DE2556353C3 - Anordnung mit einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

mr

z(mrT) =y W^mr'^kx(kT)

Ic = O

gegeben wird, worin r eine postive ganze Zahl darstellt und Wein Gewichtsfaktor ist, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierendedigita-Ie Signalverarbeitungsvorrichtung ein nichtrekursives Digitalfilter enthält, in dem jeweils mit einer Periode rTnacheinander auftretende Gruppen von r nacheinander auftretenden Signalabtastwerten x(nT) verarbeitet werden, um eine Folge binär kodierter und mit der genannten Ausgangsabtastperiode rT auftretender Hilfssignalabtastwerte y(mrT) zu erzeugen, wobei die Beziehung zwischen y(mrT) und den genannten r Signalabtastwerten x(nT) einer Gruppe durch die Beziehung

τ- 1

y (mrT) = Y) W¹ χ [{mr - i) T]

I = 0

mit m = 0, 1, 2, 3 ... und

χ l(mr - i) T] = 0 für mr — i < 0

gegeben wird, welche Hilfsabtastwerte y(mrT) einem integrierenden Netzwerk zum Erzeugen der genannten Signalabtastwerte z(mrT) zugeführt werden, wobei die Beziehung zwischen z(mrT) und y(mrT) durch die Beziehung

35

45

¹'^J)r

y(jrT)

= Wz[(ro-l)rT]+;y(mrT)

Signalabtastwerten x(nT) mit N+r-1 Filterkoeffizienten h'ti) eingerichtet ist, wobei die Beziehung zwischen h'(j)und h(k)durch die Beziehung

"-"Hk)

gegeben wird, in der

0 < k < N - 1
und

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtrekursive Digitalfilter, das direkt dem genannten integrierenden Netzwerk vorangeht, mit einem Eingangskreis versehen ist, in den eine Speichervorrichtung aufgenommen ist, der die Signalabtastwerte x(nT) zugeführt werden, und die zur Speicherung einer Gruppe von r nacheinander auftretenden Signalabtastwerten x(nT) und zur Übertragung mit jeweils einer Periode rT einer derartigen Gruppe auf das genannte nichtrekursive Digitalfilter eingerichtet ist

4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eingerichtet ist zur Umwandlung eines deltamodulierten Signals, innerhalb dessen die Deltamodulationsimpulse x(nT) mit einer vorgegebenen Eingangsabtastperiode T auftreten, in ein impulskodemoduliertes Signal (PCM-Signal), innerhalb dessen Impulsegruppen z(mrT) mit einer vorgegebenen Ausgangsabtastperiode rT auftreten, welche Anordnung einen in Reihe geschalteten nichtrekursiven Digitaltiefpaß enthält, dem die genannten Deltamodulationsimpulse x(nT) zugeführt werden und dessen Ausgangskreis an den Eingangskreis der genannten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung angeschlossen ist.

gegeben wird, wobei

z[(m-l)rT] = 0

für alle m — l <0.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Eingang der genannten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung an den Ausgang eines nichtrekursiven Digitalfilters angeschlossen ist, das zur Faltung von N Signalabtastwerten x(nT) mil N Filterkoeffizienten h(k) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zuletzt genannte nichtrekursive Digitalfilter und das genannte nichtrekursive Digitalfilter, das einen Teil der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung bildet, zu einem einzigen nichtrekursiven Digitalfilter zusammengefaßt sind, das zur Faltung von N+r-\

■

(A) (1) Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einer digitalen integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Ausgangsabtastperiode rT auftretender Signalabtastwerte zfmrT), wobei die Beziehung zwischen den Signalabtastwerten x(nT) und einem Signalabtastwert z(mrT) durch die Beziehung

mr

z(mrT) =2) W^mr~^kx(kT)

gegeben wird, worin reine positive ganze Zahl darstellt, aus einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Eingangsabtastperiode T auftretender Abtastsignalwerte x(nT)nnd Wein Gewichtsfaktor ist.

Eine derartige Anordnung kann z. B. zur Umwandlung eines delta (DM)- oder differentialimpulskode (DPCM)-modulierten Signals in ein impulskodemoduliertes Signal benutzt werden. Für diesen Zweck müßte das DM- oder DPCM-Signal zunächst dekodiert werden, was auf das Integrieren der DM-Impulse oder

DPCM-Impulsgruppen hinausläuft, wobei dann die

m Dekodierer gelieferten Signalabtastwerte gegebe-

nfalls über ein Filter zur Einschränkung der

Randbreite einem PCM-Kodierer zugeführt werden, der

h" är kodierte Signalabtastwerte mit einer Abtastfre-

lienz liefert, die erheblich, um z. B. einen Faktor 8,

niedriger als die Abtastfrequenz des DM- oder des

npCM-Signals ist. .

