DE2446292B2

DE2446292B2 - Niederfrequenzsignal-Kompander

Info

Publication number: DE2446292B2
Application number: DE2446292A
Authority: DE
Inventors: Takashi Katsuta Kubota; Toshio Hitachi Tanizoe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-27
Publication date: 1980-02-07
Also published as: US3949175A; DE2446292A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Niederfrequenzsignal-Kompander nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Wenn ein mit Normalgeschwindigkeit z. B. auf dem Magnetband eines Bandaufzeichnungsgeräts aufgezeichnetes Niederfrequenzsignal mit einer höheren Geschwindigkeit als der Normalgeschwindigkeit wiedergegeben wird, wird die Wiedergabezeil verkürzt, während gleichzeitig das Frequenzband des Niederfrequenzsignals entsprechend breiter wird.

Die Wiedergabe des Signals mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der Normalgeschwindigkeit bewirkt andererseits eine Dehnung der Wiedergabezeit, wodurch d^u Frequenzband des Niederfrequenzsignals schmaler wird.

Um also das Frequenzband des Niederfrequenzsignals als normales Niederfrequenzband wiederherzustellen, muß bei einem Sprachsignal die Sprechgeschwindigkeit geändert werden, d. h. das Tempo bzw. Zeitmaß, ohne die Tonhöhe, die klangfarbe oder die Verständlichkeit der Sprache nachteilig zu beeinflussen.

Ein bekannter Niederfrequenz-Kompander der eingangs genannten Art (vgl. US-PS 36 21 150) hat als Speichereinheit zwei Schieberegister, in die Eingangs-Niederfrequenzsignalc mit einer vorbestimmten Abtastgeschwindigkeit eingeschrieben werden, während der Inhalt der nichtspeicherndcn Register mit einer zur Abtastgeschwindigkeit unterschiedlichen Geschwindigkeit ausgelesen wird, so daß eine Dehnung und Pressung des Frequenzbandes der Eingangs-Niederfrequenzsignale bewirkt wird. Dabei wird abwechselnd von einer Frequenzänderung der Schreib- und der Lesetaklimpulse Gebrauch gemacht, um die beiden Schieberegister anzusteuern.

Die Verwendung von Schieberegistern als Speichercinheit ist aus folgenden Gründen nachteilig:

Die Länge eines Signalintervalls von digitalen Signalen, die kontinuierlich in ein Schieberegister einschreibbar sind, ist ein konstantes Zeitintervall, das M dem Produkt von Abtast-Periode und Anzahl der Stufen im Schieberegister entspricht. Das Auslesen besteht im Lesen einiger der eingeschriebenen Digitalsignale.

Infolgedessen kommt es bei Verwendung von Schieberegistern zu einer Unterbrechung des Niederfrequenzsignals zur Sprachwiedergabe, wobei die Unterbrechungs-Zeit im wesentlichen von der Anzahl der Stufen des Schieberegisters abhängt Es entstehen also Knack-Geräusche jeweils durch die Lücke zwischen aufeinanderfolgenden kontinuierlichen Signalen. Wenn nun die Stufenanzahl des Schieberegisters klein ist, wird die Geräusch-Periode ebenfalls klein gemacht, so daß das Geräusch selbst groß wird. Zur Vermeidung eines starken Geräusches muß daher die Anzahl der Stufen der Schieberegister groß gewählt werden, d. h„ die Schieberegister müssen eine große Speicherkapazität aufweisen, was mit entsprechenden Konten verbunden ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Niederfrequenzsignal-Kompander zu schaffen, der bei geringem Aufwand geräuschfest ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgl erfindungsgemäü durch die Lehre nach dem Kennze; ^!ien des Patentanspruchs !.

Erfindungsgemäß wird also anstelle von Schieberegistern ein Direktzugriffspeicher als Speichereinheit verwendet. Dabei werden die Schreibtaktimpulse und die Lesetakiimpulse gleichzeitig benutzt und uird der Direktzugriffspeicher so angesteuert, daß seine Adresse umläuft. Infolgedessen wird die Länge des Signaiintervalls durch das Verhältnis zwischen den Frequenzen der Schreibtaktimpulse und der Lesetakti'npulse besiimmi. Wenn z. B. eine langsame Wiedergabe erwünscht ist und angenommen wird, daß das Einschreiben und das Auslesen aus dem Direktzugriffspeicher gleichzeitig an derselben Adresse beginnen, ist — da das hinschreiben dem Auslesen vorgeht — die Länge eines Signalintervalls gleich der Zeit, bis zu der das Einschreiben das Auslesen »einholt«; da das Verhältnis zwischen der Schreib- und der Lese-Geschwindigkeit (d. h- das Verhältnis zwischen den Frequenzen der Schreib-aktimpulse und der Lesetaktimpulse) Eins nahekommt, wird das besagte Signalintervali sehr lang, so daß die Periode der während der Länge des Signalintervalls erfolgten Geräusches sehr lang wird, also Geräusche vollständig oder praktisch ignoriert werden können.

Durch die Verwendung des (einzigen) Direktzugriffspeichers als Speichereinheit (anstatt zwei Schieberegistern, d. h. zwei Speichern) wird zudem erreicht, daß die Schreib- und die Lesetaktimpulse gleichzeitig erzeugt werden oder sich sonst zeitlich überlappen. Das heißt, der Kompander gibt dem Schreibimpuls bei der Steuerung des Speichers Vorrang, so daß der Lesetaktimpuls zeitweise vernachlässigt wird, wenn zwei Impulse gleichzeitig erzeugt werden oder sich überlappen.

