DE2422926C3 - Schaltungsanordnung zum Umwandeln von PCM-Mustern eines Informationssignals in Pulscodegruppen, die Änderungen der augenblicklichen Größe des Informationssignals kennzeichnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer Folge mit einer gegebenen

Abtastfrequenz auftretender, die augenblickliche Größe eines Informationssignals kennzeichnender digital kodierter Informationssignalmuster (PCM-Worte) in eine Folge mit einer auf die genannte Abtastfrequenz bezogenen Hilfsabtastfrequenz auftretender, die Ande-

rungen der augenblicklichen Größe des Informationssignals kennzeichnender Pulscodegruppen.

Derartige Schaltungsanordnungen können beispielsweise in Fernsprechsystemen angewandt werden, in denen über bestimmte Übertragungswege das Fernsprechsignal in Form von PCM-Worten und über andere Übertragungswege in Form der genannten Pulscodegruppen übertragen wird. Bei derartigen Schaltungsanordnungen muß dem Signalquantisierungsrauschverhältnis, das durch jede Umwandlung

beeinträchtigt wird, besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Es ist daher vorteilhaft, die PCM-Worte des Informationssignals unmittelbar in die genannten Puiscodegruppen umzuwandeln, d. h. ohne Hilfe eines aus diesen PCM-Worten hergeleiteten analogen Hilfsinformationssignals.

Es ist bereits bekannt, für diese Direktumwandlung aus den PCM-Worten eine Folge im Takte der PCM-Worte auftretender Differenzsignalmuster herzuleiten, die je, beispielsweise mit Hilfe eines sogenannten »binary rate multiplier«, in eine Pulscodegruppe umgewandelt werden, welche die Größe des Differenzsignalmusters kennzeichnet und aus einer genau gewählten Folge einer gegebenen Anzahl binärer impulse besteht.

Auch ist es bekannt, die Pulscodegruppen dadurch zu erzeugen, daß in einer Vergleichsanordnung die Größe des PCM-Wortes mit der Größe einer Bezugsspannung verglichen wird. Die Pulscodegruppen werden dabei durch eine Anzahl binärer Impulse gebildet, die im Takte eines Taktimpulsoszillators der Vergleichsanordnung entnommen werden und die je die Polarität des Unterschiedes in der Größe zwischen dem PCM-Wort und der Bezugsspannung angeben. Diese Impulse werden dabei zugleich zum Erzeugen der Bezugsspannung benutzt, bei der sich wenigstens die Größe bei konstantem Wert des Eingangssignals im Takte des Taktimpulsoszillators ändert.

Diese bekannte SchaUungsanordnungen bieten außer der Möglichkeit einer vollständigen digitalen Aushilft? dung den wesentlichen Vorteil, daß durch eine geeignete Wahl der Folge binärer Impulse in den Pulscodegruppen das analoge Informationssignal daraus auf sehr einfache Weise rückgewonnen werden

cant», beispielsweise mit Hilfe eines einfachen integrierenden Netzwerkes. Bei diesen Anordnungen müssen jedoch einerseits Pulscodegruppen angew andt werden, die aus einer Vielzahl von Impulsen aufgebaut sind, so daß diese Schaltungsanordnungen daher eine sehr hohe Taktfrequenz von beispielsweise einigen Hundert kHz erfordern, während andererseits durch diese Schaltungsanordnungen starke nichtlineare Verzerrungen eingeführt werden.

Die Erfindung bezweckt nun, eine andere Konzeption einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch Vermeidung der obengenannten Nachteile und unter Beibehaltung der Vorteile sowie durch die Flexibilität in der Verwendung von den obenstehend beschriebenen Anordnungen unterscheidet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist dazu das Kennzeichen auf, daß sie mit einer Reihenschaltung aus einem digitalen Filter und einer Deltapulscodemodulationsanordnung versehen ist, welches Filter mit einem Eingangskreis und einem Ausgangskreis, sowie mit einer zwischen diesen Kreisen liegenden Verzögerungsanordnung versehen ist, die durch Taktimpulse gesteuert wird, die mit der genannten Hilfsabtastfrequenz auftreten, die ein ganzes Vielfaches der Abtastfrequenz für die Informationssignalmuster ist, welchem Eingangskreis die genannten Informationssignalmuster zugeführt werden, wodurch dieses Filter eine Folge äquidistanter Signalmuster erzeugt, die mit der genannten Hilfsabtastfrequenz auftreten, welche Folge von Signalmustern durch die genannte Folge von Informationssignalmustern und einer Anzahl jeweils zwischen zwei Informationssignalmustern hinzugefügter Hilfsmuster gebildet wird, die je eine augenblickliche Größe des Informationssignals kennzeichnen, in welcher Vorrichtung die Deltapulscodemodulationsanordnung mit einem Impulsmodulator und einem Rückkopplungskreis versehen ist, welcher Impulsmodulator einen Eingangskreis und einen Ausgangskreis enthält, sowie einen in diesen Eingangskreis aufgenommenen Differenzerzeuger mit einem ersten und einem zweiten Signaieingang, von denen der erste Signaleingang mit dem Ausgangskreis des genannten Filters gekoppelt ist und der zweite Signaleingang mit dem genannten Rückkopplungskreis verbunden ist, der zugleich mit dem Ausgangskreis des Impulsmodulators gekoppelt ist, welcher Impulsmodulator infolge der vom Filter erzeugten Signalmuster die genannten äquidistanten Pulscodegruppcn mit einer Frequenz erzeugt, die der Hilfsabtastfrequenz entspricht, welche Pulscodegruppen dem genannten Rückkopplungskreis zum Erzeugen eines Vergleichssignals zugeführt werden, welches Signal dem zweiten Signaleingang des Differenzerzeugers zugeführt wird.

