DE2718229C2

DE2718229C2 - Codiereinrichtung zur Umsetzung eines analogen Eingangssignals in ein PCM-Signal hoher Auflösung

Info

Publication number: DE2718229C2
Application number: DE2718229A
Authority: DE
Inventors: James Charles Convent Station N.J. Candy; Yau Chau Morganville N.J. Ching
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1977-04-23
Publication date: 1984-10-11
Also published as: SE7704529L; NL7704369A; FR2349238A1; DE2718229A1; AU510152B2; BE853735A; JPS52130226A; FR2349238B1; AU2442377A; IT1072812B; SE417046B; CA1083260A; US4032914A; GB1527207A

Description

anderen Eingang der Kombiniereinrichtung (27) zu- 35 des analogen Eingangssignals bekannt sein, damit die geführt ist, und, abhängig von der Zeitsteuerungsein- günstigsten Koeffizienten der Multiplizierer gewählt

werden können, um ein PCM-Signal hoher Auflösung durch Minimierung des kumulativen Einflusses des Quantisierungsrauschens zu liefern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Auflösung des PCM-Signals gegenüber dem Codierer

40 der eingangs genannten Art weiter zu erhöhen, und zwar ohne Einsatz komplizierter digitaler Multiplizie

richtung (18, 24), während der ersten Gruppe von Codewörtern den negativen Wert während der zweiten Gruppe von Codewörtern den positiven Wert des Signals an ihrem einen Eingang zum Ausgangssignal der Speichereinrichtung i28) algebraisch addiert.

3. Codiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerungseinrichtung (F i g. 5; 48,49) eine dritte, mittlere Gruppe 45 Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von von Codewörtern definiert und daß die Kombinier- der Codiereinrichtung der eingangs genannten Art und

ist gekennzeichnet durch eine zweite Akkumuliereinrichtung, die das Ausgangssignal der ersten Akkumuliereinrichtung aufnimmt und während einer ersten Gruppe der Codewörter mit negativer Bewertung und während einer zweiten Gruppe mit positiver Bewertung aufsummiert und die Summe über eine Ausgangseinrichtung als PCM-Signal abgibt.

Durch den zweiten Akkumuliervorgang ergibt sich eine gleichmäßige Bewertung der Quantisierungsfehler vom ersten bis zum letzten Grobwert und damit eine

einrichtung (25), abhängig von der Zeitstenerungseinrichtung (48,49), während der dritten Gruppe von Codewörtern in Ruhe bleibt, derart, daß die Signale an ihren beiden Eingängen nicht miteinander kombiniert werden und die Summe in der Speichereinrichtung (28) nicht ändern.

Die Erfindung betrifft eine Codiereinrichtung zur Umsetzung eines analogen Eingangssignals in ein PCM-Signal hoher Auflösung mit folgenden Baugruppen: ein iDirektrückkoppiungscodierer mii einem Subtrahierer, "feinem nachgeschalteten Integrator und einem anschließenden Quantisierer, dessen Ausgangssignal zum Subtrahierer zurückgeführt und an einen Binärwandler angelegt ist, und eine Akkumulicreinrichtung. die eine vorbestimmte Anzahl der Codewörter am Ausgang des Binärwandlers aufsummiert.

Bei einer solchen bekannten Codiereinrichtung (US-PS 38 20 111) wird über eine Anzahl von Codegruppen höhere Genauigkeit durch eine verbesserte Fehlerauslösung. Weilerbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

en Es werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispielc unter Anwendung einer bewerteten Akkumulierung beschrieben. Bei einem Ausführungsbeispiel findet eine drcicckförmigc Bewertung und beim anderen Ausführungsbcispicl eine trapezförmige Bewertung stillt. In

ι/» den Zeichnungen zeigt

Fig.) das Blockschallbild einer Anordnung nach der Erfindung;
F i g. 2 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der An-

Ordnung nach Fig. 1;

ί i g. 3 eine Tabelle mil den Signalen, die den verschiedenen Bauteilen in F i g. 1 zugeordnet sind;

F i g. 4 eine graphische Darstellung der dreieckförmig bewerteten Akkumulierung, die zur Erzeugung des PCM-Ausgangssignals hoher Auflösung in Fig. 1 benutzt wird;

F i g. 5 das Blockschaltbild einer modifizierten Anordnung, bei der eine andere bewertete Akkumulierung durchgeführt wird;

F i g. 6 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise in Verbindung mit der Anordnung nach F- ig-5;

F i g. 7 eine Tabelle von Signalen, die der Tabelle gemäß F i g. 3 ähnlich ist und die Signale angibt, die von den Bauteilen der Anordnung nach F i g. 5 erzeugt werden:

F i g. 8 die trapezförmig bewertet.: Akkumulierung, die von der Anordnung gemäß Fig.5 vorgenommen wird