Um einen Direktzugriffspeicher wirksam einsetzen /w können, mußten iedoch mehrere Problsme gelöst werden:

Ein Hauptproblem bestand darin, daß nicht gleichzeitig eine Adresse für eine Schreiboperation und eine Adresse für ein Leseoperation bestimmbar war. sondern sictt dessen entweder der Schreib- oder der Leseoperation bei der Adressenbestimmung Vorrang einzuräumen war, wobei diese Bestimmung leicht, genau und zuverlässig durchführbar sein sollte.

Da außerdem der Direktzugriffspeicher sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen ein Ausgangssignal erzeugt, enthält ein im Lesezeitpunkt erzeugtes Lesesignal auch ein Schreibsignal, d. h. unnötige Daten, die vorzugsweise mit einstellbarer Zeitdauer austiistbar

sein sollten.

Erfindungsgemäß läßt sich die Adresse im Dircktzugriffspeicher zweckmäßig bestimmen, und zwar relativ leicht auch für einen höheren praktischen Wert.

Vorzugsweise ist die Zeitdauer der Lesetaktimpulse größer als die Zeitdauer der Schreibtaktimpulse, so daß bei einer Überlappung der beiden Taktimpulse der l.csetaktimpuls seine Steuerung über den Direktzugriffspeicher unmittelbar vor und/oder nach der Erzeugung des Schreibtaktimpulses ausübt, um die Lese- und die Schreiboperation in miteinander verknüpfter Weise zu ermöglichen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, auf die jetzt noch genauer eingegangen wird:

Da sich Schreib- und/oder Lesetaklimpulse zum Schreiben bzw. Lesen jeweils mit der Wiedergabegeschwindigkeit des Magnetbands in ihrer Frequenz iinitrrn snlllpn aiirh Hip rplativpn F^:rpni|pn/iinitpriintrpn

der Schreib- und der Lesetaktimpulse leicht durchführ bar sein, um je nach Bedarf die Wiedergabegeschwindigkeit leicht ändern zu können.

Wenn der Schreibtaktimpuls und der l.csctaktimpiils. die die Grundlage für die Adressenbestimmung im Direktzugriffspeicher bilden und darüber bestimmen, ob ein »Lesen« oder ein »Schreiben« durchgeführt wird, nach der Lehre des Patentanspruchs 3 durch Teilen der Ausgangsfrequenz, des Hauptoszillators erzeugt werden, ist das Verhältnis zwischen den Frequenzen der .Schreibtaktimpulse und der Lesetaktimpulse unabhängig von der Schwingfrequenz (Ausgangsfrequenz) des Hauptoszillators einstellbar, für die zudem keine besonders hohe Genauigkeit erforderlieh ist; so kann der Hauptoszillator z. B. ein astabilcr Multivibrator sein.

Auf diese Weise kann die Änderung der Schreib- und der Lesetaktimpulsc durch Frequenzänderung des Taktimpuls-Generators verhältnismäßig leicht vorgenommen werden, da eben nur ein einziger Frequenzgenerator, nämlich der Hauptoszillator, vorhanden ist. von dem sowohl die Lese- als auch die Schreibtaktimpulse abgeleitet werden. Im Gegensatz dazu sind beim eingangs angeführten bekannten Stand der Technik (vgl. US-PS 36 21 150) zwei Taktimpuls-Generatoren vorgesehen, deren Frequenzverhältnis geändert wird. weshalb jeder Taktimpuls-Generator frequenzmäßig sehr genau arbeiten muß und daher entsprechend aufwendig aufgebaut ist.

Der wegen der Austastung des im Ausgangslesesignal des Direktzugriffspeichers enthaltenen Schreibsignals ohnehin große Geräuschabstand wird weiter erhöht durch Einstellung der Impuls-Dauer — vgl. auch die Patentansprüche 2 und 4.

Zwar ist im Hinblick auf die Patentansprüche 5 und 7 es durch den eingangs erwähnten bekannten Stand der Technik (vgl. US-PS 36 21150) auch bekannt, als Analog-Digital-Umsetzer einen Deltamodulator vorzusehen, doch sind mit dessen an sich wünschenswerter Verwendung, da er einfacher als ein normaler PCM-Umsetzer aufgebaut ist, noch gewisse Schwierigkeiten verbunden:

Ein Vergleich des Eingangs-Niederfrequenzsignals des Deltamodulators mit dem Ausgangs-Niederfrequenzsignal des Digital-Analog-Umsetzers zeigt nämlich, daß sich der Pegel des letzteren gegenüber dem des ersteren mit Schwankungen der Bandgeschwindigkeit ändert, so daß Ein- ur.d Ausg3ngspsge! nachgestellt werden müssen. Wohl stellt die Verringerung des Ausoder Eingangspegels kein Problem dar, wenn die Verstärkung eines Verstärkers erhöhl wird, doch wird mit zunehmendem Pegel der Geräuschabstand des Verstärkers kleiner. Daher sollten der Pegel des Eingangs- und des Ausgangs-Niedcrfrcquenzsignals vorzugsweise gegenüber Schwankungen der Bandgeschwindigkeit unverändert sein.

Ferner ist der Geräuschabstand des Ausgangssignals des Deltamodulators, dessen Dynamikbereich schmal ist. bei unpassendem Eingangspegel relativ klein,
ίο Diese Schwierigkeiten werden durch die Lehre nach dem Patentanspruch 7 überwunden.

Auf diese Weise ist keine Pcgelcinstellung mehl erforderlich, da ein gleichmäßiger Pegel bzw. eine gleichmäßige Amplitude unabhängig von der Wiederga begeschwindigkeit des Magnetbands, die von dessen Aufzeichnungsgeschwindigkeit verschieden ist. erhalten wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispiels-

ννριςρ nahpr PriBUtCrt ['S /C!^wt

?n F i g. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Niederfrequenzsignal-Korn panders:

Fig. 2 eine Schaltung eines gebauten Ausführungsbcispiels des erfindungsgemäßen Niedcrfrequenzsignal-Kompandcrs.und

F i g J und 4 Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kompandcrs.

