DE2906156A1

DE2906156A1 - Digitale filteranordnung fuer nicht- linear quantisierte pcm

Info

Publication number: DE2906156A1
Application number: DE19792906156
Authority: DE
Inventors: Ludwig Desire Johan Eggermont
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1979-02-17
Publication date: 1979-08-23
Also published as: FR2417896B1; SE429080B; JPS54122952A; AU4433179A; US4231101A; CA1114460A; JPS6346608B2; SE7901379L; GB2014817A; BE874282A; DE2906156C2; NL7801866A; FR2417896A1; GB2014817B

Description

11.12.1978 . / ■ PHN 9045

Digitale Filteranordnung für nicht-linear quantisierte PCM

A.) Hintergrund der Erfindung
A(1) Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich, auf eine digitale Filter— anordnung zum Filtern nicht-linear quantisierter pulskodemodulierter Signale, die durch eine Folge von Kodegruppen x(i), die je ein Polaritätsbit p(i) und eine Mantissenzahl m(l) enthalten, gebildet werden.
A(2) Beischreibung des Standes der Technik Bekanntlich ermöglicht es .nicht-lineare Polskodemodulation, dass Inforraationssignale, die über einen grossen dynamischen Bereich variieren können, in Kodegruppen umgewandelt werden können, deren Anzahl Bits kleiner ist als die Anzahl Bits, aus denen die Zahlen bestehen müssten, die bei linearer Pulskodemodulation erhalten würden. Dies hat zur Folge, dass bei Anwendung nicht-linearer Pulskodemodulation die Bitgeschwindigkeit auf der Ubertragungsstrecke niedriger ist als bei linearer Pulskodemodulation und dass das Signal-Quantisierungsrauschverhältnis über einen wesentlichen Teil des dynamischen Bereiches konstant ist.

Ein nicht-linear quantisiertes pulskodemoduliertes Signal wird durch Durchführung einei¹ nicht linearen Verarbeitung des Informationssignals erhalten. Diese nichtlineare Verarbeitung ist als Kanrpression bezeichnet. Die Kennlinie, die den Ztisa.mmen.hang zwischen dem Informations-

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signal und dem nicht-linearen pulskodemodulierten Signal angibt, wird als Kompressionskennlinie bezeichnet. Die
üblichsten Kompressionskennlinien sind die 13-Segment-A- und die 15-Segment- /u-Kompressionskennlinien.

Die Segmentzahl s(i) in der Kodegruppe x(i) gibt nun in dem Basis-2-Kode die Segmentnummer an. Diese Zahl s(i) enthält N₁ Bits, die als die kennzeichnenden Bits bezeichnet werden. Wird für die Kompression eine der beiden obengenannten Kompressionskennlinien benutzt, so ist N^ = 3> und

'^ die binärkodierte Segmentzahl entspricht dem Wert s~s s , wobei s„ das am wenigsten signifikante und s„ das signifikanteste Bit darstellt und wobei s. dem Wert 1 oder 0
entspricht.

Die Mantissenzahl m(i) in der Kodegruppe x(i) gibt in dem Basis-2-Kode die Anzahl Quantisierungsscliritte am Segment s(i) an. Diese Zahl m(i) enthält N„ Bits, die als Mantissenbits bezeichnet werden. Bei Anwendung der obengenannten
Kompressionskennlinien entspricht N„ dem Wert 4. Die Zahl m(i) wird nun durch e„e„e,e gegeben. Auch dabei gilt, dass

e_! das am wenigsten signifikante und e„ das signifikanteste Bit darstellt und dass e. den Wert 1 oder 0 hat.

Bekanntlich, (siehe beispielsweise das Bezugsmaterial 2),

bedeutet das Filtern eines digitalen Signals, das durch
eine Folge von Zahlen z(i) gebildet wird, dass eine Folge von Zahlen y(i) bestimmt werden muss, wobei der Zusammenhang zwischen y(i) und z(i) durch den Ausdruck

a(k)z(i-k) .(1)

gegeben ist·, wenn ein nicht-rekursives Digitalfilter verwendet wird. In (i) ist a(k) ein Gewichtsfaktor, der auch ου

als" Filterkoeffizient bezeichnet wird.

Wird zum Filtern eines digitalen Signals ein rekursives Digitalfilter verwendet, so ist der Zusammenhang zwischen

y(i) und z(i) durch den nachfolgenden Ausdruck gegeben:
*ς N-1 M

a(k)z(i-k) -XZL b(k)y(i-k) (2)

k=O k=1

In (2) sind a(k) und b(k) wieder Filterkoeffizienten.

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S-

Wird nun dem Digitalfilter ein nicht-linear quantisiertes pulskodemoduliertes Signal zugeführt, so -wird zum Erhalten eines sinnvollen Resultates dieses Signal zunächst in ein linear quantisiertes pulskodemoduliertes Signal um- ^ gewandelt werden müssen, das durch eine Folge von Zahlen z(i), die je auf eine Art und leise, die noch näher beschrieben wird, (siehe auch Bezugsmaterial 1) auf die Zahlen s(i) und m(i) bezogen sind, gebildet wird.

Beim Entwerfen eines Digitalfilters haben zwei Parameter einen äusserst wichtigen Einfluss auf die endgültige Alisführung. An erster Stelle ist dies der erforderliche Speicherraum und an zweiter Stelle die maximal zulässige innere Verarbeitungsgeschwindigkeit.