' >' Gemäß Fi g. 1 wird ein in digitaler Form zu codieren-,;des Analogsignal an einen Subtrahierer 11 angelegt. '-'.Dessen Ausgangssignal gelangt zu einem integrator 12, der wiederum sein Ausgangssignal an einen Klassifiziefer 13 mit sechzehn Schwellenwerten gibt. Der Klassifizierer 13 besitzt 16 Ausgänge, die über eine Sammelleitung 14 an den anderen Eingang des Subtrahierers 11 rückgekoppelt und außerdem mit einem binären Umsetzer 17 verbunden sind. Der Klassifizierer 13 tastet das Ausgangssignal des Integrators 12 in Abhängigkeit von Impulsen ab, die von einem Taktgeber 18 geliefert werden. Das Ausgangssignal des Klassifizierers 13 gibt dann auf der Sammelleitung 14 eine von 17 grobvn Quantisierungsstufen an. Der maximale Pegel des analogen Eingangssignals ist so gewählt, daß die Quantisierungsstufen an das Ausgangssignal des Integrators 12 angepaßt sind. Wenn das Ausgangssignal des Integraitors 12 den höchsten negativen Wert hat, so wird der Spannungspegel Null an allen sechzehn Ausgängen des Klassifizierers 13 erzeugt, während die höchste positive Ausgangsspannung vom Klassifizierer durch einen vorbestimmten Spannungswert an allen seinen sechzehn Ausgängen dargestellt wird. Das Fehlen einer Spannung an irgend einem Ausgang des Klassifizierers 13 gibt an, daß die Spannung am Eingang des Klassifizierers kleiner ist als der Quantisrerungsschwellenwert, der diesem Ausgang entspricht. Demgemäß liefert der Klassifizierer 13 eine Anzahl von Spannungswerten an den zweiten Eingang des Subtrahierers 11, die eine bestimmte Quantisierungsstjfe im Klassifizierer angeben. Der Ausgang des Subtrahierers 11 liefert ein Eingangssignal an den Integrator 12, das die Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal und der durch den Klassifizierer 13 angegebenen Quantisierungsstufe ist. Der Umsetzer 17 wandelt die Information auf der Sammelleitung 14 in digitale Form um (beispielsweise Digitalv/örter mit fünf Bits).

Der Codierer IS, der die bis hierher beschriebenen Schaltungen umfaßt, ist auf bekannte Weise ausgebildet. Eine solche Anordnung stellt einen vielstufigen Sigma-Modulator dar, und zwar wegen der Stelle, an der sich der Integrator 12 befindet, der nicht nur als analoger Akkumulator wirkt, sondern außerdem das analoge Eingangssignal integriert Wie oben erwähnt, wird dieser Codierertyp auch einfach als Direktrückkopplungscodierer bezeichnet. Ein solcher Codierer ist in der genannten US-Patentschrift 38 20111 beschrieben. Es sei betont, daß die vorteilhafte Betriebsweise der weiteren Schaltungen in Fig. 1, die nachfolgend beschrieben werden sollen, in erster Linie von dem allgemeinen Codierverfahren der direkten Rückkopplung abhängen und dall diese Betriebsweise leicht zur Lieferung vorteilhafter Ergebnisse angepaßt werden kann, wenn irgend eine der besonderen Eigenschaften des Codierers verändert wird.

Inder vorgenannten US-Patentschrift wird außerdem ein Umsetzer beschrieben, der an den Ausgang eines Direktrückkopplungscodiercrs ange ehaltet ist und ein PCM-Signal von Digitalwörtern mit achi Bits liefert. Dieser Umsetzer soll jetzt erläutert werden, damit die restlichen Schaltungen in F i g. 1 klar verständlich werden. Bei dem beschriebenen Umsetzer wird eine Mittelwertbildung von Ib grob quantisierten Digitalwörtern zur Bildung eines digitalen Ausgangswortes mit acht Bits benutzt. Mathematisch wird die Auflösung des digitalen \usgangssignals gegenüber dem Eingangssignal des Umsetzers um den Faktor N/fe (N = 16) verbessert.

Die Verbesserung beruht auf der Eigenschaft des Fehlers oder Rauschens jeder grob quantisierten Stufe bei der Annäherung des zu codierenden Analogsignals dahingehend, daß einige Fehler positiv und andere negativ sind, so daß sich bei der Mittelwertbildung eine Auslöschung ergibt. Die grundlegende und vernünftige Annahme geht dabei dahin, daß das an den Integrator gelieferte Quantisierurgsrauschen weißes Rauschen ist, das zufällige oder unkorrelierte Eigenschaften besitzt, so daß die Kombination einer Anzahl von grob quantisierten Stufen mit Hilfe einer digitalen Verarbeitung zu einer Selbstauslöschung dieses Rauschens führt.