Fig. I zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Niedc'rcquenzsignal-Kompandcrs mit: einem Magnetkopf 1 zur Wiedergabe eines Niederfrequenz oder

so Analogsignals von einem Magnetband 2. einem Vorverstärker 3 zum Verstärken des Niederfrequenz signals vom Magnetkopf I. einem Verstärker 4 zur Optimierung des Eingangspegels einer Niederfrequcnz- bzw. Sprachverarbeitungseinheit und mit einem auto-

Ji manschen Verstärkungsregler 5 aus einer Diode 6. einem Widerstand 7. einem Kondensator 8 und einem Transistor 9. Ein Zeitkompander 10 enthält einen aus einem Analog-Digital-Umsetzer bestehenden Deltamodulator 11. einen Direktzugriffspeicher 12. einen

•"i Doppelstufenabtaster 13 zur ausgangsseiligen Steuerung des Direktzugriffspeichers 12. einen aus einem Digital-Analog-Umsetzer bestehenden Demodulator 14 und ein Steuerglied 15. Das Steuerglied 15 wiederum enthält ein Steuerglied 15. Das Steuerglied 15 wiederum

•*i enthält einen Taktzählermultiplexer-Zeitgeber 16 und einen Impulsgenerator und Frequenzteiler 17. Ein Geschwindigkeitsumschalter 18 dient gleichzeitig zum Schalten des Bandantriebs, des Taktimpulsfrequenz-Teilerverhältnisses und der Zeitkonstante eines internen

ίο Demodulators des Deltamodulators 11. Weiter enthält die F i g. I ein Tiefpaßfilter 19. einen Ausgangsref'er 20. einen Ausgangsverstärker 21 und einen Lautsprecher 22.

Wenn in dieser Anordnung das Magnetband 2. auf das ein Niederfrequenzsignal aufgezeichnet ist, mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als beim Aufzeichnen abgespielt wird, wird die Frequenz des am Magnetkopf 1 wiedergegebenen Niederfrequenzsignals verringert. Dieses Niederfrequenzsignal wird in Verstärkern 3 und 4 verstärkt und dem Deltamodulator 11 des Zeitkompanders 10 zugeführt, wo es in ein Digitalsignal umgesetzt wird. Das derart umgesetzte Signal wird mit Hilfe von Taktimpulsen, deren Frequenz proportional ist zur Bandantriebsgeschwindigkeit, im Speicher 12 zwischengespeichert und danach mit Hilfe von Lesetaktirnpulser. aasgelesen, deren Frequenz unabhängig von der Bandantriebsgeschwindigkeit konstant ist. Dieses Digitalsignal wird in dem Demodulator 14 in ein

Analogsignal umgesetzt und über das "Tiefpaßfilter 19 und den Verstärker 21 in den Lautsprecher 22 eingespeist. Das Niederfrequenzsignal des Lautsprechers 22 ist langsamer, hat jedoch dieselbe Frequenz wie zur Zeit der Aufzeichnung. Dieselbe Umsetzung wie bei der verlangsamten Wiedergabe läuft bei einem Bandantriebs· Deschleunigungssignal ab. so daß das wicdergegeber; Niedcrfrcquenzsignal schneller ist, jedoch dieselbe Frequenz wie zum Zeitpunkt der Aufzeichnung hat.

Die Schaltung nach F i g 2 zeigt ein erfndungsgemä-Itcs Ausführiingsbeispiel fin einen tatsächlich aufgebauten Niederfrequen/signal-Zeit umsetzer.

Zunächst seider Dellamodulator Il erläutert, der ein Analog-Digital-Umsetzer ist. Der Deltamodulator Il besieht aus einem Analogsignal Vergleichcr 1101. einem Inverter oder NAND -Gatter 1102. einem Flipflop 110? und aus einem internen Demodulatorinlegrator 1104. Die Arbeitsweise dieses Deltamodnlators 11 ist wie folgt: Fin Analogsignal oder Nicderfrequcnzsignal wird in einen Eingang des Vergleichen 1101 eingespeist, und ein Ausgangssignal des internen Demodulatorinte gr.itors 1104 speist den anderen Eingang. Die Signale werden verglichen, und der Vergleicher MOI erzeugt ein digitales Ausgangssignal »0« oder »1«. Das Ausgangssignal des Vergleichers 1101 wird durch den Inverter 1102 geformt. Da das digitale Ausgangssignal des Inverters 1102 einen instabilen Bereich enthält, der von gleichen Unterschieden zwischen den Eingangssignalen herrührt, ist das Flipflop 110} vorgesehen, um diesei instabilen Bereich durch Abtasten zu beseitigen. Synchron zur Vorderflanke eines Taktimpulses '/'« wird ein Signal abgetastet und am Ausgang I), als Digitalsignal in den Direkizugriffspeicher eingespeist. Gleichzeitig wird ein ähnliches Digitalsignal mit entgegengesetzter Phase in ilen internen Demodulatorintegrator 1104 eingespeist, wo es in ein Analogsignal zurückverwandelt und in den Vcrgleicher 1101 zum weiteren Vergleich eingi speist wird

Dieses Digitalsignal wird durch den Direktzugriffspeicher 12 komprimiert und expandiert, so daß eine Kompression und Expansion eines Niedcrfrequenzsignals entsteht. Der Speieher 12 besteht aus Speichern 1201. 1202, 1203 und 1204. deren jeder mehrere Adressen hat, in die Impulse in der Reihenfolge »I«. »0«, »I« und »0« mit der Geschwindigkeit der Schreibtaktimpulse Φη eingeschrieben werden. Obwohl die Zeitumsetzung nicht durch eine l.eseoperation mit derselben Geschwindigkeit wie die Schreiboperation mit Hilfe von Leseimpulsen Φ« durchführbar ist. ergibt eine langsamere l.eseoperation eine erfolgreiche Expansion. Andererseits bewirkt ein Lesen mit höherer Geschwindigkeit entsprechend dem Grundprinzip eine Kompression.