Auch kann eine derartige eingangs beschriebene Anordnung ein digitales nichtrekursives Filter enthalten in dem Gewichtsfaktoren angewandt werden, die Hur'ch differentielle Kodierung des Impulsdurchlaßbe- »!rhes des Filters erhalten sind, z.B. durch eine Zierung auf die in der Dt-OS 24 28 346 der Anmelderin beschriebene Weise oder auf die von G. B. I ockhart in seinem Artikel »Binary transversal filters with quantised coefficients«, Electronics Letters, den 3 Juni 1971, Band 71, Nr. 11 beschriebene Weise. Zum Erhalten der Signalabtastwerte x(mrT) müssen die von dem genannten nichtrekursiven digitalen Filter gelieferten binär kodierten Signalabtastwerte in der integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung noch bearbeitet (integriert) werden.

(A) (2) Beschreibung des Standes der Technik Eine bekannte integrierende Signalverarbeitungsvorrichtung wird durch einen Akkumulator gebildet in dem ieweils ein angebotener binär kodierter Signalabtastwert zu dem sogenannten Inhalt des Akkumulators " den neuen Inhalt des

(B) Beschreibung der Erfindung Die Erfindung bezweckt, eine insbesondere zur Anwendung in den vorgenannten Anordnungen besonders geeignete integrierende digitale Signalverarbeitungsvorrichtung zu schaffen, die sich sogar bei einem sehr kleinen Wert der genannten Eingangsabtastperiode T besonders gut dazu eignet, in integrierter Form (L.S.I. = large scale integration, ζ. B. mit Hilfe von I²L-ο oder MOS-Techniken) ausgeführt zu werden.

Nach der Erfindung enthält dazu die integrierende digitale Signalverarbeitungsvorrichtung ein nichtrekursives digitales Filter, in dem jeweils mit einer Periode rT nacheinander auftretende Gruppen von r nacheinander auftretenden Signalabtastwerten x(nT) verarbeitet werden, um eine Folge binär kodierter und mit der genannten Ausgangsabtastperiode rT auftretender Hilfssignalabtastwerte y(mrT) zu erzeugen, wobei die Beziehung zwischen y(mrT) und den genannten r Signalabtastwerten x(nT) einer Gruppe gegeben wird durch die Beziehung:

r- 1

y(mrT)=^ W χ [_(mr - i) T^ , (2)

welche Hilfssignalabtastwerte yfmrT) einem integrierenden Netzwerk zum Erzeugen der genannten Signalabtastwerte z(mrT) zugeführt werden, wobei die Beziehung zwischen z(mrT) und y(mrT) gegeben wird

Akkumulators bildet.

Eine andere bekannte Ausführungsform einer integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung wird durch ein rekursives digitales Filter erster Ordnung gebildet, wobei im rekursiven Teil ein Gewichtsfaktor W

^anIuin"Erhalten eines Signalabtastwertes z(mrT) am Ausgang des Akkumulators oder des rekursiven digitalen Filters erster Ordnung wird dessen Inhalt ieweils mit einer Periode rT unter der Steuerung eines Taktimpulses ausgelesen. ,..··,

Auf diese Weise liefert z. B. das rekursive digitale Filter erster Ordnung einen Signalabtastwert zfmrT), dessen Beziehung zu den Eingangssignalabtastwerten _x(nT)des Filters durch die Beziehung gegeben wird:

mit χ (iT) = 0

mr

=Σ W^mr-'x(iT) für

(D = W^rz[(m-l)rT]+y(mrT). (3)

In den Ausdrücken (2) und (3) stellt W wieder den obengenannten Gewichtsfaktor dar und gilt außerdem, daß z[(m- I)Z-TJ=O für /η-1 <0.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, daß dem integrierenden Netzwerk nur Signalabtastwerte mit einer Periode rT und nicht mehr, wie bei den beschriebenen bekannten integrierenden Vorrichtungen, die zur Erhöhung der Ausgangsabtastperiode in bezug auf die Eingangsabtastperiode verwendet werden, mit einer Periode T angeboten werden. Dadurch ist eine erhebliche Herabsetzung der sogenannten inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit der integrierenden Vorrichtung erzielt.

und z (-T) = 0.

In diesem Ausdruck haben die Symbole die nachstehenden Bedeutungen:
T: die Periode, mit der die Signalabtastwerte x(nT) auftreten;

/: die Rangnummer des nach dem Zeitpunkt i=0 auftretenden Signalabtastwertes x(iT);

W: der vorgenannte Gewichtsfaktor;

r: eine ganze und positive Zahl, die die Vergrößerung der Ausgangsabtastperiode in bezug auf die Eingangsabtastperiode der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung angibt (r ist annahmeweise größer als eins);

m: eine ganze und positive Zahl, die die Rangnummer des nach dem Zeitpunkt (=0 mit einem geraden Vielfachen der Ausgangsabtastperiode rT auftretenden Signalabtastwertes z(mrT).