Für ein nicht-rekursives Digitalfilter (siehe Ausdruck!) wird der erforderliche Speicherraum durch den Wert von N und die Anzahl Bits der Zahlen a(k) und z(i) bestimmt. Für ein rekursives Digitalfilter (siehe Ausdruck 2) wird der erforderliche Speicherraum weiter noch durch den Wert von M und die Anzahl Bits der Zahlen b(k) und y(i) bestimmt.

Weil irn allgemeinen eine Zahl z(i) in dem linear quantisierten pulskodeniodulierten Signal mehr Bits enthalten wird als eine Kodegruppe x(i) in dem nicht-linear quantisierten pulskodeniodulierten Signal, ist es vorteilhaft, nicht die Zahlen z(i) , sondern,, wie im Bezugsmaterial 3 angegeben, die Kode-

/ . _Λ

gruppen x(i} zu speichern.

Das im Bezugsmaterial 3 beschriebene nicht rekursive Digitalfilter für nicht linear quantisierte pulskodemodulierte • Signale wird insbesondere durch eine Reihenschaltung von N-Speicherteilen gebildet, die je eine Kodegruppe x(i) spei-

ehern und abgeben. Der Ausgang jedes dieser Speicherteile ist übor einen Abgriff mit einem darin aufgenommenen Speicher an eine AddieranOrdnung angeschlossen. In jedem dieser Speicher sind die Produkte aus allen möglichen Werten von z(i)

und dem für den betreffenden Abgriff kennzeichnenden FiIter-35

koef f izienten a(k) gespeichert. Wii^d nun vorausgesetzt, dass die in den Speichern gespeicherten Produkte aus dreizehn Bits bestehen, so muss die Speicherkapazität jedes dieser

Speicher 13 x 2 Bits sein, so dass in diesem Digitalfilter

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insgesamt ein Speicherraum von 8N+ 13 x 2 N notwendig ist. Die innere Verarbeitungsgescliwindigke.it wird u.a. durch die Anzahl Bits der Zahlen a(k), b(k), z(i) und y(i) und insbesondere durch die Zeit die zum Durchführen einer Multiplikation zum Bestimmen des Produktes a(k)z(l-k) und des Produktes b(k)y(i-k) notwendig ist, bestimmt.

Das üblichste Verfahren zum Multiplizieren linearer Zahlen ist das Akkumulieren, wobei verschobene Darstellungen des Multiplikanden (beispielsweise x(i-k)) einem Akkumulator W zugeführt werden, wobei die Verschiebung des Multiplikanden durch die Bits des Multiplikators- (beispielsweise a(k)) bestimmt wird. Die zum Durchführen einer Multiplikation erforderliche Zeit wird nun durch die Anzahl Male, die der Multiplikand x(i-k) der Multiplikator zugeführt werden muss, und auf diese Weise durch die Anzahl Bits von a(k) bestimmt; weiterhin wird sie durch die Zeit bestimmt, die der Akkumulator braucht, um einen zugeführten Multiplikanden zum Inhalt des Akkumulators zu addieren.

Für ein nicht-rekursives Digitalfilter (siehe Ausdruck (i)) bedeutet obenstehendes, dass, wenn a(k) und z(i-k) je beispielsweise zwölf-Bit-Zahlen sind, insgesamt etwa 12N Schiebevorgänge und 12N Addiervorgänge durchgeführt werden müssen., um nur einen Ausgangssignalabtastwert y(i) zu bestimmen.

In dem im Bezugsmaterial 3 beschriebenen nicht-rekursiven *⁵ Digitalfilter ist die Anzahl Addiervorgänge je Ausgangssignalabtastwort auf N verringert und zwar dadurch, dass alle möglichen Produkte von a(k) und z(i-k) in einem Speicher gespeichert werden. Zwar ist bei dieser bekannten Anoi'dnung die Anzahl Additionen je Ausgangssignalabtastwert y(i) und

auf diese Weise die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit besonders niedrig, aber dem steht der sehr grosse Speicherraum gegenüber, der notwendig ist und der bei normalen Werten von N (beispielsweise N = 100) einige hunderttausende von Bits beträgt.
B) Zusammen Pas Βΐ/mg der Erfindung

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine andere digitale Filteranordnung y.um Filtern nicht-linear quantisierter pulskodemoduliertei- Signale zu schaffen, bei der ein wesentlich

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geringerer Speicherraum ausreicht, während dies mit nur einer beschränkten Erhöhung der Anzahl Additionen vez-bunden ist.