Die Lesetaktimpulse Φ» und Schreibtaktimpulse Φ\ν werden durch den Impulsgenerator 17 erzeugt, der aus einem Hauptoszillator 1701, mehreren Teilern 1702 bis 1706 und aus einem Schalter 1707 besteht. Der Hauptoszillator 1701 ist ein astabiler Multivibrator, der ein Rechtecksignal mit einer Hauptfrequenz Φο von \2 MHz erzeugt, so daß die Hauptfrequenz Φο des Multivibrators 1701 mit Hilfe der Teiler 1702 bis 1706 in 9 verschiedene Frequenzen

Φο/4, Φο/5, Φο/6, ΦΌ/7, Φο/8,
Φο/10, ΦΌ/12. Φο/14 und Φ^15

geteilt wird. Unter diesen Frequenzen wird Φη/8 als Lesetaktimpuls und eines der 9 verschiedenen Signale als Schrcibtaktimpuls durch den Schalter 1707 bestimmt. Es sei angenommen, daß die Frequenz von Φ^Η. die gleich dem Lesetaktimpuls ist. als eine Frequenz bestimmt ist. die zur Wiedergabe bei Normalgeschwindigkcit verwendet wird, d. h., die Geschwindigkeit ist dieselbe wie beim Aufzeichnen des Magnetbandes 1 in Fig. I. Somit betragen die Frequenzen von Φ../7, Φ,Jb. Φ,,/5,Ψ,,/4 das I.Hfache. 1.33fache, l.bfache und 2,0fache der Frequenz. Φ,/8 und werden ausgedrückt durch 1.2;

ίο 1,4: Lb und 2,0. In ähnlicher Weise betragen die Frequenzen für "P_nZlO. Φ./12. Φ,,/14 und Φ,/lb das O.Sfachc. O.bbfachc. O.57fachc und 0.5fache der Frequenz von '/',/8 und werden deshalb ausgedrückt durch 0,8:0.7: O.b und 0,5. Eines dieser Merkmale wird durch den

Ii Schalter 1707 ausgewählt, der mit einem Knopf 1801 und einem Umschalter 1802 gekuppelt ist. Wenn der Umschalter 1802 sich in der Stellung COMPKESS befindet, können die Stellungen 1; 1.2; 1.4: Lb oder 2.0 durch Drehen des Knopfes 1801 ausgewählt werden.

Wenn sich der Umschalter 1802 in der Stellung EXPAND befindet, läßt sich durch Drehen des Knopfes 1802 eine der Schaltstellungen I; 0.8; 0.7; O.b oder 0.5 auswählen. Die Wiedergabegeschwindigkeit ties Magnetbandes wird ebenfalls durch die Kennzahlen auf

r> dem Knopf 1801 bei dessen Drehung geändert, da eine Kupplung mit dem Umschalter 1802 besteht. Der Schreibtaktimpuls wird durch ein Monoflop 1706' in den Impuls '/>» mit einer logischen »I« von ungefähr 2 μs umgesetzt, wobei die Impulsbreite der logischen »I«

ι» durch eine Zeilkonstante aus einem Widerstand Wi und einem Kondensator CΊ bestimmt ist. Diese Impulsbreite ist also fest. Im Gegensatz dazu wird der Lesetaktimpuls durch ein weiteres Monoflop 1707' in den Impuls 'ί'κ umgesetzt.dessen logische »I« etwa 4 μsdauert.

Ji Der in der Zeichnung dargestellte Direktzugriffspeicher ist vom Typ MK 4008 P der US-Firma Mostck Company und enthält einen Zähler 1601 zum Bestimmen einer Adresse im Speicher 12. Der Zähler 1601 enthält .Schreibadressenzähler 1601-1, 1601-2, 1601-3 und l.cseadressenzähler 1601-4, 1601-5 und 1601-6. Nach Empfang jeder logischen »I« des Impulses '/'» beginnen die Zähler 1601-1, 1601-2 und 1601-3 sequentiell von I aus zu zählen; sie kehren nach Beendigung des Zählensauf 1 zurück. Die Zähler 1601-4.

1601-5 und 1601-6 zählen eine logische »I« des Impulses Φ« jedesmal, wenn ein Impuls ankommt. Der Direktzugriffspeicher 12 kann eine Adressenbestimmung durch den Schreibadressenzähler und den Leseadressenzähler nicht gleichzeitig durchführen. Deshalb bewirkt eine Multiplexeranordnung 1602. daß entweder ein Schreiboder ein Lesebefehl an den Speicher 12 gelangt; die M'iltiplexeranoidnung besteht aus einer Anzahl von Multiplexer^ deren jeder zwei UND-Gatter 16021 und 16022 sowie ein NICHT-Glied 16023 enthält.