(C) Beschreibung der Ausführungsbeispiele

F i g. 1 zeigt eine bekannte Ausführungsform einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung;

F i g. 2 stellt einige Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1 dar;

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung nach der

Erfindung;
F i g. 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung

nach F i g. 3;

Fig.5 zeigt eine bekannte Ausführungsform einer Einrichtung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein PCM-Signal durch Deltamodulation;und

F i g. 6 stellt schematisch den Aufbau einer derartigen in F i g. 5 gezeigten Einrichtung nach der Erfindung dar.

(D) (1) Grundsätzlicher Aufbau

In F i g. 1 ist eine bekannte Ausführungsform einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung dargestellt, und zwar in Form eines rekursiven digitalen Filters erster Ordnung, das auf bekannte Weise durch einen Addierer 1, eine Verzögerungseinrichtung 2 und einen Multiplizierer 3, dem ein Gewichtsfaktor W zugeordnet wird, gebildet wird. Dem Addierer 1 wird über einen ersten Eingang eine Folge binär kodierter Signalabtastwerte x(nT) zugeführt. Diese Signalabtastwerte treten mit einer Periode Tauf, die oben bereits als Eingangsabtastperiode bezeichnet ist.

Zur Erzielung der richtigen Integrationskennlinie soll die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung 2 bekanntlich gleich der Eingangsabtastperiode Tgewählt werden.

Jeweils nach dem Auftreten eines Eingangsabtastwertes x(nT) liefert diese integrierende Signalverarbeitungsvorrichtung einen binär kodierten Ausgangssignalabtastwert z(nT).

Außer den Signalabtastwerten x(nT) und z(nT) ist auch der Gewichtsfaktor Wublicherweise binär kodiert.

Durch die Rückkopplung von z(nT)aui einen zweiten Eingang des Addierers 1 über den Multiplizierer 3 werden in dieser Signalverarbeitungsvorrichtung die Abtastwerte x(nT) einer Verarbeitung unterworfen, die mathematisch durch den Ausdruck:

η
i = 0

(iT) = Wz [(η-I)T] + χ (ηT)

(4)

dargestellt werden kann. Dabei wird angenommen, daß x(iT)= 0 und z(iT)= 0 für alle /< 0.

Für eine Vielzahl in der Praxis angewendeter Vorrichtungen, z. B. bei der in der Einleitung erwähnten Vorrichtung zur Umwandlung eines deltamodulierten Signals in ein PCM-Signal, ist es genügend, wenn nur ein Abtastwert z(nT) einer Reihe von r Abtastwerten z(nt) zur weiteren Verarbeitung (z. B. zur Übertragung auf einen Empfänger) zur Verfügung steht In F i g. 1 werden dazu die Abtastwerte z(nT) einer nur symbolisch dargestellten Abtastvorrichtung 4 zugeführt, die von Taktimpulsen gesteuert wird, die mit einer Periode T auftreten und einem Taktimpulsgenerator 4(1) entnommen werden. Diese Abtastvorrichtung 4 liefert also die binär kodierten Signalabtastwerte z(mrT), die z. B. je den Augenblickswert eines analogen Signals darstellen, und die auf die im Ausdruck (1) angegebene Weise auf die Abtastwerte xfn7?bezogen sind.

In F i g. 2 ist erläuterungsweise bei a eine Reihe von Abtastwerten x(nTX bei b die Reihe von Abtastwerten z(nT)iind bei cdie durch Abtastung mit der Vorrichtung 4 erhaltene Reihe von Abtastwerten z(mrT) dargestellt, wobei r gleich 3 gesetzt ist. In diesen Diagrammen sind als Abszisse ausschließlich die Rangnummern der nach dem Zeitpunkt f=0 auftretenden Signalabtastwerte aufgetragen.

Obgleich nur einer aus einer Reihe von r Abtastwerten z(nT) von der Abtastvorrichtung 4 zur weiteren Verarbeitung durchgelassen wird, sollen bei einer derartigen, in F i g. 1 dargestellten integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung dennoch alle Abtastwerte z(nT) berechnet werden, um Signalverzerrung zu vermeiden. Dadurch soll jeweils innerhalb einer Eingangsabtastperiode T ein Abtastwert z(nT) berechnet werden.