Die restlichen Schaltungen in F i g. 1, die ebenfalls einen Umsetzer darstellen, arbeiten auf der Grundlage der obenangegebenen Annahme. Durch die beiden Akkumulatoren wird jedoch eine dreieckförmige Bewertungsfunkticn erzielt. Diese Bewertungsfunktion führt zu einer gleichmäßigen Bewertung der Quantisierungsfehler vom ersten bis zum letzten grob quantisierten Wert, die zu dem PCM-Ausgaugswort mit mehreren Ziffernpositionen beitragen. Dieser Vorgang verbessert die Seibstauslöschung der Fehler oder des Rauschens. Die dreieckförmige Bewertung verbessert die Auflösung des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssi-NVN

gnal des Umsetzers um

, wobei /V die Anzahl der

grob quantisierten Werte ist, die zur Erzeugung eines PCM-Ausgangswortes benutzt werden. Im Hinblick auf diese Beziehung zur Verbesserung der Auflösung ergibt

so sich, daß ein großer Wert für N bei der Bewertung zu einer wesentlichen Verbesserung der Auflösung gegenüber der üblichen Mittelwertbildung führt. Es wurden für jedes Ausführungsbeispiel besondere Auslegungsparameter gewählt, um ein PCM-Signal hober Auflö- «ting zu liefern, bei dem jedes digitale Ausgangswort vierzehn Bits hat.

Das Ausgangssigna! des Codierers 19 wird an den Umsetzerabschnitt in F i g. 1 gegeben. Ein digitaler Addierer 21 und ein Register 22 dienen als erster Akkumulator, in dem jedes neue, vom Codierer 19 erzeugte Digitalwort zum vorhergehenden Inhalt des Registers 22 addiert wird. Abhängig von Impulsen aus dem Taktgeber 18 liest und speichert das Register 22 das Ausgangssignal des digitalen Addierers 21. Auf diese Weise stellt der Inhalt des Registers 22 eine laufende Akkumulierung oder Summe der vom Codierer 19 erzeugten Digitalwörter dar. Dieser Vorgang setzt sich für die vorbestimmte Gruppe aller Digitalwörter fort, die zu jedem,

von der Anordnung in F i g. 1 erzeugten PCM-Ausgangswort beitragen. Am Ende jeder Akkumulierung der vorbestimmten Gruppe von Codewörtern vom Codierer 19 schaltet der Ausgangszustand der internen Stufen des Zählers 24 den Ausgang eines UND-Gatters

26 unter Erzeugung eines Übertragungsimpulses um. Der Übertragungsimpuls stellt das Register 22 auf Null zurück, so daß der Akkutnulierungsvorgang für das nächste PCM-Ausgangswort wiederholt werden kann,

Das laufende Akkumulierungssignal des Registers 22 auf der Sammelleitung 23 wird einem digitalen Kombinierer 27 zugeführt, der zusammen mit dem Register 28 als zweiter Akkumulator dient. Wie F i g. 1 zeigt, erscheinen Digitalsignale, die den Inhalt des Registers 28 angeben, auf der Sammelleitung 29, die das zweite Eingangssignal für den digitalen Kombinierer 27 liefert. Der verbleibende Eingang des digitalen Kombinierers

27 ist ein Betriebsweiseneingang, dem das Ausgangssignal der letzten Stufe im Zähler 24 zugeführt wird. Dieses Signal wird als Betriebsweisensignai bezeichnet, das dem digitalen Kombinierer 27 befiehlt, das Signal auf der Sammelleitung 23, welches den Inhalt des Registers 22 angibt, zu bzw. von den Signalen auf der Sammelleitung i*», die den Inhalt des Registers 28 angeben, zu addieren bzw. zu subtrahieren. Während des ersten Teils des Akkumulierungsvorganges zur Bildung eines PCM-Ausgangswortes veranlaßt das Arbeitsweisensignal den digitalen Kombinierer 27, ein Signal, das den negativen Wert des Inhaltes des Registers 22 angibt, mit dem Signal auf der Sammelleitung 29 zur Abgabe an das Register 28 zu kombinieren. Demgemäß stellt die Akkumuliereng im Register 28 eine zweite Akkumulierung mit dem negativen Wert des Inhaltes im Register 22 dar, der durch jede Gruppe von Digitalsignalen, die auf der Sammelleitung 23 auftreten, auf einen neuen Wert erhöht wird. Das Register 28 erhält außerdem Impulse vom Taktgeber 18, die das Auftreten aufeinanderfolgender Schritte bei der zweiten Akkumulierung im Register zeitlich steuern. Der Inhalt des Registers 28 wird auf diese Weise verändert, bis das von Zähler 24 erzeugte Betriebsweisensignal seinen Zustand ändert Dann werden Signale, die die erste Akkumulierung ohne Vorzeichenänderung angeben, direkt durch den digitalen Kombinierer 27 mit dem Signa! auf der Sammelleitung 29 kombiniert, und es wird der Inhalt im Register 28 so verändert, daß er bezüglich des Vorzeichens mit dem Inhalt des Registers 22 am Ende des Akkumulierungsvorganges übereinstimmt Das Betriebsweisensignal bleibt also für den restlichen Teil des Akkumulierungsvorgangs im zweiten Zustand.