Nach der Erfindung ist dazu diese digitale Filteranordnung mit den folgenden Elementen versehen:

- einem Generator zum zyklischen Erzeugen einer Reihe sequentiell auftretender vorbestimmter Hilfszahlen, die je durch eine zweite Polarität und einen Adressenkode gebildet werden, welche Mittel mit einem zweiten Polaritätsausgang und einem Adressenkodeausgang versehen sind;

- einem ersten Speicher mit adressierbaren Speicherzellen zum Speichern von N sequentiell auftretenden Kodegruppen x(i-k) mit k=0, 1, 2, .... N₁ und i =...,-3,-2,-1,0,1,2,3,... mit einem Speicherstellenadresseneingang, einem Eingang zum Empfang der genannten Kodegruppen x(i-k), einem Segmentzahlausgang, einem Mantissenzahlausgang und einem Polaritätsausgang;

- Mitteln zum Koppeln des Adressenlcodeausganges des Generators mit dem Speicherstellenadresseneingang des ersten Speichers; _ einem zweiten Speichermedium mit einem ersten und einem zweiten Speicherfeld, die je mit Hilfe eines Speicherfeldadressenkodes adressierbar sind und je Speicherstellen enthalten, die mit Hilfe von Speicherstellenadressenkodes adressierbar sind, wobei der zweite Speicher mit einem Speicherstellenadresseneingang, einem Speicherfeldadresseneingang und einem Ausgang versehen ist;

- Mitteln zum Koppeln des Segmentzahl- und Mantissenzahlausganges des ersten Speichers mit dem Speicherstellenadresseneingang des zweiten Speichers; - ein Exklusiv-ODER-Tor, dessen Eingänge nit dem Poiarxtätsausgang des Generators bzw. des ersten Speichers verbunden sind und dessen Ausgang mit dem Speicherfeldadresseneingang des zweiten Speichers verbunden ist;

- einem im 1- oder 2-Komplement arbeitenden Akkumulator, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Speichers gekoppelt ist und mit Mitteln zum Verschieben gegeneinander der vom zweiten Speicher gelieferten Zahl und des Akkumulatorinhaltes, welche Verschiebungsmittel durch Ver-

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schiebungsbefehle gesteuert werden, die dem Akkumulator über einen Verschiebungsbefehlseingang zugerührt werden; - Mitteln zum Koppeln des Verschiebungsbefehlseinganges mit dem Adressenkodeausgang des Generators.

In einem nicht rekursiven Digitalfilter müssen die in (i) definierten Verarbeitungen durchgeführt werden. Wird jetzt vorausgesetzt, dass

a(k) = sign £a(k)"3|a(k) |

worin sign f a(k)~l das Vorzeichen und 1 a(k) J die Grosse von a(k) darstellt.

Wird jetzt auf entsprechende Weise vorausgesetzt, dass z(i-k) = sign £z(i-k)]]z(i-k)|

dann lässt sich für (i) schreiben:

N-I
y(i) = 2 sign [a(k)] .sign fz(-i-k) j . j z(i-k) ] . |a(k) j

oder

y(i) = iZZip'Ci-k). |z(i-k)|}.ja(k)[ (3)

k=O I ,.
worin p'(i-k) = sign \ a(k)j .sign J z(i~k)J und worin sign j z(i-k) | dem' Vorzeichen von x(i—k) und folglich dem Wert p(i-k) entspricht.

Das erste Speicherfeld des zweiten Speichers enthält nun alle möglichen positiven Werte von z(i). Diese positiven Werte werden durch ζ bezeichnet. Das zweite Speicherfeld entheilt nun alle möglichen negativen Werte von z(i), und zwar in der 1-Komplement- oder in der 2-Komplementdarstellung. Diese in einer der beiden Komplementdarstellungen angegebenen negativen Werte von z(i) werden durch ζ bezeichnet.

Ob eine Zahl ζ bzw. eine Zahl Z aus dem zweiten

P η

Speicher ausgelesen wird, wird nun nicht durch p(i), sondern durch p'(i) bestimmt, welcher Wert als Produkt aus der Polarität p(i) von x(i) und der Polarität sign Γ a(k)~j des zugeordneten Multiplikationsfaktors a(k) betrachtet Airerden kann.

In dem auf diese Weise ausgebildeten nicht-rekursiven Digitalfilter reicht ein Speicherraum entsprechend 10 Bits, falls N = tOO 1st.

Wenn nun weiterhin auf die Art und Weise, wie diese im

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Bezugsraafcerial k eingehend beschrieben worden ist, jeder der Filterkoeffizienten a(lc) in eine minimale Anzahl Multiplikationsfaktoren f(k,j) umgewandelt wird, kann die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit gering gehalten werden. Wird die Polarität von f(k,j) durch sign £f(k,j)^ dargestellt

und der Absolutwert durch }f(k,j)j und wird dieser Absolutwert derart gewählt, dass er dem Wert 2 ^ ' ^J' entspricht, wobei F(k,j) eine ganze Zahl darstellt, so ist die Kodierung der Filterkoeffizienten derart, dass:

(k) = ^- signff(k,jA

In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass der Wert von Q im Durchschnitt nicht grosser ist als drei. Dies bedeutet, dass im Digitalfilter, wobei die Filterkoeffizienten

IB entsprechend (4) kodiert sind, nicht mehr als 3N Schiebevorgänge und 3N Addiervorgänge durchgeführt zu werden brauchen, Wie es sich noch herausstellen wird, kann durch Verwendung eines schiebenden Akkumulators (sielie Bezugsmaterial 6) die Anzahl Schiebevorgänge noch auf eine Anzahl verringert werden, die der Anzahl Bits entspricht, die notwendig sind um einen Filterkoeffizienten a(k) darzustellen.

C) Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine digitale Filteranordnung mit den erfindungsgemässen Massnahmen.

Fig. 2 zeigt eine Adressenberechnungsschaltung zum Gebraucli in der Anordnung nach Fig. 1 .