Vor allem wenn eine derartige integrierende Signalverarbeitungsvorrichtung in integrierter Form, z. B. mit Hilfe von I²L- oder MOS-Techniken, ausgeführt werden soll und insbesondere wenn sie mit mehreren anderen S digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen, wie digitalen Filtern und digitalen Modulatoren, auf einer einzigen Halbleiterscheibe untergebracht werden soll, soll besondere Aufmerksamkeit der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit gewidmet werden, die bei bekannten

ι ο Vorrichtungen dieser Art z. B. 12 M Hz beträgt

Die Erfindung bezweckt, die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit der obenbeschriebenen integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung, bei der jeweils nur ein Abtastwert z(nT) einer Reihe von r Abtastwerten z(nT) zur weiteren Verarbeitung benutzt wird, erheblich herabzusetzen.

(2) Die Vorrichtung nach der Erfindung

Die in F i g. 3 gezeigte integrierende digitale Signal-Verarbeitungsvorrichtung nach der Erfindung enthält ein nichtrekursives Digitalfilter 5, das auf übliche Weise ausgeführt und dessen Ausgang mit einem Eingang eines integrierenden Netzwerks 6 verbunden ist das, wie die integrierende digitale Signalverarbeitungsvorrichtung nach Fig. 1, durch ein rekursives Digitalfilter erster Ordnung gebildet wird.

Insbesondere ist in Fig.3 der Faktor r, der die Erhöhung der Ausgangsabtastperiode in bezug auf die Eingangsabtastperiode darstellt, gleich 3 gesetzt Das nichtrekursive Digitalfilter 5 ist auf bekannte Weise mit einer digitalen Verzögerungsleitung 7 mit r, d.h. mit drei, Verzögerungsabschnitten 7(0)-7(2) versehen, die je zur Speicherung eines vollständigen Signalabtastwertes x(nT) eingerichtet sind. Diese Verzögerungsabschnitte sind auf übliche Weise über Multiplizierer 8(0), 8(1), 8(2) an die Eingänge eines Addierers 9 angeschlossen. Der Ausgang dieses Addierers 9 ist an einen Eingang eines Addierers 10 des integrierenden Netzwerks 6 angeschlossen. Dieses integrierende Netzwerk,

dessen Aufbau dem der Vorrichtung nach F i g. 1 entspricht enthält weiter ebenfalls eine Verzögerungseinrichtung 11 und einen Multiplizierer 12. Die Signalabtastwerte z(m3T) werden dabei unmittelbar dem Ausgang des Addierers 10 entnommen.

Die Gewichtsfaktoren, die, wie üblich, den Multipli zierern 8(0), 8(1), 8(2) des Filters 5 zugeordnet werden weisen die Werte 1, Wbzw. W auf, wobei Wgleichden Gewichtsfaktor ist, der in der Vorrichtung nach Fig. 1 dem Multiplizierer 3 zugeordnet wird. Ebenso ist dei Gewichtsfaktor, der dem Multiplizierer 12 im integrie renden Netzwerk 6 zugeordnet wird, gleich W³ ode allgemeiner W*.

Im Filter 5 werden jeweils nacheinander auftretendi Gruppen von r Signalabtastwerten verarbeitet, welchi Gruppen mit einer Periode /Tauftreten und durch je nacheinander auftretende Signalabtastwerte x(nT) ge bildet werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.3, ii dem r-3 ist werden auf diese Weise die Gruppen vo Signalabtastwerten

x(0), x(T), x(2T), x(3T), x(4T),

χ (5 T)..., x(nT), χ [(n +I)T], x[(n + 2)T] χ [(»1+ 3) T], χ [(n+ 4) T], x[(n + 5)T] usw.

in dem Filter 5 verarbeitet Jede dieser Gruppen liefei einen binär kodierten Hilfssignalabtastwert y(mrT) a

den Ausgang des Filters 5, welche Abtastwerte y(mrT) somit mit einer Periode rT auftreten, wobei die vom Filter 5 gegebene Beziehung zwischen y(mrT) und der zugehörigen Gruppe von r Signalabtastwerten x(nT)'m dem Ausdruck (2) dargestellt ist, in dem für dieses Ausführungsbeispiel r= 3 gesetzt werden soll.

Im integrierenden Netzwerk 6 werden nun diese Hilfssignalabtastwerte y(mrT) auf übliche und bereits an Hand der F i g. 1 angegebene Weise integriert. Im Gegensatz zu der Vorrichtung nach F i g. 1 ist nun jedoch die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung 11 gleich der Periode gewählt, mit der die Abtastwerte y(mrT) auftreten, d. h. gleich γΤ(-ΖΤ), und es wird ein Gewichtsfaktor mit einem Wert VVY= W¹) verwendet, wodurch zwischen z(mrT) und y(mrT) eine Beziehung erhalten ist, die durch die Beziehung (3) ausgedrückt wird.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist also erreicht, daß dem integrierenden Netzwerk Signalabtastwerte y(mrT) zugeführt werden, die mit einer Periode rT nacheinander auftreten, so daß die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit des integrierenden Netzwerks in bezug auf die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung um einen Faktor r abgenommen hat.

In dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel treten zwar die Hilfssignalabtastwerte y(mrT) mit einer Periode jTauf, aber die Signalabtastwerte x(nT) treten mit einer Periode T auf, so daß im Filter 5 ein Abtastwert y(mrT) innerhalb einer Periode Tberechnet werden soll, was wieder eine Erhöhung der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit der integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung zur Folge hat. Da diese Erhöhung der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit jedoch das Ergebnis der im Filter 5 durchzuführenden Verarbeitungen ist, kann nun durch Anwendung der in der gleichzeitig eingereichten niederländischen Patentanmeldung 74 16 479 beschriebenen Maßnahmen die zuletzt genannte Erhöhung der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit wieder verringert werden. An Hand der F i g. 4 wird dies näher auseinandergesetzt werden.

Das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung entspricht weitgehend der in Fig.3 gezeigten Vorrichtung. In F i g. 4 sind denen der F i g. 3 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig.3 bezeichnet. So enthält auch die in Fig.4 dargestellte Vorrichtung das integrierende Netzwerk 6 und das Digitalfilter 5. In diesem Filter 5 sind nun nicht die drei Verzögerungsabschnitte 7(0)-7(2), wie in F i g. 3, miteinander verbunden, um eine Verzögerungsleitung zum Einschreiben von Gruppen von drei aufeinanderfolgenden Signalabtastwerten x(nT) zu bilden, sondern es wird in diesem Falle das Einschreiben von Gruppen von im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei aufeinanderfolgenden Abtastwerten x(nT) in die Verzögerungsabschnitte 7(0)-7(1) unter Verwendung eines zusätzlichen Puffers 13 durchgeführt. Dieser Puffer 13 wird dabei durch eine Verzögerungsleitung mit drei Verzögerungsabschnitten 13(0), 13(1) und 13(2) gebildet, die je zur Speicherung eines vollständigen binär kodierten Signalabtastwertes x(nT) während einer Zeit gleich der Eingangsabtastperiode T eingerichtet sind. Nachdem in den Puffer 13 eine Gruppe von drei Signalabtastwerten x(nT), z. B. die Abtastwerte Verzögerungsabschnitte 13(0), 13(1) und 13(2) über UND-Glieder 14(0), 14(1) bzw. 14(2) einer Übertragungsschaltung 14 in die Verzögerungsabschnitte 7(0), 7(1) bzw. 7(2) eingeschrieben und dann auf die bereits beschriebene Weise in dem Filter 5 und dem integrierenden Netzwerk 6 verarbeitet.

Zur Übertragung des Inhalts des Puffers 13 auf die Verzögerungsabschnitte 7(.) werden den UND-Gliedern 14(.) Taktimpulse zugeführt, die einem Taktimpulsgenerator 15 entnommen werden und mit einer Periode rT auftreten. Nach dem Einschreiben des Inhalts des Puffers 13 in die Verzögerungsabschnitte 7(.) werden in den Puffer 13 drei neue Signalabtastwerte x(nT), d. h. die Signalabtastwerte

χ [(n +3) Γ], χ [(ii + 4) T] und jc[(n + 5)T],

x(nT), χ

.x [(n+ 2) T].

eingeschrieben worden ist, wird der Inhalt der eingeschrieben, die dann ihrerseits auf die Verzögerungsabschnitte 7(.) übertragen werden, usw.

Auf diese Weise ist erreicht, daß sich der Inhalt der Verzögerungsabschnitte 7(.) des Filters 5 nur einmal pro Periode rT ändert, so daß im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zur Berechnung eines Hilfssignalabtastwertes y(mrT) eine Periode rT zur Verfugung steht, wodurch die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit des Filters 5 in bezug auf das Filter 5 nach F i g. 3 um einen Faktor r herabgesetzt ist.

Es sei bemerkt, daß ohne Beeinträchtigung der Wirkung der Vorrichtungen nach den F i g. 3 und 4 die Verzögerungsabschnitte 7(0) bzw. 13(0) fortgelassen werden können.

Die Anwendung einer derartigen, in den F i g. 3 und 4 gezeigten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung 6 ist besonders vorteilhaft in einer Anordnung zur Umwandlung z. B. eines deltamodulierten Signals in ein PCM-Signal oder in einer Anordnung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein PCM-Signal durch Deltamodulation (siehe z. B. Referenz 4).