Da die zweite Akkumulierung ein fortlaufender Vorgang ähnlich der ersten Akkumulierung ist, führt eine Zustandsänderung des an den digitalen Kombinierer 27 gegebenen Betriebsweisensignals etwa in der Mitte des Akkumulierungsvorganges zu einer Gesamtakkumulierung im Register 28, die im codierten Vorzeichen mit dem Inhalt des Registers 22 übereinstimmt. Wenn demgemäß das codierte Vorzeichen der Codewörter das Vorherrschen des einen oder anderen Vorzeichens zeigt, so bestimmt dieses Vorzeichen das Vorzeichen für die Akkumulierung in beiden Registern. Jedes Digitalwort vom Codierer f9 kommt im Register 28 um eine Taktperiode später gegenüber dem Zeitpunkt an, zu dem es den Codierer auf der Leitung 14 verläßt. Demgemäß wird der Übertragsimpuls, der das Register 28 löscht, in der Verzögerungseinrichtung 30 verzögert, die in typischer Weise ein D-Flip-Flop sein kann. Am Ende des /weiten Akkumulicrungsvorgangcs wird das Signal auf der Sammelleitung 29, das die Gesamtakkurriuiierung im Register 28 angibt, durch den vom UND-Gatter 26 über die Verzögerungseinrichtung 30 kommenden, verzögerten Übertragsimpuls in das Register 31 gelesen. Dieses Register liefert dann die PCM-Ausgarigswörter mit verbesserter Auflösung, die ein digitales Abbild des analogen Eingangssignals darstellen. Der Vorteil einer solchen Anordnung mit einem getrennten Ausgangsregister, nämlich dem Register 31, besteht darin, daß das Ausgangssignal jederzeit zwischen dem Erscheinen jedes neuen Wortes bis kurz vor dem Erscheinen des unmittelbar nachfolgenden Wortes entnommen werden kann.
Eine vollständigere Erläuterung der Betriebsweise für

(5 die Anordnung nach F i g. 1 läßt sich durch eine Prüfung der Zeitdiagramme in F i g. 2 gewinnen. Die Taktimpulse in F i g. 2 stellen das Ausgangssignal des Taktgebers 18 dar. Bei der Anordnung nach F ί g. 2 werden 255 aufeinanderfolgende Wörter vom Klassifizierer 13 benutzt, um ein einziges Ausgangswort aus dem Register 31 in F i g. 1 zu erzeugen. Das Taktsignal wird dem Zähler 24 zugeführt, der unter Verwendung einer internen Reihenschaltung von acht Stufen durch 256 teilt. Die Ausgangssignale der verschiedenen, aufeinanderfolgenden Stufen sind als Rechteckwellen in Fig.2 dargestellt. Das Ausgangssignal der achten Stufe wird dem digitalen Kombinierer 27 als Betriebsweisensignal zugeführt, um die Addier- oder Subtrahierabschnitte des Akkumulierungsvorganges im Register 28 zu definieren. Die Ausgangssignale aller internen Stufen des Zählers 24 werden zusammen mi dem Signal vom Taktgeber 18 dem UND-Gatter 26 zugeführt, das einen einzigen Impuls am Ende von jeweils 255 aufeinanderfolgenden Taktimpulsen erzeugt Der einzige Impuls, der in Fig.2 als

Übertragsignal dargestellt ist, wird dem Register 22 zu dessen Rückstellung zugeführt. Nach einer Verzögerung um ein Taktintervall wird das Übertragsignal an das Register 28 gegeben und stellt es auf Null zurück, und zwar gleichzeitig mit der Übertragung der die Akkumulierung im Register 28 angebenden Signale zum Register 31 über die Sammelleitung 23. Demgemäß beruht das nächste digitale Ausgangswort vom Register 31 auf den nächsten 255 Ausgangsv/örtern vom Umsetzer 19, da die Register 22 und 28 nach der Bildung des letzten, zum Ausgangsregister 31 gegebenen Ausgangswortes gelöscht werden. Das Ausgangswort ist in diesem Fall ein PCM-Wort hoher Auflösung mit vierzehn Bits.
F i g. 3 und 4 dienen zur Erläuterung der Bewertungsfunktion bei dem durch die beiden Akkumulierer in F i g. 1 durchgeführten Akkumuliervorgang. F i g. 3 ist eine Tabelle, die den Inhalt der Register 22 und 28 während eines typischen Zyklus in dem Akkumuliervorgang angibt Entsprechend der Darstellung in der linken Spalte der Tabelle in F i g. 3 werden die aufeinanderfolgenden Ausgangssignale des Codierers 19 in F ί g. 1 in der Reihenfolge von oben nach unten aufgelistet, wobei jeder Wert Q das Codewort oder die Gruppe von Ziffern angibt, die der grob quantisierten Stufe im Klassifizierer J3 entspricht, welche dem Wert (Vorzeichen und Betrag) des Ausgangssignals vom Integrator 12 am nächsten kommt. Man beachte, daß das codierte Vorzeichen und der codierte Betrag jedes mil ζ) bezeichneten Codewortes eine Funktion des analogen Eingangssignals des Codierers 19 in F i g. I ist Demgemäß haben die Vorzeichen und Beträge, die in den verschiedenen Werten von Q enthalten sind, entsprechende Änderungsneigungen. Die niich.slc breite .Spalte in der Tabelle gibt den Inhalt

