. bei dem Elemente zur Ausführung arithmetischer und ge gebenenfalls logischer Operationen und aus digitalen oder analogen Schieberegistern bestehende Verzögerungselemente verwendet werden, deren Verzögerungszeit ein Abtastintervall oder ein ganzzahhges Vielfaches eines Abtastintervalls beträgt, bei dem jeder quantisierie Schätzfehler frühestens zu dem Schätzwert beiträgt, der im zeillich übernächst nachfolgenden Abtastintervall verwendet wird, und bei dem die Schätzwertbildung mit einer Verzögerung beginnt und mit einer Verzögerung endet.

Die Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) wird vorzugsweise dort angewendet, wo ein elektrisches Analogsignal oder ein Digitalsignal hoher Bitrate in ein Digitalsignal niedriger Bitrate umgesetzt wird. Das Prinzip der DPCM i'.t beispielsweise aus den »Proceedings of the 1^72 International Conference on Communications«. Philadelphia. Pennsylvania, V.St.A.. 19. bis 21.6.1972 bekannt.

Das Wesentliche eines insbesondere fur die lernseh übertragungstechnik geeigneten Übertragungssystems für DPCM ist in F i g I gezeigt. Die Anordnung enthält einen Systemeingang 1, eine Subtrahierschaltung 2, einen Digital-Analog-Umsetzer 4. einen Quantisierer 5, einen digitalen Übertragungskanal 7, einen sendeseitigen Schätzwertbildner 8 mit Schätzwertbildnereingang 6 und Schatzwertbildnerausgang 3. eine empfangsseitige Deciidierschaltung 9 und einen Systemausgang 10.

Die Amplitudenwertc der Abtastproben eines zu übertragenden Originalsignals werden über den Systemeingang I dem positiven Eingang der Subtrahier schaltung 2 zugeführt, deren negativem Eingang Schätzwerte zugeführt werden und deren Ausgang Schäl/fehler an den Eingang des Quantisierers 5 weiterleitet Der Ausgang des Quantisiercrs 5 gibt quantisierie .Schätzfehler sowohl über den Schätzwertbildnereingang 6 an den Eingang des sendcseitigen Schätzwertbildners 8 als auch an den Eingang des digitalen Übcrtragungskanals 7 ab. Der sendeseitige Schätzwertbildner 8 führt uber den Schätzwertbildnerausgang 3 dem negativen Eingang der Subtrahierschaltung 2 Schätzwerte zu.

Sofern die über den Systemeingang 1 einlaufenden Amplitudenwertc des Originalsignals durch analoge Spannungswerte und die den sendeseitigen Schätzwertbildner 8 verlassenden Schätzwerte digital dargestellt sind, ist zwischen Schätzwertbildnerausgang 3 und dem negativen Eingang der Subtrahierschallung 2 der Digital-Analog-Umsetzer 4 erforderlich. Andernfalls entfällt dieser.

Die über den digitalen Übertragungskanal 7 übertragenen quantisierten Schätzfehler werden der einpfangsseitigen Decodierschaltung 9 zugeführt, welche das decodierte Signal über den Systemausgang 10 zut weiteren Verarbeitung abgibt.

Die Erfindung bezieht sich auf den sendeseitiger Schätzwertbildner 8. Schätzwertbildner bestehen vor zugsweise aus Elementen zur Durchführung arithmeti scher Operationen wie Addition, Subtraktion, Multipli kation mit einem Bewertungsfaktor und aus Verzöge rungselemente. welche mit Schieberegistern realisier sind. Zusätzlich können Elemente zur Durchführung Io gischcr Operationen vorhanden sein. Die Verzöge rungszeiten der Verzögerungselemente snd ein Ab tastintervall oder ein ganz/ahliges Vielfaches eines Ab tastintersalles. Die Ver/ögerungselemcnte können al«