Fig.5 zeigt schematisch eine digitalisierte Ausführungsform einer derartigen, bereits unter Referenz 4 angegebenen Anordnung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein PCM-Signal, wobei das analoge Signal zunächst in ein deltamoduliertes Signal umgewandelt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein analoges Signal mit einer Bandbreite B von einer Quelle 15 geliefert, und dieses Signal wird mittels eines sogenannten gleichmäßigen Deltamodulators 16 in eine Reihe von Dehaimpulsen x(nT) umgewandelt, wobei T die Deltamodulationsabtastperiode darstellt und wobei angenommen wird, daß T=\/(2rB) ist, wobei r eine positive ganze Zahl ist. Diese Deltaimpulse x(nT; werden dann einer integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung 17 zugeführt, die dabei auf gleiche Weise wie die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung ausgeführt ist und somit ebenfalls einen Addierer, dem die Deltaimpulse x(nT)zugeführt werden, sowie eine Verzögerungseinrichtung 2 mit einer Verzögerungszeit T und einen Multiplizierer 3 enthält, dem wieder der Gewichtsfaktoi W zugeordnet wird. Die Vorrichtung 17 liefert nun die Signalabtastwerte z(nT), die, um zu vermeiden, daß da! vom Deltamodulator eingeführte Quantisierungsge rausch zunimmt, wieder mit einer Periode T auftretei sollen und je den Augenblickswert des ursprünglichei

(15 analogen Signals zu den Deltamodutationsabtastzeit punkten darstellen.

Da es für die Übertragung eines analogen Signals mi einer Bandbreite B mittels Impulskodemodulatioi

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10

(PCN) genügend ist, dieses analoge Signal mit einer Frequenz 2B abzutasten, genügt es, wenn auf die in bezug auf F i g. 1 beschriebene Weise nur ein Signalabtastwert z(nT) einer Reihe von r aufeinanderfolgenden Signalabtastwerten z(nT) mittels einer Abtastvorrichtung 4 zur Weiteren Verarbeitung, z. B. zur Übertragung, ausgewählt wird. Wie in F i g. 1 wird auch in diesem Falle die Abtastvorrichtung auf bekannte Weise von einem Taktimpulsgenerator 4(1) gesteuert, der mit einer Periode rTauftretende Abtastimpulse liefert.

Ehe jedoch das Ausgangssignal der Vorrichtung 17 aufs neue von der Abtastvorrichtung 4 abgetastet werden kann, soll von einem Tiefpaß 18 das Quantisierungsgeräusch, das außerhalb des Signalbandes des ursprünglichen analogen Signals liegt, unterdrückt werden. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist das Filter 18 als ein nichtrekursives Digitalfilter ausgebildet und vom Typ mit einer rückgekoppelten Verzögerungsleitung, wie insbesondere unter der bhib

zugeführten Abtastwert z'(nT)und den Ausgangsabtastwerten x(nT) des Deltamodulators J6 durch die Beziehung gegeben wird:

N-I

P=O J=O

(7)

Dabei wird wieder angenommen, daß x(iT)=0 und z(iT)=0 für alle /<0.

Durch den genannten gegenseitigen Stellungswechsel der integrierenden Vorrichtung 17 und des Digitalfilters 18 werden der integrierenden Vorrichtung 17 mit einer Periode T auftretende Signalabtastwerte mit einem Frequenzspektrum zugeführt, in dem das außerhalb des Signalbandes des ursprünglichen analogen Signals liegende Quantisierungsgeräusch unterdrückt ist, so daß nun die sich dem Tiefpaß anschließende integrierende Vorrichtung auf die in Fig.3 oder Fig.4 gezeigte

. _w. „,_{ö o o}, Weise aufgebaut werden kann. In F i g. 6 ist schematisch

Referenz 6 beschrieben worden ist. Dieses Filter enthält 20 der Aufbau der auf diese Weise erhaltenen Analog/ üblicherweise eine Verzögerungseinrichtung 19, die PCM-Umwandlungsvorrichtung dargestellt. In dieser durch eine Reihenschaltung von N Verzögerungsab- Fig.6 sind denen der vorhergehenden Figuren schnitten 19(0), 19(1) ... 19(AZ-I) gebildet wird, die je entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern zur Speicherung eines vollständigen Signalabtastwertes bezeichnet Die integrierende digitale Signalverarbei- z(nT) eingerichtet sind. Weiter enthält dieses Filter 25 tungsvorrichtung 22 der Anordnung nach Fig. ist einen Multiplizierer 20, dem außer den in den annahmeweise auf die in Fig.3 dargestellte Weise Verzögerungsabschnitten %) gespeicherten Abtastwerten z(nT) Filterkoeffizienten h(i) zugeführt werden, die
von einem ROM 21 abgegeben werden. Der Ausgang
dieses Multiplizierers 20 ist über einen Akkumulator 22 30
an einen Eingang der Abtastvorrichtung 4 angeschlos-

aufgebaut und enthält somit das digitale nichtrekursive Filter 5, das die Hilfssignalabtastwerte y(mrT) an das integrierende Netzwerk 6 liefert.