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des Registers 22 in F i g. 1 an, der durch Addition der F i g. 5 dürfte eine Gesamtbeschreibung ihrer Arbeite-Ausgangssignale des Codierers

Die dann folgende Spalte in der Tabelle in F i g. 3 F i g. 5 so abgeändert, daß er eine trapezförmige Bewerzeiet die Betriebsweise des digitalen Kombinierers 27 5 tungsfunktion beinhaltet. Diese Bewertungsfunktion erwähnend des dargestellten Akkumulierungszyklus. Der möglicht eine etwas bessere Auflösung ah die dreieckdigitale Kombinierer 27 addiert algebraisch den codier- förmige Bewertungsfunktien in Fig. 1 Das Ausgangsten negativen Wert des codierten Inhalts des Registers signal in F i g. 5 ist ebenfalls ein PCM-Wort hoher Auf-22 zum vorhergehend akkumulierten Inhalt im Register lösung mit vierzehn Bits. Die etwas bessere Auf lösung, 28 für jeden vom Codierer 19 erzeugten und im Register 10 die mit der trapezförmigen Bewertungsfunktion erzielt 22 gespeicherten Wert von Q. Anders gesagt, der Korn- wird, gibt jedoch die Möglichkeit, daß der Codierer 19 binierer 27 multipliziert den codierten Inhalt des Regi- mit einer um 25% niedrigeren Frequenz betrieben wird, sters 22 mit einer codierten-1 und führt dann zusam- Demgemäß sind nur 191 aufeinanderfolgende Ausmen mit dem Register 27 die Akkumulierung durch. Die gangscodewörter vom Umsetzer 19 erforderlich, um ein negative Betriebsweise setzt sich bis zum Ausgangssi- is PCM-Codewort mit vierzehn Bits zu liefern, das im wegnal O des Codiere« 19 fort. Dann wird die positive sentlichen die gleiche Auflösung wie das unter Verwen-Betriebsweise p-mal aufeinanderfolgend von Q₁, ♦, bis düng der Anordnung nach F i g. 1 erzeugte Wort hat. O + benutzt wobei der positive Wert des codierten Gemäß F i g. 5 wird zur Schaffung einer trapezformi-Inhalts des Registers 22 algebraisch zu dem vorherge- gen Bewertungsfunktion eine andere Zeitsteuerungsanhend akkumulierten Inhalt im Register 28 addiert wird. 20 Ordnung benutzt. Der Taktgeber 48 läuft mit einer nied-Die breite Spalte ganz rechts in der Tabelle gibt den rigeren Frequenz als der Taktgeber 18 in F1 g. 1, und der Inhalt des Registers 28 an. Am Ende des Vorgangs nach Zähler 49 hat eine andere Zahl von in Reihe f eschaltedem Auftreten des Ausgangssignals Q_n ₊ „ vom Codie- ten internen Stufen. Die Ausgangssignale des Zahlers 49 rer 19 ergibt sich aus der Tabelle, daß das Register 28 werden zusammen mit dem Ausgangssignal des Taktgeeine bewertete Akkumulierung enthält Die Häufigkeit, 25 bers 48 einem UND-Gatter 51 zugeführt, das eines der mit der jedes durch <? mit einerr bestimmten Index be- beiden Eingangssignale für das UND-Gatter 59 liefert zeichnete Ausgangssignal des Codierers 19 in F i g. 1 in sowie über eine Verzögerungseinrichtung 58 eines der der bewerteten Akkumulierung bis η + 1 auftritt, ent- beiden Eingangssignale zum UND-Gatter 52 fuhrt. Das spricht seiner Lage in der Reihenfolge aufeinanderfol- andere Eingangssignal für aas UND-Gatter 52 kommt gender Ausgangssignale, die vom Codierer 19 erzeugt 30 vom UND-Gatter 53, dessen beide Eingange mit dem werden Diese Werte treten während der negativen Be- invertierten oder -O-Ausgang von D-Flip-FIops 56 und triebsweise der Akkumulierung auf. Bei der positiven 57 verbunden sind. Das Gatter 52 erzeugt am bnde Betriebsweise zwischen Q_n _f, und Q_{n+ P} nimmt die jedes Akkumulierungszyklus einen Impuls, durch den Häufigkeit mit der jeder Wert Q mit einem bestimmten das den inhalt des Registers λ darstellende Signal zum Index auftritt, mit seiner Lage in der Reihenfolge bis 35 Register 31 gegeben wird und der dann das Register 28 Q_n ₊ „ ab, das nur einmal auftritt. Diese Betriebsweise löscht. Das Register 22 wird eine Taktperiode früher entspricht einer dreieckförmigen Bewertungsfunktion, durch das Ausgangssignal des UND-Gatters 59 gedie schematisch in F i g. 4 dargestellt ist. Da eine positive löscht, welches durch den 1 -Ausgang des Flip-Flops 57 Akkumulierung im Register 28 enthalten ist, ergibt sich, betätigt wird. Das Addier-Eingangssignal fur den digitadaß am Ende jedes Zyklus bei dem Akkumulierungsvor- 40 lcn Kombinierer 25 wird vom 1 -Ausgang des Flip-Flops gang das tafä-hü'-h codierte Vorzeichen für den Inhalt 57 geliefert. Das Ausgangssignal des Gatters 53 wird im Register 28 mit dem Vorzeichen des codierten In- außerdem dem Subtrahier-Eingang des digitalen Komhalts im Register 22 übereinstimmt. Es sei darauf hinge- binierers 25 zugeführt.