Insbesondere werden die Pulscodegruppen durch Ein-Bit-PCM- Worte gebildet, wodurch der Anordnung eine Impulsreihe entnommen wird, deren Entstehungsart unter dem Namen Deltamodulation bekannt ist und von der jeder Impuls ausschließlich angibt, in welcher Richtung die augenblickliche Größe des Informations- do signals geändert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Fig.2 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach F ig. 1.

F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer Folge im Auftrittszeitpunkt die augenblickliche Größe eines Informationssignals kennzeichnender äquidisianter Informationssignalmuster in eine Folge äquidistanter Pulscodegruppen, die jeweils im Auftrittszeitpunkt Änderungen der augenblicklichen Größe des; Informationssignals kennzeichnen.

Diese Informationssignalmuster werden dabei der Schallungsanordnung in Form sogenannter PCM-W01-te zugeführt. Diese Worte, die je beispielsweise 8 Bits enthalten, stellen je eine quantisierte augenblickliche Größe des Informationssignals dar. In der Figur sind diese Worte durch x(n T) bezeichnet. Damit wird angegeben, daß die Informationssignalmuster in Zeitpunkten genommen sind, die ein ganzes Vielfaches der Abtastperiode T sind; d. h. in Zeitpunkten 1 = η Τ, wobei η ~ 0, 1, 2 .... In diesem Ausführungsbeispiel ist

die Abtastfrequenz I) = ψ entsprechend 8 kHz, was der

Frequenz entspricht, mit der PCM-Worte üblicherweise in einem Übertragungssystem von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden.

Damit durch diese Schaltungsanordnung unter weitgehender Vermeidung der Beeinflussung des Signal-Quantisierungsrauschverhältnisses und unte:r Vermeidung nichtlinearer Verzerrung aus den angebotenen PCM-Worten ausschließlich auf digitalem Wege die genannten Pulscodegruppen erzeugt werden, aus denen außerdem auf einfache Weise das ursprüngliche analoge Informationssignal rückgewonnen werden kann, ist nach der Erfindung die Schaltungsanordnung mit einer Reihenschaltung aus einem digitalen Filter 1 und einer Deltapulscodemodulationsanordnung 2 versehen. Dieses Filter ist dabei mit einem Eingangskreis 3 und einem Ausgangskreis 4 versehen. Dem Eingangskreis 3 werden die Informationssignalmuster x(n T) zugeführt, wodurch dieses Filter 1 eine Folge äquidistanter Signalmuste erzeugt, die mit einer gegebenen Hilfsabtastfrequenz /?, die ein ganzes Vielfaches (m)der Abtastfrequenz der Informationssignalmuster x(n T) ist, auftreten. Diese Folge von Signalmustern wird durch die genannte Folge von Informationssignalmustern x(n T) und jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Informationssignalmustern x(n T)und χ{/^π+ 0Ή eingefügten Hilfsmustern gebildet, die je eine augenblickliche Größe des Inforrnationssignals kennzeichnen.

In der Figur sind die ebenfalls mit 8 Bits kodierten Signalmuster am Ausgang des Filters 1 durch

T '"I

y(n T+ q T) bezeichnet. Darin ist T = — und m = γ.

Dieser Ausdruck bezeichnet, daß außer in den Auftrittszeitpunkten r= η T der Informationssignalmuster x(n T) an dem Ausgang des Filters 1 auch Signalmuster auftreten in Zeitpunkten, die um ein ganzes Vielfaches der Periode T später fallen, d. h. in Zeitpunkten f = nT+qT, wobei q = 0,1,2... m.