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer digitalen Filteranordnung nach der Erfindung mit einem schiebenden Akkumulator.

Fig. 4 zeigt eine Adressenberechnungsschaltung zur Verwendung in der Anordnung nach Fig. 3·

D) Bezugsmateri al

1. A Unified Formulation of Segment Companding Laws and Synthesis of Codecs and Digital Companders; H.Kanelco; The Bell Systems Technical Journal, September 197O₄ Seiten 1555-I588.

2. Digital Sigjial Processing? A.V. Oppenheim, R.W.Schafer; Prentice Ha3J., Inc.

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3. Stored Product Digital Filtering with. Non-linear Quantization; CMonlcewich, W.Steenaart; Proceedings 1976 IEEE International Symposium on Circuits and Systems; Seiten I57-I60.

h. DE-GS 25 2k 749.

5^ Desingner's Guide to: Digital Filters (part six); B.J.Leon, S.C.Bass; EDN, May 20,"1974, Seiten 6I-68. 6. Arithrnatic Operations in Digital Computers; R.K.Richards, D. van Nostrand Company, Inc., Seite 1^3·

W Ε) Beschreibung der Ausführiingsbeispiele E(1) Theoretische Grundlage

Wie im Abschnitt A(2) bereits bemerkt wurde, muss ein nicht-linear quantisiertes pulskodemodulicrtes Signal, das einem Digitalfilter zugeführt wird, zunächst in ein linear

'' quantisiertes pulskodernoduli^rtes Signal umgewandelt werden, damit ein sinnvolles Resultat erhalten wird. Nachfolgend wird vorausgesetzt, dass dieses linear quantislerto puls — kodemodulierte Signal durch eine Fo3.ge von Zahlen z(i) gebildet wird, die je auf eine Art und Weise, wie im Bezugs-

material 1 eingehend beschrieben worden ist, auf die Zahlen s(i) und m(i) bezogen sind.

Das BezugsjiiEiterial 1 gibt eine eingehende theoretische Abhandlung in bezug auf das Expandieren von Kodegruppen x(i) nicht-linear quantisierter pulskodeinodulierter Signale. Aus dem Bezugsmaterial 1 lässt sich ableiteiij dass die in der Praxi s angewandte A—Kennlinie derjenigen Kennlinie entspricht, die im Bezugsniaterial 1 als "A-Law-DLA Mid-Riser" bezeichnet ist. Weitex" lässt sich ableiten, dass die in der Praxis angewandte /u—Kennlinie derjenigen Kennlinie entspricht, die in Bezugsmaterial 1 durch " /u-Law-DLA-Mid-Tread¹¹ bezeichnet ist. Untenstehend beschränken wir uns auf diese zwei Kompressionskenulinien, obschon die erfindungsgemässen Massnahmen auch unnii t fcelbar, falls eine andere Kompressionskennlinie benutzt wird, anwendbar sind.

Wie sich aus dem Bezugsinaterial 1 ergibt, gilt für

die 13-Segment-A-L£iw-D£,A-Mid-Rider-Kennlinie, dass :

(«(DI = 2^S(ⁱ)-⁹7jm<i) ₊ p] - Q (5)

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s(i) = s₂2² + s^¹ + s_o2° (6)

. m(i) = e 2³ + e₂2² + e^¹ + e_o2° (7>

P = N « >| + 2~¹

5Q = O
N

N = 2 *

Dabei stellt N_? die Anzahl Bits in m(i) dar, so dass N₂ = k ist.
Weiterhin gilt, dass:

T^ = O für s(i) = 0
li\ = 1 für s(i) φ Ο
so dass für s(i) ="0 gilt dass:
|z(±)|= m(i) + 2-¹

/z(ij[ = e₃2³ + e₂2² + e^¹ + e_Q2° + 2~ V (8)

und für s(i) ^ 0 gilt dann dass:

|_Z(i) I = 2^S(^±)-¹{m(i) ₊ 2^k ■ + 2-¹} (9)

Für die 15-Segnient- /U-Law-DLA-Mid-Tread-Kennllnie gilt,

dass:
²⁰

J_Z(i)| = 2^s(ⁱ){n,(i) -H P} -Q (10)

Dabei sind s(i) und m(i) durch (6) und (7) gegeben

und es gilt, dass:
^N2

so dass:

e_o2⁰ ₊ 2-\\ - (2* ₊ 2-¹) (11)

Bei gegebenen s(i) und m(i) ist auf diese Weise mit Hilfe von (8) und (9) für das A~Gesetz und mit Hilfe von (11) für das /u-Gesetz der zugeordnete Wert J z(i) | berechenbar.

Für die im Abschnitt B eingeführte Zahlen ζ und ζ

pn

gilt nun dass:

2 = + I z(i)l

wobei ζ entweder in 1—Komplement— oder in 2—Komplementdarstellung gegeben wird.

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E(2) Die nicht-rekursive digitale FiIteranordnung

Xn Fig. 1 ist ein Ausfülirungsbeispiel eines nicht— rekursiven Digitalfilters zum Filtern nicht-linear quantisierter pulskodemodulierter Signale dargeste3.lt, die durch eine Folge von Kodegruppen x(i) gebildet werden.