wiesen daß iede weitere Bezugnahme auf ein Vorzei- Das als Beispiel engegebene Zeitaiagramm in h 1 g. b chen bei dem Akkumulierungsvorgang ein codiertes 45 sei zur Vereinfachung der weiteren Schaitungseriäute-Vorzeichen und nicht die Polarität der Signale betrifft. rung herangezogen. In F i g. 6 zeigt die erste Zerie von Die Übertragung dieser bewerteten Akkumulierung Impulsen das Ausgangssignal des Taktgebers 48. bntvom Register 28 zum Register 31 am Ende des Akkumu- sprechend des Auftretens dieser Impulse erzeugt der lierungszyklus liefert ein PCM-Ausgangswort hoher Codierer 19 Digitalwörter, die den Addierer 21 durchAuflösung ^{50 laufen und im Re}g'^ster 22 angesammelt werden. Alle F i g 5 zeigt das Blockschaltbild eines Umsetzers, der Ausgangssignale der internen Stufen des Zählers 29 liedem Umsetzer in F i g. 1 ähnlich ist, aber so abgeändert gen zusammen mit dem Ausgangssignal des Taktgebers wurde daß sich eine trapezförmige Bewertungsfunktion 48 am UND-Gatter 51 zwecks Erzeugung der Impulse ergibt Bauteile in F i g. 5, üie identisch mit den Bauteilen des Übertragsignals, das in der zweiten Zeile in F1 g. in Fig Isind haben die gleiche Bezugsziffer. Die ersten 55 dargestellt ist. Das Übertragsignal unterteilt den Akkudrei Bauteile,'nämlich der Codierer IS, der digitale Ad- mulierungszyklus, den das Register 28 zusammen mit dierer 21 und das Register 22 arbeiten ähnlich wie die dem digitalen Kombinierer 25 ausführt, in drei Abentsprechenden Bauteile in F i g. 1 mit der Ausnahme, schnitte.

daß das Register 22 eine Akkumulierung von 191 aufein- Das Übertragsignal taktet die Flip-Flops 56 und anderfolgenden Ausgangscodewörtern vom Codierer 60 Die durch drei teilende Anordnung der Flip-Flops 19 anstelle der in F i g. 1 benutzten 255 Ausgangscode- und 57 zusammen mit dem Gatter 53 liefert Betriebswörter liefert. Außerdem besitzt der digitale Kombinie- weisensignale für den digitalen Kombinierer 25_r die als rer 25 in F i g 5 zwei Betriebsweiseneingänge anstelle Subtrahier- und Addier-Kurvenformen m F1 g. 6 dargedes einen Eingangs des digitalen Kombinierers 27 in stellt sind und die Betriebsweise des Kombinierers wah-Fi g 1 Darüber hinaus arbeitet der digitale Kombinie- 65 rend jedes der drei Abschnitte des Akkumulierzyklus rer 25 auf eine etwas andere Art, die nachfolgend noch bestimmen. Zu Anfang jedes Akkumuherzyklus wahbeschrieben wird ^{rencl der} Dauer des ersten Impulses im Ubertragsignal Vor einer weiteren Erläuterung der Anordnung nach erzeugt das Gatter 52 einen Impuls, der in F i g. 6 als