Die genannte Deltapulseodemodulationsanordnung 2 ist mit einem Impulsmodulator 5 und einem Rückkopplungskreis 6 versehen. Der Impulsmodulator 5 enthält einen Eingangskreis 7 und einen Ausgangskreis 8, sowie einen in diesen Eingangskreis aufgenommenen Differenzerzeuger 9, der mit einem ersten Signaleingang und einem zweiten Signaleingang ti versehen ist. Dabei ist der erste Signaleingang 10 mit dem Ausgangskreis des Filiers ί und der zweite Signaleingang !! mit dem Rückkopplungskreis 6 verbunden, der zugleich mit dem Ausgangskreis des Impulsmodulators 5 gekoppelt ist. Infolge der vom Filter 2 erzeugten und der Deltapulscodemodulationsanordnung zugeführten Signalnumer

erzeugt der Impulsmodulator 5 die äquidistanten Pulscodegruppen mit einer Frequenz, die der Hilfsabtastfrequenz Z₂ entspricht. Außer dem Ausgang 12 dieser Modulationsanordnung werden diese Pulscodegruppen dem Rückkopplungskreis 6 zum Erzeugen eines Vergleichssignals, das dem zweiten Signaleingang 11 des Differenzerzeugers 9 zugeführt wird, zugeführt.

In dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Deltapulscodemodulationsanordnung durch einen Deltamodulator gebildet. Der Eingangskreis 7 dieses Deltamodulators wird durch den Differenzerzeuger 9 gebildet, dessen Ausgangssignal als Steuersignal einem Schalter 13 zugeführt wird, der mit einem ersten Ausgang 14 und einem zweiten Ausgang 15 versehen und in den Ausgangskreis 8 aufgenommen ist. Außer diesem Schalter 13 enthält dieser Ausgangskreis 8 zwei Impulsregeneratoren 16 und 17, die an den ersten bzw. zweiten Ausgang des Schalters 13 angeschlossen sind.

Zum Erzeugen des Vergleichssignals ist der Rückkopplungskreis 6 mit einem als integrierendes Netzwerk wirksamen Vorwärts-Rückwärtszähler 18 versehen, der mit einem Vorwärtszähleingang 19 und einem Rückwärtszähleingang 20 versehen ist, welche Eingänge mit den Ausgängen der Regeneratoren 17 bzw. 16 verbunden sind. Der Ausgang des Zählers ist dabei an den Eingang 11 des Differenzerzeugers 9 angeschlossen, dem auf diese Weise ein durch den Inhalt des Zählers bestimmtes Vergleichssignal zugeführt wird.

Die Bits des Wortes im Zähler 18 können ebenso wie die der Muster y(n T + qV) in Reihe sowie parallel dem Differenzerzeuger 9 zugeführt werden. Aus diesem Grunde wird üblicherweise weder in den Figuren noch in der Beschreibung ein Unterschied zwischen Worten, deren zusammenstellende Bits in Reihe oder parallel benutzt werden, gemacht.

Außer dem Steuersignal, das dem Differenzerzeuger 9 entnommen wird, werden dem Schalter 13 über einen Phasendreher 24 zugleich die Ausgangsimpulse eines Impulsgenerators 21 zugeführt. Dieser Impulsgenerator enthält eine Reihenschaltung aus einem Taktimpulsgenerator 22 und einem Frequenzvervielfacher 23. Die Frequenz dieses Taktimpulsgenerators ist auf die Abtastfrequenz f\ der PCM-Worte x(n ^synchronisiert, und der Vervielfacher 23 multipliziert dabei die Frequenz /), mit der die Taktimpulse am Ausgang des Taktimpulsgenerators 22 auftreten, ebenfalls mit dem genannten Faktor m; beispielsweise mit einem Faktor m — 8, so daß der Deltamodulator mit einer Abtastfrequenz m f\ von 64 kHz betrieben wird bei einer Abtastfrequenz f\ der Informationssignalmuster x(n T) von 8 kHz. Der Phasendreher 24 ist dabei als Ausgleichselement für die Bearbeitungszeitverzögerung wirksam, die durch das digitale Filter 1 eingeführt wird. Durch Verwendung dieses Netzwerkes 24 wird erreicht, daß die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 21 ständig mit Signalmustern y(n T + q T) zusammenfallen.

Im beschriebenen Deltamodulalor gibt das Steuersignal am Ausgang des Differenzerzeugers 9 den Unterschied zwischen dem Signalmuster y(n T + q T) und dem Vergleichssignal an, dessen Größe durch den Inhalt des Zählers 18 bestimmt wird. Je nachdem ob dieses Vcrgleichssignal größer bzw. kleiner ist als die Größe des Musters y(n T + q T), entsteht ein Steuersignal negativer bzw. positiver Polarität, und in <\s Abhängigkeit davon werden die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 21 über den Ausgang 14 bzw. den Ausgang 15 und über die Impulsregeneratoren 16 und 17 dem Rückwärtszähleingang 20 bzw. dem Vorwärtszähleingang 19 des Zählers 18 zugeführt. Außer dem Vorwärtszähleingang 19 werden die am Ausgang 15 des Schalters 13 auftretenden Impulse der Ausgangsleitung

12 zugeführt. In diesem Deltamodulator nimmt insbesondere durch jeden Impuls am Vorwärtszähleingang 19 des Zählers 18 der Inhalt des Zählers und damit die Größe des Vergleichssignals um eine Einheit zu und durch jeden Impuls am Rückwärtszähleingang 20 um eine Einheit ab.