In bezug auf die in F i g. 5 gezeigte Einrichtung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein PCM-Signal mit einer Abtastfrequenz von IB weist die Einrichtung nach F i g. 6 den Vorteil auf, daß in das nichtrekursive Digitalfilter 18 nur Einbitsignalabtastwerte, und zwar

Da, wie bereits bemerkt wurde, die Abtastwerte z(nT) am Ausgang der Einrichtung 17 mit einer Periode

auftreten sollen, die höchstens gleich der Eingangsab- 35 die Deltamodulationssignalabtastwerte, eingeschrieben tastperiode Tist, kann in dem Ausführungsbeispiel nach werden, was noch eine erhebliche Herabsetzung der Fig. 5 diese Einrichtung 17 nicht durch eine der Anzahl der Speicherelemente zur Folge hat
integrierenden Vorrichtungen nach den Fig.3 und 4 Soll nun mit dem Filter 18 nach Fig.6 die gleiche

ersetzt werden. Übertragungskennlinie wie mit dem Filter 18 nach

Wie bereits beschrieben wurde, ist aber die Beziehung 40 Fig. 5 erzielt werden, so soll in beiden Filtern die zwischen den Abtastwerten z(nT)\md den Abtastwerten gleiche Anzahl (N) Signalabtastwerte verarbeitet und

für beide Filter die gleichen Filterkoeffizienten h(ij verwendet werden.

Da im Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 eine Reihen-45 schaltung zweier nichtrekursiver Digitalfilter, und zwar der Filter 18 und 5, vorhanden ist, können diese Filter zu einem Filter zusammengebaut werden, in dem N+ r-1 Signalabtastwerte x(nT) verarbeitet werden und in derr N+r-\ Filterkoeffizienten h'(j) verwendet werden Dabei wird angenommen, daß χ(ΓΓ)-0 und z(iT)=0 für 50 wobei die Beziehung zwischen einem Filterkoeffizien alle ;<0. Wie weiter bekannt ist, bewirkt das ten h'Q) und den ursprünglichen Filterkoeffizienten h({ Digitalfilter 18 eine Faltung zwischen N Signalabtast- des Filters 18 durch die Beziehung gegeben wird:
werten z(nT) und N Filterkoeffizienten h(i), so daß die
Beziehung zwischen den Eingangsabtastwerten z(nT) j_

des Filters und einem Ausgangsabtastwert z'(nT) des Filters durch die Beziehung gegeben ist:

x(nT) am Ausgang bzw. am Eingang der integrierenden Vorrichtung 17 gegeben durch die Beziehung:

= VVzQn-I)T] + x(nT). (5)

55

mit 0 < k < /V-I

N-I

und 0 < j

ζ'(πΤ)=Σ hü) Z[In-J)T].

(6)

Da jedoch die obengenannten Integrations- und Filtervorgänge lineare Bearbeitungen darstellen, können in F i g. 5 die integrierende Vorrichtung 17 und das Digitalfilter 18 gegenseitig ihre Stellung wechseln. Dies ergibt sich auch aus der Substitution des Ausdrucks (5) in dem Ausdruck (6). Daraus folgt nämlich, daß die Beziehung zwischen einem der Abtastvorrichtung

Wenn nämlich insbesondere die Ausgangsabtastwert des in Fig.6 dargestellten Filters 18 durch p(nl dargestellt werden, ist entsprechend dem Ausdruck (i die Beziehung zwischen p(nT) und x(nT) durch de Ausdruck gegeben:

N- I

1 =0

χ [(n-j) T],

so daß entsprechend dem Ausdruck (2) die Beziehun

zwischen y(mrT)am Ausgang des Filters 5 und x(nT)am Eingang des Filters 18 durch den Ausdruck gegeben wird:

r-l N-I

y (mrT)=^ W^h(k) χ [(mr-i-k) T] . (10)

i = O k = O

Indem im Ausdruck (10) i+k=j gesetzt wird, kann dieser Ausdruck zu

N + r-2 1

y(mrT) =£x [(mr-j) T] £ W'~^k h (k) (11)