Der Schreibtaktimpuls Φ w und der Lesetaktimpuls Φ« werden über ein oder zwei NAND-Gatter 16041,16042, 16043 und 16044 in die Multiplexer eingespeist. Es sei nun angenommen, daß eine logische »1« (hoch) des Impulses Φινίη einen Eingang des UND-Gatters 16021 eingespeist wird, während eine logische »0« (tief) des Impulses Φν/ in einen Eingang des UND-Gatters 16022 eingespeist wird. Dadurch wird nur das Ausgangssignal aus dem Schreibadressenzähler, das in den anderen Eingang des UND-Gatters 16021 eingespeist wird, über das NICHT-Glied 16023 in den Direktzugriffspeicher 12 eingespeist Als nächstes sei angenommen, daß eine logische »0« des Impulses Φιν in einen Eingang des UND-Gatters 16021 eingespeist wird, während eine

logische »I« des Impulses ¹Pw in einen Eingang des UND-Gatters 16022 eingespeist wird, so daß jetzt nur das Alisgangssignal des Leseadressenzählers das in den anderen Eingang des UND-Gatters 16022 eingespeist wird, über das NICHT-Glieu 16023 in den Direkt/.ugriffspeicher 12 eingespeist wird. Auf diese Weise wird eine Adresse im Direktzugriffspeicher bestimmt durch das Ausgangssignal aus dem Schreibadressenzähler /um Zeitpunkt einer logischen »I« des Impulses ¹Pw, während bei einer logischen »0« des Impulses <Pwd\e Adressenbestimmung im Direktzugriffspeicher 12 durch das Ausgangssignal aus dem l.eseadressenzähler erfolgt. Zusätzlich zur Adressenbestimmung muß das Schreiben oder Lesen bestimmt werden. Im betrachteten Ausführungsbeispiel wird der Schreib- oder L.cseimpuls durch einen Taktgeber 1603 erzeugt.

Der Taktgeber 160.3 besieht aus UND-Gattern 16031, 16032, 16035 und 16038 sowie aus NAND-Gattern ioGj3, i6O34, i6036, i6ö37 und i6039. Die Arbeitsweise dieses Gebers ist aus F i g. 3 ersichtlich. Signal A in F i g. 3 zeigt den Schreibtaktimpuls. der derart ausgebildet ist, daß sich ein Eingangsdatum Din in den Speicher 12 bei der positiven Flanke des Impulses '/>« ändert, wie durch Signal ö gezeigt ist. Der Lesetaktimpuls 'Ph ist in (dargestellt. Der Sehreibadresscnmodiis in /J ist derart bestimmt, daß er sich bei der negativen Flanke des Schreibtaktimpulses 'Pu auf die nächste Adresse ändert. /: in Fig. J zeigt den l.eseadressenmodus, der sich bei der negativen Flanke des l.esetaktimpulses Φ η auf die nächste Adresse ändert.

Der l.eselaktimpuls Ίή an einem [-'ingang des UND-Gatters 16031 nach F i g. 3 wird wegen einer Zeitkonstanten aus einem Widerstand Wi und einem Kondensator Ci auf der Eingangsseitc des UND-Gatters 16031 um Δ I in seinem Anstieg verzögert. Da das andere Eingangssignal des UND-Gatters 16032 der impuls 'Pr ist, wird vom UND-Gatter 16032 ein in /'von Fig. 3 dargestelltes Ausgangssignal erzeugt. Andererseits ist der Eingp.ngsimpuls für das NAND-Gatter 16033 der durch das NAND-Gatter 16044 gelaufene Impuls <Pw, so daß das NAND-Gatter 16033 einen Ausgangsimpuls Φιν ir/eugt. Dieser Impuls 'Pw wird wegen einer Zeitkonstanten aus einem Widerstand Ra und einem Kondensator G um Δ 2 in seinem Anstieg verzögert und im NAND-Gatter 16034 in einen in G von Fig. 3 dargestellten Impuls invertiert. Ein Teil des Ausgangssignals des NAND-Gatters 16034 wird erneut durch das NAND-Gatter 16036 invertiert und weiter durch das NAND-Gatter 16037 zu G aus F i g. 3 umgesetzt, wobei das Ausgangssignal des NAND-Gatters 16033 mit verwendet wird. Dieser invertierte Impuls G wird als Schreib- oder Lesetaktimpuls verwendet. In diesem Signal bedeutet eine logische »1« das »Auslesen« und eine logische »0« das »Ausschreiben«. Der Grund dafür, warum die negative Flanke um Δ 2 verzögert ist, besteht darin, daß die Einführung eines Schreibmodus des im betrachteten Ausführungsbeispiel verwendeten Speichers 12 eine Leseperiode von 0,5 μ$ oder langer benötigt. Diese Forderung der verzögerten negativen Flanke hängt jedoch vom verwendeten Speicher ab. Dadurch wird sowohl die Adressenbestimmung des Direktzugriffspeichers als auch das »Auslesen« oder »Ausschreiben« erleichtert.

Die Betrachtung des Ausgangssignals des Direktzugriffspeichers 12 zeigt, daß seine Lesekomponente eine Schreibkomponente enthält, wie aus E nach F i g. 3 hervorgeht. Der Grund dafür ist, daß ein .Schreibimpuls Wi am Ausgang des Speichers 12, z. B. in einer Leseadressc fi in R nach F i g. 3 wahrend des Schreibmodus des Schreib- und l.csciaktimpiilscs G vorhanden ist.