Die genannten Regeneratoren 16 und 17, die durch die Ausgangsimpulse des Netzwerkes 24 gesteuert werden, werden dabei zum Unterdrücken durch den Schalter 13 eingeführter Änderungen in der Amplitude, Dauer, Form bzw. im Auftritts-Zeitpunkt der dem Rückkopplungskreis 6 und der Ausgangsleitung 12 zuzuführenden Impulse verwendet.

Der beschriebene Rückkopplungskreis 6 neigt dazu, das Steuersignal am Ausgang des Differenzerzeugers 9 Null zu machen, wodurch das durch den Inhalt des Zählers 18 gekennzeichnete Vergleichssignal eine Annäherung des Eingangssignals y(n T + qT) bildet. Tritt beispielsweise ein Steuersignal negativer Polarität auf, so wird über den Schalter 13 der Ausgangsleitung 12 und dem Vorwärtszähleingang 19 des Zählers 18 ein Impuls zugeführt werden, und dadurch wird dem negativen Unterschied entgegengewirkt; umgekehrt wird bei einem positiven Steuersignal über den Schalter

13 der Ausgangsleitung 12 kein Impuls zugeführt, wohl aber dem Rückwärtszähleingang 20 des Zählers 18, und auf diese Weise wird dem Fortbestehen des positiven Unterschiedes entgegengewirkt. Im nachfolgenden wird vorausgesetzt, daß das Ausgangssignal des Deltamodulators aus »0«- und »l«-lmpulsen aufgebaut ist; dabei bedeutet eine »1« einen der Ausgangsleitung 12 und dem Vorwärtszähleingang 19 zugeführten Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 21 und eine »0« einen dem Rückwärtszähleingang 20 zugeführten Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 21.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Filter 1 durch ein sogenanntes nichtrekursives digitales Filter vom Tiefpaßtyp gebildet. Der Eingangskreis 3 dieses Filters wird durch einen Haltekreis für die Muster x(n Tj gebildet, beispielsweise in Form einer Triggerschaltung, wodurch das Ausgangssignal z(n T) dieses Haltekreises während der ganzen Periode Γ der Abtastfrequenz f\ den Wert des Musters x(n T) hat. Der Ausgangskreis 4 dieses Filters wird durch einen Akkumulator gebildet der durch Leseimpulse gesteuert wird, die durch die mil einer Frequenz m /Ί auftretenden Ausgangsimpulse de; Impulsgenerators 21 gebildet werden.

Wie in der Figur dargestellt, ist das Filter 1 weiter mii einem Verzögerungskreis in Form eines Schieberegisters 25 versehen, dem die Signalmuster z(n T zugeführt werden und das eine gegebene Anzahl beispielsweise N, Verzögerungsstufen 25(1)-25(N enthält. Jeder Verzögerungsstufe ist ein Multipliziere! 26( 1) — 26(N) zugeordnet, dessen Ausgang mit einen Eingang des Akkumulators 4 verbunden ist Di< Verzögerungszeit jeder Verzögerungsstufe wird durcl Schiebeimpulse bestimmt, in deren Rhythmus der Inhal der aufeinanderfolgenden Verzögerungsstufen weiter geschoben wird. Diese Weiterschiebeimpulse werdei dem Impulsgenerator 21 entnommen, dessen mit eine Frequenz m f\ auftretende Ausgangsimpulse dazu übe einen Phasendreher 27 den Verzögerungsstufe! 25(1)-25(W,)zugeführt werden. Dieser Phasendreher2 isl dabei zum Einstellen einer richtigen Phasenbezie

iung zwischen den Weiterschiebeimpulsen für das Schieberegister 25 und den Leseimpulsen für den Akkumulator 4 vorgesehen.

In diesem Filter wird auf übliche jeweils nach dem Auftritt eines Schiebeimpulses die in den aufeinanderfolgenden Verzögerungsstufen 25(1) — 25(N) gespeicherten binär kodierten Muster im den diesen Stufen zugeordneten Multiplizierern 26(1)-26(NJ mit binär kodierten Koeffizienten a_o-aN multipliziert und die Resultate dieser Multiplikationen im Akkumulator 4 addiert. Das auf diese Weise im Akkumulator gespeicherte Wort wird danach unter Ansteuerung eines Leseimpulses ausgelesen, wobei der Akkumulator gleichzeitig in die Nullstellung gebracht wird.

Das ausgelesene Wort wird als Signalmuster

(nT + q —j dem Deltamodulator 2 zugeführt.

Dem Ausgang des Akkumulators 4 wird auf diese Weise ein durch Muster gekennzeichnetes Signal entnommen, das eine gefilterte Version des durch die Informationssignalmuster x(n T) gekennzeichneten Informationssignals bildet.