Diese Filteranordnung ist mit einem Eingang i(i) versehen, dem die Kode'gruppen x(i) zugeführt werden. An diesen Eingang i(i) ist ein erster Speicher 1 (in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff) zum Speichern der N Kodegruppen x(i), x(i-i), x(i-2),...

x(i--k)..., x(i-N-i), wobei i = ...-3,-2,-1,0,1,2,3,4, ... ist, angeschlossen. Jede dieser Kodegruppen x(i-k), k = 0,1,2,... N-1.enthält, wie bereits bemerkt wurde, eine Segmentzahl s(i-k). eine Mantissenzahl m(i-k) und ein Polaritätsbit p(i-k).

Der Speicher 1 ist mit drei Ausgängen versehen, die durch 1(2)) i(3) und i('j) bezeichnet sind. Weiterhin ist dieser Speicher 1 ausser mit dem Eingang 1(1) noch mit einem Adresseneingang 1(5)₅ einem Lesebefelilseingang 1(6) und einem Schreibebefehlseingang i(7) versehen. In diesem Speicher können auf übliche Weise (siehe beispielsweise Bezugsmaterial 5) Kodegruppen x(i-k) eingeschrieben und nicht-zerstörend ausgelesen werden. Insbesondere wird in diesen Speicher eine Kodegruppe eingeschrieben, wenn am Schreibebefehlseingang 1(7) ein Schreibbefehl WRAM auftritt. Die eingeschriebene Koclegruppe wird an derjenigen Speicherstelle gespeichert, die durch den Adressenkode am Adresseneingang i(5) angegeben wird. Wird dem Adres-seneingang 1(5) ein Adressenkode zugeführt und zugleich dem Lesebefehlseingang 1(6) ein Lesebefehl RRAI-I, so wird die Kodegruppe, die an der durch den Adressenkode angegebenen Speicherstelle gespeichert ist, ausgelesen, ohne dabei zerstört zu werden. Von einer aus dem Speicher ausgelesenen Kodegruppe x(i-k) wird die Segmentzahl s(i-k) dem Ausgang 1(2) zugeführt, die zugehörende

³- Mantissenzahl m(i-k) wird dem Ausgang 1(3) zugeführt, und das zugehörende Polaritätsbit p(i-k) wird dem Ausgang i(k) zugeführt.

Diese FiJteranordnung enthält weiterhin einen zweiten

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Speicher 2, der in diesem Ausführungsbeispiel als Festwertspeicher ausgebildet ist. Dieser Speicher 2 enthält ein erstes Speicherfeld, das durch I bezeichnet ist, sowie ein zweites Speicherfeld, das durch ¹II bezeichnet ist. An den Speicherstellen des Speicherfeldes I sind nun die Zahlen ζ gespeichert, und an den Speicherstellen des Speicherfeldes II sind die Zahlen ζ gespeichert, und zwar in beispielsweise 2-Komplement-Darstellung.

Dieser Festwertspeicher 2 ist weiterhin mit Speicherstellenadressenexngangen 2(i) und 2(2) mit einem Speicherfeldadresseneingang 2(3) sowie einem Ausgang ^2(4) versehen, Die Adresseneingänge 2(i) und 2(2) sind mit den Ausgängen 1(2) bzw.1(3) des Speichers 1 verbunden. Der Adresseneingang 2(3) ist mit dem Ausgang eines Exklusiv-ODER-Tores 3 verbunden, von dem ein erster Eingang mit dorn Ausgang 1(4) des Speichers 1 verbunden ist.

Der Ausgang des Festwertspeichers 2 ist an einen Eingang 4(i) einer Akkumulationsanardnung 4 angeschlossen, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Kommaverschlebungsanordnung 5 versehen ist, deren Eingang 5(i) mit dem Ausgang 2(4) des Festwertspeichers 2 verbunden ist. Diese Anordnung 5 ist weiterhin mit einem Vex^schiebungsbefehlseingang 5(2) lind mit einem Ausgang 5(3) verseilen. Diese AkkumulationsanOrdnung 4 enthält weiter einen im 2-Kornplement arbeitenden Akkumulator 6, der· mit einem Eingang 6(i), der an den Ausgang 5(3) der Anordnung 5 angeschlossen ist, sowie mit einem Losebefehlseingang 6(2), einem Rückstellbefehlseingang 6(3) und einem Ausgang 6(4) versehen ist. Jeweils wenn ein Lesebefehl RAC dom Eingang 6(2) zugeführt wird, wird der Inhalt des

■* Akkumulators als Ausgangssignalabtastwert y(i) dem Ausgang 6(4) zugeführt. Wird dem Eingang 6(3) ein Rucks Ie übe fehl RESAC zugeführt, so wird der Akkumulator 6 in die Nullstellung zurückgebracht.