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zweites Löschsignal dargestellt ist und das Register 28 bei der Akkumulierung durch das Register 23, die Traauf Null zurückstellt, und zwar kurz nach dem Signal pezform besitzt. Mit dem Auftreten des nächsten Impulaus der Sammelleitung 29, das angibt, daß der Inhalt des ses im Übertragsignal, der das Ende des Akkumulierzy-Registers 28 in das Register 31 gegeben wird. Das erste klus angibt, schaltet der Ausgang des UND-Gatters 59 Löschsignal in F i g. 6 stellt das Register 22 ein Taktin- r, auf den Signalwert 1 um, der das Register 22 zurücktervall vor der Rückstellung des Registers 28 zurück, stellt und das Flip-Flop 57 zurück auf den Zustand 0 Die Betriebsweise des digitalen Kombinierers 25 ist bringt. Dadurch erzeugt das Gatter 53 ein Ausgangssiidentisch mit der des digitalen Kombinierers 27 in gnal 1, das das Ausgangssignal des Gatters 52 beim F i g. 1, wenn entweder ein Signalwert 1 am Subtrahier- Auftreten des verzögerten Impulses vom UND-Gatter Eingang oder ein Signalwert 1 am Addier-Eingang vor- io 51 über die Verzögerung 58 auf 1 ändert. Das Gatter 52 handen ist Im einzelnen summiert der Kombinierer 25 erzeugt den zweiten Löschimpuls. Das Auftreten dieses algebraisch den negativen Wert des Inhaltes des Regi- Impulses am Register 31 veranlaßt das Register, das sters 22 während des ersten Abschnittes des Zyklus und Signal auf der Sammelleitung 29 zu übernehmen, das ' summiert algebraisch den positiven Wert des Inhaltes dem Inhalt des Registers 28 entspricht. Das Register 31 des Registers 22 während des dritten Abschnittes des 15 enthält jetzt das PCM-Ausgangswort. Der Impuls im Akkumulierzyklus. Der Hauptunterschied für die Be- Löschsignal stellt außerdem das Register 28 auf Null triebsweise zwischen der Anordnung nach F i g. 5 und zurück, so daß es für den nächsten Akkumulierzyklus Fig. t ergibt sich dann, wenn der Kombinierer 25 frei ist bereit ist. Das Register 22 ist ebenfalls auf Null zurück- und kein Ausgangssignal während des zweiten Ab- gestellt worden, und zwar um einen Taktimpuls früher schnittes des Zyklus erzeugt, wobei der erste Akkumu- 20 durch das Ausgangssignal des Gatters 59. Das Zeitdialator mit dem digitalen Addierer 21 und dem Register 22 gramm in F i g. 6 gibt grafisch den chronologischen Abweiterhin eine laufende Akkumulierung der vom Codie- lauf für das Auftreten dfr Signale an, die diese Operarer 19 erzeugten Codewörter vornimmt. tion bewirken.

Die vom Gatter 53 und Flip-Flop 57 erzeugten Signa- Die Tabelle in F i g. 7 zeigt den Inhalt der Register 22 Ie sollen jetzt in Verbindung mit der Arbeitsweise des 25 und 28 während des Akkumulierzyklus. Die Tabelle ist digitalen Kombinierers 25 beschrieben werden. Wäh- so angeordnet, daß sie der Tabelle in F i g. 3 entspricht, rend des ersten Abschnittes des Akkumulierzyklus sind Der Tabelle gemäß F i g. 7 läßt sich entnehmen, daß die die Flip-Flops 56 und 57 im Zustand Null und erzeugen Änderung für die Häufigkeit, mit eier jedes Ausgangssi-Äusgangssignale, die den Ausgang des Gatters 53 auf gnal des Codierers 19 bei der Akkumulierung im Regiden Ausgangspegel 1 bringen, wodurch der Kombinie- 30 ster 28 gemäß F i g. 5 benutzt wird, zu einer Bewertung rer 25 in die Subtrahier-Betriebsweise versetzt wird, in führt, die einem Trapez entspricht, dieser Betriebsweise arbeiten der Kombinierer 25 und F i g. 8 zeigt geometrisch die trapezförmige Bewerdas Register 28 auf die gleiche Weise wie der Kombinie- tungsf unktion für die Akkumulierung im Register 28 in rer 27 und das Register 28 in Fig. 1 während des ersten Fig. 5. In Fig. S ist die kumulative Wirkung für die Abschnittes des Akkumulierzyklus. 35 Häufigkeit dargestellt, mit der jedes Ausgangssignal Q/ Der nächste Impuls im Übertragsignal gemäß Fig.6 des Codierers 19 entsprechend der Tabelle in Fig.7 schaltet in Verbindung mit dem 1-Signal vom Gatter 53 auftritt, zur Vereinfachung in F i g. 8 aber nicht angegedas Flip-Flop 56 in den Zustand 1, wobei aber das Flip- ben ist. Die Betriebsweisen des Kombinierers 25 sind in Flop 57 im Zustand 0 verbleibt. Mit dem Auftreten die- F i g. 8 in horizontaler Richtung dargestellt, ses zweiten Impulses wird der Ausgang des Gatters 53 40 Es sei darauf hingewiesen, daß die obenbeschriebeidurch die geänderten Eingangss'-nale auf den Zustand 0 nen Schaltungsanordnungen für die Codierer und Uinumgeschaltet. Da das Flip-FIo;- a7 im Zustand O geblie- setzer lediglich Beispiele darstellen. Auf entsprechende ben ist, wird ein Signal O an beide Betriebsweisenein- Weise sind die zugehörigen Zeitdiagramme lediglich gänge des Kombinierers 25 gegeben. Aufgrund dieser Beispiele für eine spezielle Betriebsweise der erläuter-Signaie bleibt der Kombinierer 25 für den zweiten Ab- 45 ten Anordnungen. Änderungen für die Anzahi der aufschnitt des Zyklus in Ruhe, so daß keine digitalen Signa- einanderfolgender Ausgangssignale des Codierers zur Ie über den Kombinierer 25 in das Register 28 eingege- Erzeugung der PCM-Ausgangswörter mit hoher Auflöben werden. sung hängen von der gewünschten Genauigkeit bei dem Der dritte Impuls im Übertragsignal gemäß Fig. 6 Codiervorgang und der Art des Analogsignals ab.