Die Koeffizienten a* mit denen die in den Verzögerungsstufen gespeicherten Muster in den zugeordneten Multiplizierern multipliziert werden, werden dazu verwendet für das Filter die gewünschte Übertragungsfunktion zu realisieren. Für das in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Tiefpaßfilter vom sogenannten nicht rekursiven Typ können die Koeffizienten a, auf eine der bekannten Arten bestimmt werden, die dazu verfügbar sind; beispielsweise mit Hilfe der inversen z-Transformation oder der inversen diskreten Fourier-Transformation. Sind die Koeffizienten a, einmal bestimmt, so kann das nichtrekursive Filter als Anordnung betrachtet werden, die die Überlagerung der Eingangsmuster x(n T) mit einer Reihe von Signalmustern, die durch die Impulsübergangsfunktion des Filters bestimmt werden, durchführt.

Insbesondere bilden dabei die Koeffizienten a₀- a_N die Augenblickswerte der Impulsübergangsfunktion des

T
Filters in den Zeitpunkten I= r--; darin ist r = 0, 1, 2

... N. Das bedeutet, daß als Koeffizienten nicht nur die augenblicklichen Werte der Impulsübergangsfunktion in den Zeitpunkten f = η T, in denen die Muster x(n T) auftreten, genommen werden, sondern auch in den zwischenliegenden Zeitpunkten, die in regelmäßigen

Abständen— voneinander liegen. Es sei bemerkt, daß m

für ein ideales Tiefpaßfilter die Impulsübergangsfunktion durch eine Funktion der Form - * gegeben wird.

In dem auf diese Weise ausgebildeten nichtrekursiven digitalen Filter, in dem die Schiebefrequenz des

Schieberegisters auf einen Wert γ erhöht worden ist und eine dieser Frequenz entsprechend gewählte Lesefrequenz für den Akkumulator angewandt ist, sowie durch die Wahl der Filterkoeffizienten a, als Augenblickswerte der Impulsübergangsfunktion des Filters, wobei diese Augenblickswerte in Zeitpunkten ( = q auftreten, können die Muster y(nT ι q _ JaIs Muster des gefilterten analogen Informationssignal interpretiert werden, das mit einer Frequenz γ abgetastet ist. die um einen Faktor m höher ist als die Frequenz

j. mit der die Muster x(n T) des Informationssignals

auftreten.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß dem Deltamodulator Signalmuster in dem Takt zugeführt werden, der dem Takt entspricht, mit dem dem Schalter 13 Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 21 angeboten werden. Dieses Eingangssignal kann daher für die Wirkung des Deltamodulators als ein kontinuierliches Signal betrachtet werden, das auf die obenstehend beschriebene, für einen Deltamodulator kennzeichnende Art und Weise, die keine Signalverzerrung einführt, in Impulsgruppen umgewandelt wird, die der Ausgangsleitung 12 abge-

nommen werden und die im Takte —der Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 21 auftreten, welche Impulsgruppen außerdem aus nur einem Impuls bestehen, der entweder den Binärwert »0« oder den Binärwert »1« hat.

Aus der auf diese Weise erhaltenen Folge von »0«- und »1«-Impulsen kann auf bekannte Weise mit Hilfe einer einfachen Dekodierschaltung das durch die Signalmuster x(n T) gekennzeichnete analoge Informationssignal rückgewonnen werden; beispielsweise kann eine derartige Dekodierschaltung auf bekannte Weise durch einen Integrator gebildet werden, dessen Grenzfrequenz viel niedriger ist als die niedrigste Frequenz in dem zu übertragenden Informationssignal. Diesem Integrator kann ein Tiefpaßfilter folgen, dessen Grenzfrequenz viel höher ist als die höchste in dem zu übertragenden Informationssignal auftretende Frequenz.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird nicht nur zusätzliche Signalverzerrung weitgehend vermieden, sondern auch das Auftreten zusätzlichen Quantisierungsrauschens wird vermieden, denn durch eine geeignete Wahl der Schrittgröße des Deltamodulators 2, d. h. durch eine geeignete Wahl der Größe der Änderung der Bezugsspannung am Ausgang des Zählers 18 infolge eines Impulses, der über eine der beiden Eingangsleitungen dem Zähler zugeführt wird.

ist jedes Signalmustery(>\T+ q — jin seiner Größe ein

ganzes Vielfaches der Schrittgröße.