Dia bisher beschriebene Anordnung wird von einem

Generator 7 gesteuert, der in diesem Ausführungsboispiel mit einem Tak LgeiioraLor 8 versehen ist-, der Au i-gangs imjml se mit einer Frequenz f liefert, die der Frequenz ojitt;p r i cli L , mit der die Kodegruppen x(l) auftreten, Dias·:: Tak L.1 inpu I se

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werden einem Frequenzniultiplizierer 9 zugeführt, der ein Taktimpulssignal liefert, in dem die Impulse mit einer Fx-equenz auftreten, die in diesem Ausführungsoeispiel dem Wert ( 4N + 3)f , entspricht. Dabei ist N wieder die Anzahl Kodegruppen, die in dem Speicher 1 gespeichert werden. Die vom Frequenzmultiplizierer 9 gelieferten Taktimpulse v/erden einem Modulo— (4N+3)-Zähler 10 zugeführt, der die Zählstellungen 1 bis elnschliesslich 4N+3 zyklisch durchläuft. An diesem Zähler 10 ist ein Dekodiernetzwerk 11 an-1Ü geschlossen. Dieses Netzwerk ist mit einem Ausgang 1i(i) versehen, der an einen Adresseneingang eines Festwertspeichers 12 angeschlossen ist. Die Zählstellungen 1 bis einschliesslich 4N werden unmittelbar über das DeJcodiernetzwerk 11 dem Festwertspeicher 12 zugeführt, wodurch dieser Festwertspeicher zyklisch eine Reihe von 4 N Hilfskqdewo.rten liefert. Dieses Dekodiernetzwerk liefert weiterhin noch die Bcfehlssignale WRAM, RRAM, RAC, RESAC und ein Signal TR. Insbesondere hat das Signal RRAM den logischen Wert "1" bei den Zählstellungen 1 bis einsohliesslich AN, RAC hat den logischen Wert "1" bei der Zählsteilung 4n+1, RESAC hat den logischen Wert "1 " bei der Zählstellung 4N+2, und bei der Zählsteilung 4N+3 ist das Signal TR sowie das Signal WRAM gleich "1".

Der Festwortspeicher 12 ist mit Ausgängen 12( 1) und 12(2) vorsehen. Der Ausgang 12 ( 1 ) ist in diesem Ausfülirungsbeispie.1 unmittelbar mit dem Verschiebungsbefehlseingang 5('~) der Konunaverschiebungsanordming 5 verbunden und ebenfalls an einen Eingang einer Adressenberechnungsschaltung I3 angeschlossen. Dieser Schaltungs-anordnung 13 wird zugleich das Signal TR zugeführt, und diese Schaltungsanordnung ist mit einem Adressenkodeausgang versehen, der an den Adresseneingang i(5) des Speicher-s 1 angeschlossen ist^

Diese Adrcssenberechniuigssclialtung 13 kann auf die Art und Welse, wie in Fig. 2 dargestellt, aufgebaut werden. '^J Sic5 enthält einen Modulo-N-ZähJ er 1<Ί, der die Idrusseiikodes für den Speichor 1 liefert und deni y.äJil.impuls ο Kugofülirt worden, die von ο i nein ODER-Tor 15 geliefert vordon. Diesem ODER-Tor 15 wird das Signal TR sowie dtis Aus/v«<iigss igna 1

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Koinzidenzschaltung 1ό zugeführt, deren Eingang mit dem Ausgang 12(i) des Festwertspeichers 12 verbunden ist. In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist weiter der Ausgang 12(2) des Festwertspeichers 12 mit einem zweiten Eingang des Exklusiv-ODER-Tores 3 verbunden.

In diesem Ausführungsbeispiel wird vorausgesetzt, dass jeder der erforderlichen Filterkoeffxzienten a(k) auf die im Ausdruck (h) angegebene Art und Weise durch eine Anzahl Multiplizierfaktoren f(k,j) gekennzeichnet wird. Als Bei-W spiel wird vorausgesetzt, dass a(k) = +000111 (=+7) ist. Dieser Filterkoeffizient kann nun aus den Multiplizierfaktoren f(k,j) = +01000.(=+2³) und f(k,2) ^ 000001=(-2°) zusammengesetzt werden. Ein Filterkoeffizient a(k) = +011101 (=+29) kann wieder aus den Multiplizierfaktoren f(k,i) = +100000, (=+2⁵), f(k,2) = -000100 (=-.-2²) und f(k,3 = +GOOO01 (=+2 ) zusammengesetzt werden. Die erforderlichen Multiplizierfaktoren f(k,j) sind nun im Festwertspeicher 12 gespeichert, und zwar derart, dass sie einen bestimmten Filterkoeffizienten kennzeichnenden Multiplizierfaktoren nacheinander an den Ausgängen 12(i) und 12(2) des Festwertspeichers 12 erscheinen in dem Sinne, dass am Ausgang 12(i) der Absolutwert Sf(k,j)} und am Ausgang 12(2) das Vorzeichen sign Γ d(k , j)~) auf tritt.

Weil die Anzahl Multiplizierfaktoren f(k,j), die zusammen einen bestimmten Filterkoeffizienten a(k) kennzeichnen, von Koeffizient zu Koeffizient verschieden sein wird, werden in dem Festwertspeicher 12 zvigleich Halte— zahlen gespeichert, und zwar derart, dass jeweils ^ nachdem eine Gruppe von Multiplizierfaktoren f(k,j), die zusammen einen bestimmten Filterkoeffizienten a(k) kennzeichnen, aus dem Festwertspeicher ausgelesen ist, eine derartige Haltezahl auftritt. Diese Haltezahl wird durch die Koinzidenzschaltung 16 detektlert, die dadurch dem Zähler 1^1 einen Zähllmpuls liefert, der dadurch um eine Zählstellung eines ^J Zyklus weiterschiebt. Letzteres erfolgt auch wenn ein TR-1mpu1s au f t r i 11.