J = O k=j-r+l

0 < ic < η - 1

umgearbeitet werden, aus dem sich der Ausdruck (8) ergibt. Indem wieder die in der genannten gleichzeitig eingereichten niederländischen Patentanmeldung 74 16 479 beschriebenen Maßnahmen verwendet werden, z. B. auf die in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 bereits beschriebene Weise, kann wieder bewirkt werden, daß zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes y(mrT) durch das durch den Ausdruck (11) definierte nichtrekursive Digitalfilter eine Periode rT zur Verfügung steht. Auf diese Weise ist eine Anordnung zur Umwandlung eines gleichmäßig deltamodulierten Signals mit einer Abtastperiode Tin ein PCM-Signal mit einer Abtastperiode /T erhalten, in der in bezug auf die Anordnung nach F i g. 5 einerseits die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit um einen Faktor r herabgesetzt ist und in der andererseits eine erhebliche Herabsetzung der benötigten Anzahl Verzögerungselemente erhalten ist. In dem in F i g. 5 dargestellten Filter 18 sollen ja N Mehrbits-Signalabtastwerte, z. B. Achtbitsabtastwerte, gespeichert werden; in dem Filter, das durch Kombination der beiden in F i g. 6 dargestellten Filter 18 ui^d 5 erhalten wird, sollen nur N+ r-l Einbitsignalabtastwerte gespeichert werden. Für den oben beschriebenen Fall, d.h. bei der Umwandlung eines gleichmäßig kodierten Deltamodulationssignals in ein lineares PCM-Signal, liegt der Wert von N in der Größenordnung von 93 und der Wert von r in der Größenordnung von 8.

Es sei bemerkt, daß sich obenstehendes nicht auf die Umwandlung eines gleichmäßig deltamodulierten Signals in ein PCM-Signal beschränkt, sondern daß auf die oben beschriebene Weise auch ein nichtgleichmäßiges Deltamodulationssignal oder ein differentialimpulskodemoduliertes (DPCM)-Signal in ein PCM-Signal umgewandelt werden kann. Bei Anwendung nichtgleichmäßiger Deltamodulation oder nichtgleichmäßi ger DPCM soll das Filter 18 in der Vorrichtung nach F i g. 6 auf die in der Dt. OS 25 Ol 531 der Anmelderin angegebene Weise aufgebaut werden.
Auch trifft nach wie vor zu, was in bezug auf das Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 beschrieben ist, wenn in diesem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 der Deltamodulator 16 durch eine PCM-Kodiervorrichtung ersetzt wird, die mit einer Periode T auftretende binär kodierte Signalabtastwerte des von der Quelle 15

ίο abgegebenen analogen Signals liefert, während die Filterkoeffizienten des Filters 18 in einem differentiellen Kode gegeben sind, d. h., daß der Impulsdurchlaßbereich des Filters 18 durch eine Reihe differentiell kodierter Signalabtastwerte, z. B. eine Reihe differentialimpulsko-

demodulierter Signalabtastwerte (DPCM), oder auf die in der Dt. OS 24 28 346 der Anmelderin beschriebene Weise, annähernd erreicht ist. Die Filterkoeffizienten stellen nun diese differentiell kodierten Signalabtastwerte dar.

(3) Bemerkungen

In den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 und 4 ist das integrierende Netzwerk 6 als ein rekursives Digitalfilter erster Ordnung ausgebildet, in dem ein

Gewichtsfaktor W^r angewandt wird. Wenn jedoch dem Gewichtsfaktor W ein Wert +1 zuerkannt werden kann, kann dieses rekursive Digitalfilter erster Ordnung durch einen Akkumulator ersetzt werden. Auch sei noch bemerkt, daß für eine befriedigende Wirkung der in den F i g. 5 und 6 gezeigten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen diese Vorrichtungen dieselbe Übertragungskennlinie wie die integrierenden Netzwerke in den dargestellten Deltamodulationsvorrichtungen 16 aufweisen sollen.

Bisher wurde über binär kodierte Signalabtastwerte gesprochen. Unter diesem Ausdruck ist üblicherweise zu verstehen, daß die Signalabtastwerte in Kodewörtern gegeben sind, die in »Sign-magnitude«-Darstellung oder in 2-Komplementdarstellung u. dgl. gegeben sind.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist von der Darstellungsweise dieser Kodewörter unabhängig-

Schließlich sei noch bemerkt, daß die Steuerung der unterschiedlichen E|emente auf übliche Weise erfolgt

und für die verschiedenen Ausführungsbeispiele mit Hilfe eines einzigen Taktimpulsgenerators erhalten werden kann. Auch diejenigen Taktimpulse, die in den dargestellten Ausführungsbeispielen von den Generatoren 4(1) und 15 geliefert werden, können dem genannter

Taktimpulsgenerator entnommen werden. Der Übersichtlichkeit halber ist auf diese Steuerung nicht nähei eingegangen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

kl* Patentansprüche:

1. Anordnung mit einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Ausgangsabtastperiode rT auftretender Signalabtastwerte z(mrT) aus einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Eingangsabtastperiode T auftretender Signalabtastwerte x(nT), wobei die ι ο Beziehung zwischen den Signalabtastwerten x(nT) und einem Signalabtastwert z(mrT) durch die Beziehung