Ferner ist auch eine besondere flexible Anordnung verwirklicht worden, denn da das Eingangssignal des Deltamodulators für die Wirkung desselben als kontinuierliches Signal betrachtet werden kann, isi erreicht worden, daß der Aufbau des Deltamodulaton vom Eingangssignal unabhängig gewählt werden kann wodurch eine völlige Freiheit in der Ausbildung dei Deltamodulators verwirklicht worden ist. Insbesondere kann dadurch bewerkstellig werden, daß beispiclswcisi mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz voi beispielsweise 64 kHz der Ausgangsimpulsc de Impulsgenerators 21 auch diejenigen Informationssi gnalmuster x(n T) verzerrungsfrei ungewandelt wcrdei können, bei denen aufeinanderfolgende Muster groß Unterschiede in ihrer Größe untereinander aufweiser denn durch die verwirklichte völlige Freiheit in de Ausbildung des Deltamodulators kann darin uue beispielsweise Dynamikkompression angewandt wci den, wie dies in F i g. 2 näher dargestellt ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnun entspricht zum größten Teil der nach F i g. 1. Dazu sin deutlichkeitshalber in dieser F i g. 2 die Elemente, di denen aus Fi g. 1 entsprechen, mit denselben Bczugszc

chen angegeben. Auch diese in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist mit einem digitalen Tiefpaßfilter 28 und einem Deltamodulator 29 versehen. Auch dieser Deltamodulator enthält einen Impulsmodulator 5 und einen Rückkopplungskreis 30. Dieser isi jedoch im Gegensatz zum Deltamodulator 2 aus F i g. 1 mit einer Dynamikregelanordnung 31 versehen.

Im Gegensatz zum DeStamodulator 2 aus Fig. 1, wobei eine sogenannte einheitliche Schrittgröße angewandt wird, d. h., wobei alle von den Impulsregeneratoren 16 bzw. 17 abgegebenen Impulse je eine gleiche Änderung von beispielsweise ein Bit in der Zählstelhing des Zählers J8 bewerkstelligen, wird durch Anwendung der dargestellten Dynamikregelanordnung 31 erzielt, daß eine nicht einheitliche Schrittgröße angewandt wird, d. h., daß die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse des Impulsregenerators 16 bzw. 17 die Zählerstellung des Zählers nicht ständig um dieselbe Anzahl Bits ändert.

Insbesondere ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 die sogenannte »high information deltamodulation« angewandt, wobei bekanntlich in Abhängigkeit vom Muster einer gegebenen Anzahl ausgesandter Deltamodulationsimpuise die angewandte Schrittgröße verdoppelt, halbiert oder ungeändert beibehalten wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dazu die Dynamik regelanordnung 31 mit einem Impulsgruppenanalysator 32 versehen, der durch die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 21 gesteuert wird. Diesem Analysator 32 werden zur Analyse die Ausgangssignale der Impulsregeneratoren 16 und 17 zugeführt, und auf eine der bekannten Arten wird bestimmt, ob die angewandte Schrittgröße verdoppelt, halbiert, bzw. ungeändert beibehalten werden muß. Dieser Analysator 32 ist über eine Vorwärtszählleitung 33 und eine Rückwärtszählleitung 34 mit einem Vorwärtszähleingang bzw. einem Rückwärtszähleingang eines Vorwärts-Rückwärtszählers 35 verbunden, der mit beispielsweise drei Zählstufen versehen ist. Das in diesem Zähler in binärer Form gespeicherte Wort wird dabei jeweils um ein Bit vergrößert bzw. verkleinert, je nachdem die Schrittgröße verdoppelt bzw. halbiert werden muß, wozu über die Vorwärtszählleitung 33 bzw. die Rückwärtszählleitung 34 ein Impuls vom Analysator 32 dem Zähler zugeführt wird. Dabei stellt das im Zähler gespeicherte Wort den Exponenten der Grundzahl 2 dar und auf diese Weise wird eine bestimmte Schriftgröße verwirklicht. Wird beispielsweise das binäre Wort im Zähler 35 durch 101 angegeben, so hut die Schriftgröße einen Wert von 2^r' = Einheiten. Diese Schriftgröße wird in binarer Form beispielsweise als 8-Bit-Worl (00100000) einem Wundler 36 entnommen. Dazu wird der Inhalt des Zählers diesem Wandler 3b zugeführt, der daraus auf übliche Weise fin 8-BU-Wort kodiert. Das auf diese Weise erhaltene Wort (Binärwert der Sehrittgrößc) wird über IJND-Torschaltungeii 37 und 38 dem Zähler /ugcfühct. Wenn nun ein Dclla-Modulmionsimpuls um Ausgang des Impulsregenerators 17 auftritt, wird die Zählstellung des Zählers 18 entsprechend dem Wert der Schrittgröße erhöhl, während sie auf entsprechende Weise herabgesetzt wird, wenn ein Dclla-Modulationsimpuls am Ausgang des Impulsregenerators 16 auftritt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dazu ein Eingang der Torschaltungcn 37 und 38 mit dem Ausgang des Impulsregenerators 17 bzw. 16 verbunden und die Ausgänge dieser Torschallungen 37 und 38 sind mit dem Vorwärts- und Rückwärts-Zahleingang 19 bzw. 20 des Zählers 18 verbunden.