Das Exklusiv-ODER-Toi- 3 liefert infolge der zwei ihm zugeführterj Palaritätsbits p(i) und sign ! f (k, j )~| ein

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Polaritätsbifc ρ ¹Ci-). "Wird die Polarität eimer positivem Zahl gleich dem logischen Wert ⁿ0" und «die einer negativen Zahl gleich dem logischen ¥ert "1" vorausgesetzt, so ist P¹¹Ii) = ¹O", wenn p(i) und sign Γ f {3c, j) J einander ent— S sprechen (also beide "1" oder beide "O"). Ist dagegen p(i) nicht gleich SIgJJrJT(Jk₃J)"! , so ist p'(i) 1 ⁵¹I*¹.

TDie Kodegruppe, die durch die Segmentzahl s{i), die Mamtissenzahl m(i) land die durch das Exklusiv-ODES-Tor 3 gelieferte Polarität p"(i) gebildet wird, -wird, als Adressenkode dem Speicher 2 zugeführt. Wenn p^ä(i) = "O" ist, wird eine Zahl ζ axis dem Speicherfeld I ausgelesen und der ÄJiOTäMvmg 5 zugeführt, die eine Zahl entsprechend dem Pjrochakt z. . \ f{k, j) | liefert, das dem 2-Xomplementalda3iiiH2lato]r 6 zsigefiälirt "wird. Wenn p^J(i) = "1" ist, wird eine Zahl ζ *5 aus dem Speicherfeld II ausgelesen und ebenfalls der Komma— vejTschiebungsaiaordnuiJig 5 zugeführt.

Es sei bemerict, dass in dem Festwertspeicher 12 statt der· Multiplizierfaktojren f(3c,j) auch die Zahlen F(li,j) gespeichert werden können (siehe Ausdruck h}. In diesem Fall wird dann zwischen den Ausgang 12(i) des Festwertspeichers und den Eingang 5(2) der Kommaverschiebungsanordnung 5 ein Kodiernetzwerk aufgenommen werden müssen, das jede Zahl F(k_s,j) in eine Zahl 2^Fi^k»j) ₌ | f(k, j) j umwandelt.

Weiterhin sei bemerkt, dass, obschon die Bits der Zahlen wie s(i), m(i) usw. in Reihe sowie parallel auftreten können, in den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs— beispielen vorausgesetzt wird, dass die Bits aller Mehrbit— zahlen parallel auftreten. In diesen Fig. 1 und 2 sind dazu die Verbindungen, an denen Mehrbitzahlen auftreten, 3fl durch das Zeichen , angegeben. Dieses Symbol wird auch in den weiteren Figuren verwendet.
15(3) Bas bevorzugte Ausführungsbeispiel

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Festwertspeicher 12 alle möglichen Werte |f(kjj)| , mit denen eine vom Festwertspeicher 2 gelieferte Zahl multipliziert werden muss. Dadurch, dass nun in dem Festwertspeicher 12 nicht diese Werte j f(k,j)| oder entsprechende Zahlen F(k,j) gespeichert werden, sondern die

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11.12.78 γζ PHN 9045

Adressenkodes derjenigen Zahlen in dem Speicher 1, die mit einem bestimmten Multiplizierfaktor jf(k,j)j multipliziert werden müssen, kann die Akkumulationsanordnung k als schiebender Akkumulator ausgebildet werden. Das auf diesem Prinzip ^ beruhende und bevorzugte Ausführungsbeispiel ist in Fig. dargestellt. Diese in Fig. 3 dargestellte nicht-rekursive Digitalfilteranordnung weicht von der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wie folgt ab.

Die KommaverSchiebungsanordnung 5» die in der Anordnung nach Fig. 1 notwendig ist, tritt in der in Fig. 3 dargestellten Anordnung nicht mehr auf. Ihre Aufgabe ist durch Verwendung des schiebenden Akkumulators h (siehe Bezugsmaterial 6), der mit einem Schiebeimpulseingang 6{$) versehen ist, erhalten worden. Dieser Schiebeimpulseingang 6(5) ist über eine Koinzidenzschaltung 17 mit dem Ausgang 12(i) des Festwertspeichers 12 verbunden. Auchin der in Fig. 3 dargestellten Inordmmg wird eine Adressenberechnungsschaltung verwendet, die mit einem Eingang an den Ausgang 12(i) des Festwertspeichers 12 und mit dem Ausgang an den Adressen —

eingang des Speichers 1 angeschlossen ist. Diese Adressenberechnungsschaltung ist in Fig. 3 durch 13' bezeichnet und kann auf die Art und Weise betrachtet werden, wie dies in Fig. h dargestellt ist. Die dort dargestellte Adressenbe— rechnungsschaltung ist mit einem Modulo—N-Zähler 18 versehen,

dem die TR-Impulse als Zählimpulse zugeführt werden. Die Zählstellung dieses Zählers 18 wir einerseits einer UKD-Torschaltung I9 zugeführt, der ,.zugleich die TiRAM-Impulse zugeführt werden. Andererseits wird die Zählstellung des Zählers 18 einem Modulo-N-Addierer 20 zugeführt, von dem ein Eingang mit dem Ausgang 12(i) des Festwertspeichers verbunden ist. Der Ausgang dieses Addierers 29 ist an den Eingang einer UND-Torschaltung 21 angeschlossen, der zugleich das RRAM-Signal zugeführt wird. Die Ausgänge dieser UND-Torschaltungen I9 und 21 sind an Eingänge einer ODER-Torschaltung 22 angeschlossen, deren Ausgang an den Adresseneingang des Speichers I angeschlossen ist. Je%tfeils, wenn ein WRAM-Impuls auftritt, wird die Stellung des Zählers 18 als Adressenkode dorn Speicher 1 zugeführt-, und