Diese unerwünschten Schreibimpulse W\, W₂ usw. werden durch Erzeugung eines weiteren Impulstyps im Taktgeber 1603 beseitigt. Das Sign nach F i g. 3 wird im Anstieg um Δ 3 wegen einer dih. jtnen Widerstand /?5 und einen Kondensator C\ gebildeten Zeitkonstanie derart verzögert, dnß am Ausgang des UND-Gatters

to 16035 ein Signal //nach Fig. 3 entsteht. Dieses Signal wird in einen Filigang lies UND-Gatters 16038 eingespeist, dessen anderer Eingang mit den* invertierten Impuls des Impulses Φ» beaufschlagt ist. so daß das UND-Gatter 16038 ein Ausgangssignal / nach Fig. 3

is erzeugt, mit dem Ergebnis, daß ein Ausgangssignal / nach Fig. 3 über das NAND-Gatter 16039 durch vias NAND-Gatter 16040erzeugt wird.

Die tatsächliche Beseitigung der unerwünschten Daten W\, W) usw. wird durch den Doppeisuifenabtaster 13 bewirkt, der einen Meßfühlerverstiirker 1301 zum Umsetzen des niedrigen Ausgangspegels des Speichers in einen hohen Pegel enthalt. Ein NAND-Gatter 1102 verknüpft die beiden Ausgangssignal des Verstärkers 1301. Das NAND-Gatter 1302 erzeugt ein

1Ί in K nach F i g. J gezeigtes Ausgangssignal derart, daß die Aiisgangssignale A>' und / in ein D-Flipflop 1303 eingespeist werden. Dieses Flipflop IJO3 wird bei R\ durch die positive Flanke eines während R₁ des Speicherausgangssignals auftretenden Impulses Ί'·,,

)o invertiert und gesperrt, wahrend es bei R; durch die positive Flanke des nächsten Impulses '/'_v invertiert und gesperrt wird, so daß in /. nach I·'i g. 3 gezeigte Daten ohne jedes »Schreiben« in Form eines Ausgangssigiiiils D.v,i am Flipflop 1303 erzeugt werden. Die Daten Wi. R>

ü usw. haben unterschiedliche Breite, was vorzugsweise ausgeglichen werden soll. Zu diesem Zweck ist ein weiteres D-Flipflop 1304 vorgesehen, das mit dem Schreibtaktimpuls ¹Pw derart gespeist wird, daß das Flipflop 1304 in M nach Fig. 3 gezeigte Daten ezeugl.

die dieselbe Impulsbreite wie der Schreibtaktimpuls Φ» haben.

Die als Ausgangssignale des Flipflops 1304 erzeugten Daten werden durch den Digital-Analog-Umsetzer 14. der aus einem Widerstand 1401 und einen Kondensator 1402 besteht, in ein Analogsignal umgesetzt.

Es wird nun der Spannungspegcl oder die Amplitude der Ausgangssignale des Integrators 1104 näher erläutert, der einen Demodulator für den Dcltamodulator 11 darstellt, sowie anhand von F" i g. 4 der Pegel lies Ausgangssignals des Integrators, der den Demodulator für den Digital-Analog-Umsetzer 14 darstellt.

Der Schalter 1107 im Demodulator 1104 (der nachstehend als Integrator M bezeichnet wird) des Modulators 11 ist auf »I« eingestellt, so daß die Zeitkonstante aus einem Widerstand 1105 und einem Kondensator 11061 gleich der Zeitkonstanten aus dem Widerstand 1401 und dem Kondensator 1402 des Demodulators (nachstehend als Integrator D bezeichnet) im Digital-Analog-Umsetzer 14 ist. In diesem Zustand werden die analogen Ausgangssignale betrachtet, die entstehen, wenn der digitale Impulszug A nach Fig.4 in die Integratoren M und D eingespeist wird. Falls die Wiedergabegeschwindigkeit des Magnetbandes gleich der Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der

■•5 Aufzeichnung ist, d. h. 7", = 1, erzeugen beide Integratoren M und D ein Analogsignal mit einem in B nach Fig.4 gezeigten Spitzenwert e, wodurch am Eingang und am Ausgang gleiche Signal-Gcräusch-Abstände

entstehen.

Wenn die Wiedergabegeschwindigkeit des Mugnetbandes gegenüber der Geschwindigkeit beim Aufzeichnen verringert ist, d. h., wenn 7V kleiner als I ist, wird jedoch die Digitalsignalfrequenz um das Reduktionsverhältnis T, verringert. Wenn die Verringerung z. B. 0,5 beträgt, ist die Digitalsignalfrequenz des Integrators M um die Hälfte reduziert. Wenn die Digiialsignalfreqiienz des Integrators D so groß wie bei T₁ = I gewählt wird, wird am Ausgang des Integrators Ddasin flnach Fig. 4 gezeigte Ausgangssignal erzeugt, während der Spitzenwert des analogen Alisgangssignals ties Integrators Λ-/ den Wert 2c annimmt, wie in C nach f-'ig. 4 gezeigt ist. Dies bedeutet, daß der Ausgangspegel ties Demodulators 14 um die Hälfte verringert ist, wenn der Pegel des ι-5 Eingangs-Analogsignals des Dcltamodulators It rbens()gri)ll gemacht wird wie bei Ti=I. Falls die Wiedergabe-Bandgeschwindigkeit gegenüber dem Aufzeichnen um Jen Faktor I hoher ist. ii. h.. wenn f, größer als 1 ist. nimmt andererseits das Ausgangssignal des Integrators M den Wert c/2 an, wie in /.'nach F'i g. 4 gezeigt ist. Wenn also der I-Üngangsanalogpegcl des Deltamodulators 11 ebcnsogroU gemacht wird wie bei Ti=I, wird der Ausgangspegel des Demodulators 14 verdoppelt. >i