Durch Anwendung der obenstehend beschriebenen Schrittgrößenregelung ist ein Deltamodulator verwirklicht worden, der bekanntlich ein angebotenes Informa-

tionssignal in ein Deltamodulationssignal umwandeln kann, sogar wenn in den Auftrittszeitpunkten der Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 21 die Informationssignale starke Größenunterschiede untereinander aufweisen. . ,

ίο Außer in der Ausbildung des Deltamodulators weicht die in F i g. 2 dargestellte Anordnung zugleich von der nach F i g. 1 in der Ausbildung des digitalen Tiefpaßfilters 28 ab. In F i g. 1 ist ein nichtrekursives digitales Filter angegeben, in F i g. 2 dagegen ein digitales Filter

is vom rekursiven Typ. . .

Das in dieser Figur dargestellte rekursive digitale Filter entspricht jedoch auch zum größten Teil dem nichtrekursiven digitalen Filter aus Fig. 1. So enthält auch dieses Filter einen Eingangskreis 3 in Form eines

ίο Haltekreises, dem die Signalmuster x(n T) zugeführt werden und dem die Muster z(n 7} entnommen werden, sowie einen Ausgangskreis 4 in Form eines Akkumulators und außerdem ein Schieberegister 25 mit Verzögerungsstufen 25(1)-25(4 denen die Multiplizie-

rer 26(1)-26(4 zugeordnet sind, deren Ausgänge mit Eingängen des Akkumulators 4 verbunden sind. In jedem dieser Multiplizierer 26(1) und 26(4 wird jeweils ein in der zugehörigen Verzögerungsstufe gespeichertes binäres Wort mit binär kodierten Filterkoeffizienten

b) - br multipliziert. Der Akkumulator 18 addiert die auf diese Weise durchgeführten Multiplikationen und ergibt dabei die Ausgangsmusteryf/iT+q-^Vür den Deltamodulator 29. Auch in diesem Filter werden die in den .15 Verzögerungsstufen 25(1 )-25(4 gespeicherten Worte mit Hilfe der Schiebeimpulse, die mit einer Frequenz ^auftreten und die dem an den Ausgang des Impulsgenerators 21 angeschlossenen Phasendreher 27 entnommen werden, weitergeschoben. Auch wird dabei im Takte γ der Akkumulator 4 ausgelesen und in die

Nullstellung zurückgebracht.

Das dargestellte rekursive digitale Filter weicht jedoch von dem nicht rekursiven digitalen Filter nach F i g. 1 darin ab, daß das Ausgangssignal z(n T) des Haltekreises 3 über einen zweiten Akkumulator 39 dem Schieberegister 25 zugeführt wird und daß jeder Verzögerungsstufe 25(1)-25(4 des Schieberegisters 25 so ein zweiter Multiplizierer 40(1) -40(4 zugeordnet ist dessen Ausgänge mit den Eingängen des Akkumulators 39 verbunden sind. Diese Multiplizierer multiplizierer dabei jeweils das in der zugehörenden Vcrzögcrungs· stufe gespeicherte Wort mit einem binär kodierte! 55 Filterkoeffizicmcn d\ - d,. Die Resultate dieser MultipH kiilioncn werden im Akkumulator 39 addiert und mile Ansteuerung der Schiebeimpulse dem Schieberegisie zugeführt. Wie in dem genannten Buch »Dig't» processing of signals« angegeben ist, kann mil diesen (.υ Filter durch -ine geeignete Wühl der Koeffizienten , und d eine gewünschte Übertragungskennlinic verwirk licht werden. Zum Bestimmen der Koeffizienten b\ -' und d\-dr kann eine der bekannten ebenfalls in der genannten Buch angegebenen Methoden angcwaml us werden; beispielsweise die Methode der lmpulsirivu rianz und andere. Wird beispielsweise die genannt Impulsinvarianz angewandt, so wird von einer Impuls Übergangsfunktion des zu verwirklichenden Fillet

ausgegangen,»die nicht nur in Zeitpunkten gegeben ist, die untereinander um einen Abstand Γ auseinanderliegen, wie es mit den Signalmiistern x(n T) der Fall ist, die der Anordnung zugeführt werden, sondern die auch in zwischenüegenden Zeitpunkten, die durch

t — π T + q — mit q = 0, 1, 2 ... m gekennzeichnet

werden, gegeben ist.

Auf diese Weise ist ein Filter verwirklicht worden, das aus den angebotenen Mustern x(n T) eines analogen Informationssignals durch Anwendung einer erhöhten Schiebefrequenz des Registers eine zweite Reihe von

Musternjf »Γ+ί/- jbestimmt, die ebenfalls Muster des

genannten analogen Signals sind, wobei jedoch diese Muster mit einer m-fach höheren Frequenz als die Master x(n 7)auftreten.