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11.12.78- j4> PHN

/fir

jeweils wenn RRAM = "1" 1st, wird die vom Addierer 20 gelieferte Zahl als Adressenkode dem Adresseneingang des Randomspeichers 1 zugeführt.

Durch den Festwertspeicher 12 wird nun wieder zyklisch eine Reihe von 4N Hilfkodeworten geliefert, die nun jedoch ausser durch Haltezahlen auch durch Adressenkodes gebildet werden, die gegebenenfalls durch die Adressenbereclmungsschaltung modifiziert und dem Adresseneingang des Randomspeichers 1 zugeführt werden. Insbesondere wird nun jede Haltezahl durch die Koinzidenzschaltung 17 detektiert, die dadurch dem Akkumulator k einen Schiebeimpuls zuführt, wodurch der Akkumulator in eine Stellung gelangt, die um eine Stelle in Rangordnung höher ist als die vorhergehende Stellung. Wenn beispielsweise der Akkumulator sich in einer Stelle befand, die einer Multiplikation der über den Eingang 6(i) zugeführten Zahlen mit 2 , wobei η eine ganze Zahl darstellt, entsprach, so wird infolge der nächsten Haltezahl die Einstellung des Akkumulators derart, dass diese einer Multiplikation der zügeführ ten Zahlen mit einem Faktor 2 entspricht. Nur wenn der Akkumulator sich in der höchsten Stellung befindet, wird er infolge einer nächsten Haltezahl auf die niedrigste Stellung (2 ) eingestellt. Jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Haltezahlen treten nun eine Anzahl Adressenkodes auf, wodurch am Ausgang des Randomspeichers 1 diejenigen Kodegruppen auftreten, deren expandierte ¥erte mit einem Wert multipliziert werden müssen, der durch den Auftritt der letzten Ilaltezahl erhaltenen Einstellung des Akkumulators entspricht.

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ee

Claims

11.12.78 PHN 90^5

PATENTANSPRUCH

Digitale FiIteranOrdnung zum Filtern nicht-linear quantisierter pulskodemodulierter Signale, die durch eine Folge von Kodegruppen x(i) gebildet werden, die je ein Polaritätsbit p(i), eine Segmentzahl s(i) und eine Mantissenzahl in(i) enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung mit den folgenden Elementen versehen ist:

- einem Generator zum zyklischen Erzeugen einer Reihe sequentiell auftretender vorbestimmter Hllfszahlen, die je durch eine zweite Polarität und einen Adressenkode gebildet werden, welche Mittel mit einem zweiten Po3.arita.ts — ausgang und einem Adressenkodeausgang versehen sind;

- einem ersten Speicher mit adressierbaren Speicherzellen zum Speichern von N sequentiell auftretenden Kodegruppen x(i-k) mit k = 0 , 1, 2 ,..--. N₁ und 1= ...-3,-2,-1,0,1,2,3,...,

mit einem Speicherstellenadresseneingang, einem Eingang zum Empfang der genannten Kodegruppen x(i-k), einem Segmentzahlausgang, einem Mantissenzalilausgang und einem Polaritätsausgangj

- Mitteln zum Koppeln des Adressenkodeausganges des Generators mit dem Speicherstellenadresserieingang des ersten Speichers;

- einem zweiten Speicher mit einein ersten und einem zweiton Speich.er.Teld, die je mit Hilfe eines Speicheradressenkodes adrossierbar sind und je Speicherstellen enthalten, die mit Hilfe von Speicherstellenadressenkodcs adressierbar sind,

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11.12.78 . 2 ' PHN 9Oh5

wobei der zweite Speicher mit einem Speicherstellenadresseneingang, einem Speicherfeldadresseneingang und einem Ausgang versehen ist;

— Mitteln zum Koppeln des Segmontzahl- und Mantissenzahl— ausganges des ersten Speichers mit dem Spelcherstellenadresseneingang des zweiten Speichers;

- einem Exklusiv-ODER-Tor, dessen Eingänge mit dem Polaritätsausgang des Generators bzw. des ersten Speichers verbunden sind und dessen Ausgang mit dem Speicherfeldadressen-

'" eingang des zweiten Speichers verbunden ist;

— einen im 1- oder 2-Komplement arbeitenden Akkumulator, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Speichers gekoppelt ist und mit Mitteln ziim Verschieben gegeneinander der vom zweiten Speicher gelieferten Zahl und des

'5 Akkumulatorinhaltes, welche Verschiebungsmittel durch Verschiebungsbefehle gesteuert werden, die dem Akkumulator über einen Verschiebungsbefehlseingang zugeführt werden;

- Mitteln zum Koppeln des Verschiebungsbefehlseinganges

mit dem Adressenkodeausgang des Generators.

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