Angesichts der Tatsache, daß die Hingangs- und Ausgangspegel durch Erhöhen oder Verringern der Wiedergabegeschwindigkeit des Magnetbandes Schwankungen unterworfen s nd, müssen die Pegel ties IEingangs- und des Ausgangssignals bei jeder Änderung κι der Wiedergabe-Bandgeschwindigkeit eingestellt werden. Fiine Absenkung des Pegels stellt kein Problem dar. da der Signal-Gcräusch-Abstand des Verstärkers verbessert wird, jedoch verschlechtert ein Anheben des Pegels den Signal-Geräusch-Abstand des Verstärkers. i> Im Idealfall müssen deshalb die Pegel des Eingangs- und lies Ausgangssignals des /ciikompanders IO immer miteinander übereinstimmen. Dies kann durch Ändern der Zeitkonslante r.w des Integrators Λ/ umgekehrt proportional zur Wicdergabegeschwiiuligkeit tics Ma- -tu gnelbandes erreicht werden. Wenn z. B. die Wiedergabegeschwindigkeit des Magnetbandes um die Hälfte verringert ist. wird die Zeit konstante τ Μ verdoppelt, so daß es möglich ist, die Übereinstimmung lies Eingangspegels mit dem Ausgangspegel beizubehalten, wie in D ■>> nach I" i g. 4 gezeigt ist. Wenn andererseits die Wiedergabe Bandgeschwindigkeit verdoppelt wird, werden gleiche Eingangs- und Ausgangspegel wie in E nach Fig.4 durch Verringerung der Zeitkonstante Tu um die Hälfte erreicht. Zu diesem Zweck sind zusätzlich zum Kondensator 11061 des Integrators M vier Kondensatoren 11062, 11063, I1O»4 und 11065 mit unterschiedlichen Kapazitäten vorgesehen, wovon einer durch den Schalter 1107 ausgewählt ist.

Da der Schalter 1107 gekuppelt ist mit dem Geschwindigkeitstimschaltcr 18, dem Knopf 1801 und dem Umschalteknopf 1802, erlaubt die Betätigung der Knöpfe 1801 und 1802 eine Auswahl einer Kapazität umgekehrt proportional zur Wiedergabe-Bandgeschwindigkeit, so daß die Zeitkonstante des Integrators variabel ist. Wenn sich der Umschalter 1802 in der Stellung COMPRF-SS und der Knopf 1801 auf »2.0« befinden, beträgt beispielsweise di·: Kapazität des Kondensators 11062 des Integrators Λ-/0,022 μF, was gleich der Hälfte von 0.047 μΓ" des Kondensators 1402 ist. Auf diese Weise wird der F.ingangspegel oder die Eingangsamplitude des Analog-FOigital-llpisetzers Il gleich der A.usgangsamplitudc oder dem Ausgangspegel des Digital-Analog-Umsetzers 14 gemacht. Im übrigen wird der Kondensator 11062 auch für die Stellung »1.6« verwendet, da wegen eines kleinen Pegelunterschiedes im wesentlichen kein Problem auftritt.

Wegen des schmalen Dynamikbereiches des Delta modulators H muß seinem Eingangspegel ausreichende Aufmerksamkeit geschenkt werden, um einen guten Signal-Geräusch-Abstand /u erzielen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 aus F i g. I wird deshalb durch die Diode 6 gleichgerichtet, durch den Widerstand 7 und den Kondensator 8 geglättet und in die Basis des Transistors 9 eingespeist. Die resultierende Änderung des Basispotentials bewirkt eine Änderung der Emitter-Kollektor-Impedanz des Transistors 9. so daß der F.ingangspegel des Verstärkers 4 geändert wird. Mit anderen Worten: Wenn sich der Ausgangspegel des Verstärkers 4 erhöht, wird die Impedanz zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 9 verringert, was bewirkt, daß sich auch der Eingangspegel des Verstärkers 4 verringert. Das Ausgangssignai des Verstärkers 4 wird somit auf einem effekti ·τι Wert 0.5 V gehalten, bei dem der Geräuschabstand des Deltamodulators 11 optimal oder annähernd optimal ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I.Niederfrequenzsignal-Kompander,

— mit einem Analog-Digital-Umsetzer, der das Niederfrequenzsignal in ein digitales Signal umsetzt,

— mit einer diesem nachgeschalteten Speichereinheit zum Speichern des digitalen Signals mit unterschiedlicher Schreib-und Lesegeschwindigkeit und

— mit einem diesem nachgeschalteten Digital-Analog-Umsetzer,

gekennzeichnet durch

— die Verwendung eines Direktzugriffspeichers 1:

— einen mit dem Speicher-Taktimpuls-Generator (17) verbundenen Schreibadressenzähler (1601 -1, 1601-2, 1601-3) zum Zählen der Impulsperioden derSchreibtaktimpulse,

— einen mit dem Generator (17) verbundenen Leseadressenzähler (1601-4, 1601-5, 1601-6) zum Zählen der Impulsperioden der Leselaktimpulse,

— einen mit dem Generator(17),dem Schreibadressenzähler (1601-1, 1601-2, 1601-3) und dem Leseadressenzähler (1601-4, 1601-5, 1601-6) verbundenen und durch die Schreibtaktimpulse gesteuerten Wähler (1602), der bei logischer »I« bzw »0« der Schreibtaktimpulse das Ausgangssignal vom Schreibadressenzähler (1601-1, jo 1601-2 1601-3) bzw. vom Leseadressenzähler (1601-4,1601-5,1601-6) dieses zum Direktzugriffspeicher (12) speist, um .w diesem eine Adresse zu bestimmen, und

— einen mit dem Genera jr (17) verbundenen Vergleicher (1603), der ein dem Schreibtaktimpuls zugeordnetes Signal mit einem dem Lesetaklimpuls zugeordneten Signal vergleicht und den Schreibtaktimpulsen zugeordnete Auswahl-Taktimpulse erzeugt, um diese in den «o Direktzugriffspeicher (12) zur Ermittlung der durch den Wähler (1602) bestimmten Adresse bei logischer »1« bzw. »0« der Schreibtaktimpulst: in einem Schreib- bzw. Lesemodus zu speisen (F ig. 2).