Es sei noch bemerkt, daß das rekursive digitale Filter nach Fig. 2 auch in der Schaltungsanordnung nach

F i g. 1 statt des dort angegebenen nichtrekursiven digitalen Filters verwendet werden kann. Auch kann dieses transversale Filter in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 statt des dort angegebenen rekursiven Filters angewandt werden. Obschon in den beiden Ausführungsformen üblicherweise digitale Filter vom Tiefpaßtyp betrachtet worden sind, können auch digitale Filter vom Bandpaßtyp angewandt werden. Auch können digitale Filter angewandt werden, die

ίο jeweils zwischen zwei Mustern x(n T) die gewünschte Anzahl äquidislanter Muster mittels Interpolation mit Hilfe von Polynomen bestimmen.

Da, wie bereits bemerkt wurde, mit dieser Schaltungsanordnung nach der Erfindung eine vollständige

if Freiheit in der Ausbildung des Deltamodulators verwirklicht worden ist, kann dieser außer auf die bereits beschriebene Art und Weise auch noch als Deitasigma-Modulator oder auch als differentielier Pulscodemodulator ausgebildet werden.

Hierzu 1 LJIatt Zeichnim-zen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer Folge mit einer gegebenen Abtastfreqeenz auftretender, die augenblickliche Größe eines Informationssignals kennzeichnender digital kodierter Informationssignalmuster (PCM-Worte) in eine Folge mit einer auf die genannte Abtastfrequenz bezogenen Hilfsabtastfrequenz auftretender, die Änderungen der augenblicklichen Größe des Informationssignals kennzeichnender Pulscodegruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit einer Reihenschaltung aus einem digitalen Filter und einer Deltapulscodemodulationsanordnung versehen ist, welches Filter mit einem Eingangskreis und einem Ausgangskreis, sowie mit einer zwischen diesen Kreisen liegenden Verzögerungsanordnung versehen ist, die durch Taktimpulse gesteuert wird, die mit der genannten Hilfsabtastfrequenz auftreten, die ein ganzes Vielfaches der Abtastfrequenz für die Informationssignalmuster ist, welchem Eingangskreis die genannten informationssignalmuster zugeführt werden, wodurch dieses Filter eine Folge äquidistanter Signahnuster erzeugt, die mit der genannten Hilfsabtastfrequenz auftreten, welche Folge von Signalmustern durch die genannte Folge von Informationssignalmustern und einer Anzahl jeweils zwischen zwei Informationssignalmustern zugefügter Hilfsmuster gebildet wird, die je eine augenblickliche Größe des Informationssignals kennzeichnen; in welcher Anordnung die Deltapulscodemodulationsanordnung mit einem Impulsmodulator und einem Rückkopplungskreis versehen ist, welcher Impulsmodulator einen Eingangskreis und einen Ausgangskreis enthält, sowie einen in den Eingangskreis aufgenommenen Differenzerzeuger mit einem ersten und einem zweiten Signaleingang, von denen der erste Signaleingang mit dem Ausgangskreis des genannten Filters gekoppelt und der zweite Signaleingang mit dem genannten Rückkopplungskreis verbunden ist, der zugleich mit dem Ausgangskreis des Impulsmodulators gekoppelt ist, welcher Impulsmodulator infolge der vom Filter erzeugten Signalmuster die genannten äquidistanten Pulscodegruppen mit einer Frequenz erzeugt, die der Hilfsabtastfrequenz entspricht, welche Pulscodegruppen dem genannten Rückkopplungskreis zum Erzeugen eines Vergleichssignals zugeführt werden, das dem zweiten Signaleingang des Differenzerzeugers zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten mit einer gegebenen Hilfsabtastfrequenz auftretenden Taktimpulse für den Verzögerungskreis einem Taktimpulsgenerator entnommen werden, der zugleich mit dem Impulsmodulator gekoppelt ist und der die Zeitpunkte bestimmt, in denen die genannten Pulscodegruppen auftreten.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 zum Umwandeln einer Folge digital kodierter Infcrmationssignalmuster (PCM-Worte) in ein Deltamodulationssignal, das durch Pulscodegruppen gebildet wird, die je einen Impuls enthalten, welche Pulscodegruppen die Polarität der genannten Änderungen des Informationssignals kennzeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Deltapulscodemodulationsanordnung durch einen Deltamodulator gebildet wird, der mit einem Ausgang versehen ist, von welchem Deltamodulator der Impulsmodulator mit dem Taktimpulsgenerator gekoppelt ist, dessen mit der genannten Hilfsabtastfrequenz auftretende Taktimpulse in Abhängigkeit von der Polarität des Unterschiedes zwischen dem den ersten und dem zweiten Signaleingang des Differenzerzeugers zugeführten Signalen durch den Impulsmodulator gegebenenfalls dem genannten Ausgang zugeführt werden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deltamodulator mit einem Dynamikregelkreis versehen ist.