schaltet zusammen mit dem Ausgangssignal O des Gat- 50

ters 53 das Flip-Flop 56 zurück in den Zustand O und Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

überträgt das Signa! 1 am nichtinvertierten Ausgang des

Flip-Flops 56 zum Flip-Flop 57. Dieses liefert dann während des dritten Abschnittes des Zyklus ein Ausgangssignal 1 an den Kombinierer 25. Das Ausgangssignal des 55
Gatters 53 bleibt unverändert, da lediglich die zugcfuhr- · ■*·

ten Signalwerte O und 1 ihre Lage wechseln. _Λ .

Während des dritten Abschnittes des Akkumulierzykius addieren der Kombinierer 25 und das Register 28
den positiven Inhalt des Registers 22 zu der Teilsumme, bo
die im Register 28 während des ersten Abschnittes des
Akkumulierzyklus geblieben ist. Die Summenwerte in
jedem der beiden Akkumulierer in Fig. 5 werden durch
jedes Ausgangssignal des Codierers 19 vergrößert. Die
Betriebsweise des digitalen Kombinierers 25 in Abhän- 65
gigkeit von den Ausgangssignalen, die von der durch
drei teilenden Anordnung der Flip-Flops 56 und 57 geliefert werden, ergibt jedoch eine Bewertungsfunktion

Claims

Patentansprüche:

1. Codiereinrichtung zur Umsetzung eines analogen Eingangssignals in em PCM-Signal hoher Auflti- ^r> sung, mit folgenden Baugruppen:

eir Direktrückkopplungscodierer (19) mit einem Subtrahierer (11), einem nachgeschaltetcn integrator (12) und einem anschließenden Quantisierer (13), dessen Ausgangssignal zum Subtrahieren (11) zurückgeführt und an einen Binärwandler (17) angelegt ist,

eine Akkumuliereinrichtung (21,22), die eine vorbestirr.mte Anzahl der Codewörter am Ausgang des Binärwandlers (17) aufsummiert, is

gekennzeichnet durch
eine zweite Akkumuliereinrichtung (27, 28), die das Ausgangssignal der ersten Akkumuliereinrichtung (2ä, 22) aufnimmt und während einer ersten Gruppe der Codewörter mit negativer Bewertung und wan-/rend einer zweiten Gruppe mit positiver Bewertung auf summiert und die Summe über eine Ausgangseinrichtung (31) als PCM-Signal abgibt.

2. Codiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitsteuerungseinrichtung (18,24) vorgesehen ist, die die erste und die zweite Gruppe von Codewörtern definiert, daß die zweite Akkumuliereinrichtung eine Kombiniereinrichtung (27) mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem Ausgang der ersten Akkumuliereinrichtung (2i, 22) verbunden ist, und eine Speichereinrichtung (28) aufweist, die mit dem Ausgang der Kombiniereinrichtung (27) verbunden ist und deren Ausgangssignal als Summe der Ausgangseinrichtung (31) und dem gcmiitcli, die durch einen schnellen Direktkopplurigscodiercr mit mehreren Bits erzeugt werden. Die Mittelwertbildung nutzt eine Selbstauslöschung des Quantisierungsrauschens durch die Auslegung des Codierers aus. Dies beruht auf der Anordnung des Integrators im Vorwärtssignalweg des Quantisierers statt im Rückkopplungsweg des Subtrahierers. Diese Anordnung kann daher ein Signal mit verbesserter Auflösung ohne Verwendung von komplizierten digitalen Multiplizierern liefern.

Es sind auch Codierer für eine Analog-Digitalumwandlung bekannt, die zur Verbesserung der Genauigkeit eine Abtastung und Codierung hoher Geschwindigkeit mit einem Vielfachen der Nyquist-Frequenz durchführen. Dadurch läßt sich der Umfang der Schaltungsanordnungen wesentlieh verringern, der im anderen Fall bei einer direkten Analog-Digitalumwandlung jedes analogen Abiastwerts in ein Codewort hoher Auflösung erforderlich ist.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (US-PS 35 96 267) wird eine Anzahl von Ziffern aus einem Deltamodulator hoher Geschwindigkeit mit Hilfe von digitalen Multiplizierern zur Erzeugung eines PCM-Signa!s koir diniert. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Deltamodulator mit extrem hoher Geschwindigkeit arbeiten muß, um ein PCM-Signal hoher Auflösung zu liefern. Wenn ein langsamer arbeitender Mehrstufencodierer, der eine Vielzahl von Codeziffern liefert, anstelle eines Deltamodulators benutzt wird, so wären komplizierte und aufwendige digitale Multiplizierer anstelle einfacher Gitter erforderlich, um die bev/ertete Summe zu liefern, die das PCM-Signal hoher Auflösung darstellt. Außerdem müssen auch dann, wenn ein Deltamodulator benutzt wird, die statischen Eigenschaften