2. Niederfrequenzsignal-Kompander nach Anspruch !,gekennzeichnet durch

— Stellglieder (1706', 1707') für die Einstellung der Dauer der durch den Generator (17) erzeugten Schreib- und Leselaktimpulse (F i g. 2).

J. Niederfrequenzsignal-Kompander nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet.

— daß der Generator (17) einen Hauptoszillator (1701) sowie mehrere Frequenzteiler (l702-1706)undSchalter(!707)enihält,

— daß die Frequenzteiler (1702-1706) den durch den Hauptoszillator (1701) er/eugtrn Taktimpuls in mehrere Impulsreihen mit unterschiedlichen Frequenzen aufteilen,

— wobei eine Impulsreihe als Lesclaktimpuls ermittelt ist. und

— daß die Schalter (1707) mit den Frequenzteilern (1702—1706) verbunden sind, um eine der Impulsreihen einschließlich des Lesetaktimpulses als Schreibtaktimpuls auszuwählen (F i g. 2).

4. Niederfrequenzsigrial-Kompander nach Anspruch I, gekennzeichnet durch

— nut dem Generator (17) verbundene Stellglieder

(1706, 1707) zur Einstellung der Dauer der logischen »I« der Schreibtaktimpulse und der Dauer der logischen »I« der Lesetaktimpuise,

— wobei die Dauer der logischen »I« des Lesetaktimpulses gegenüber derjenigen des Schreibtaktimpulses verlängert ist, um die eingestellten Impulse in den Schreibadressenzähler (1601-1, 1601-2, 1601-3), den Leseadressenzähler (1601-4, 1601-5, 1601-6) und den Vergleicher (1603) zu speisen,

— der einen bestimmten Impuls im Zustand einer logischen »1« nur dann abgibt, wenn das dem Schreibtaktimpuls zugeordnete Signal und das dem Lesetaktimpuls zugeordnete Signal beide im Zustand einer logischen »1« sind, und

— einen mit dem Vergleicher (1603) verbundenen zweiten Generator (1303), der lediglich ein dem Lesetaktimpuls zugeordnetes Lesesignal durch Steuern des Ausgangssignals des Direktzugriffspeichers (12) abhängig vom Ausgangsimpuls des Vergleichers (1603) erzeugt und zum Digital-Analog-Umsetzer (14) speist.

5. Niederfrcquenzsignal-Kompander nach Anspruch I, wobei der Analog-Digital-Umsetzer einen Deltamodulator aufweist, dadurch gekennzeichnet,

— daß der Analog-Digital-Umsetzer (U) außer dem DelU'modulator einen ersten Integrierer (1104) in dessen Rückkopplungsschleife aufweist,

— daß der Digital-Analog-Umsetzer (14) ein zweiter Integriererist,

wobei die Integrationskonstante wenigstens des ersten oder des zweiten Integrierers bezüglich des Schreib- und des Lesezyklus veränderlich ist, und

— daß ein Entzerrer die Ausgangspegel des ersten und des zweiten Integrierers entzerrt (F i g. 2).

6. Niederfrequenzsignal-Kompander nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Integrationskonviante des /weiten Integrierers unveränderlich ist und

— daß die lntegrationskon?tantc des ers'.cn Integrierers proportional /um Schreibzyklus veränderlich ist.

7. Niederfrequenzsignal-Kompander nach Anspruch 1, wobei der Analog-Digital-Umsetzer ein Deltamodulator ist, dadurch gekennzeichnet,

— daß dem Deltamodulator (11) das Niederfrequenzsignal mit im wesentlichen gleichem Pegel durch Wiedergabe von einem Magnetband zuführbar ist.

8. Niederfrequenzsignal-Kompander nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

— einen mit dem zweiten Generator (1303) verbundenen dritten Generator (1304),

— der aus der Ausgangssignalcn des zweiten Generators (1303) Impulse der gleichen einheitlichen Impulsbreite wie die Lesetaktimpulse erzeugt, indem die Lcsctaktimpulsc der Stellglieder (1706, 1707) steuerbar sind, um die einheitlichen Impulse zum Digital-Analog-Umsetzer (14) zu speisen.

9. Niederfrcqucnzsignal-Kompander nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,

— daß der Wähler (1602) ein erstes UND-Gatter (16021). ein zweites UND-Gatter (16022) und ein NICI IT-Glied (16023) hat,

— wobei verbunden sind:

- ein Eingang des ersten UND-Gatters (16021)

mil dem ersten Generator(17),

— der andere Eingang des ersten UND-Gatters (16021) mit dem Schreibadressenzähler (1601-1,1601-2,1601-3),

— der Ausgang des ersten UND-Gatters

(16021) mit dem einen Eingang des NICHT-Gliedes (16023), ein Eingang des zweiten UND-Gatters (16022) mit dem ersten Generate. (17),

— der andere Eingang des zweiten UND-Gatters (16022) mit dem Leseadressenzähler (1601-4,16Oi-S, 1601-6).

— der Ausgang des zweiten UND-Gatters

(16022) mit dem anderen Eingang des NICHT-Gliedes(16023)und

— der Ausgang des NICHT-Gliedes (16023) mit dem Direktzugriffspeicher (12), so daß die Schreibtaktimpulse zum einen Eingang des ersten UND-Gatters (16021) und die umgekehrten Impulse der Schreibtaktimpulse zum zweiten UND Gattcr(!6022)spcäsbarsind.