DE3113397A1

DE3113397A1 - Pulscodemodulationssystem

Info

Publication number: DE3113397A1
Application number: DE3113397A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 6104 Seeheim Heitmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1982-10-21
Also published as: JPS57176855A; US4491869A; DE3113397C2; JPH0322737B2

Description

Hl.-Nr. 19HVB1
2.4.1981 Ι'Έ/PLI/Go/Hö

ROBERT BOSCH GMBH, 7QOO Stuttgart 1 Pulncodemodulationanyatem

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem System nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei der magnetischen Aufzeichnung digital codierter elektrischer Signale können häufig keine niederfrequenten Anteile oder Gleichspannungskoinponoiit,firi dor digitalen Signale aufgezeichnet bzw..

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Hl. -Nr. 1984/81 - £· -

wiedergegeben werden. Es sind daher Codes erforderlich, welche Digitalsignale ergeben, die keinen Gleichstromanteil enthalten. Derartige Codes können ebenfalls erforderlich nein zur Übertragung von Dipjitalsignalen über einen Übertragungskanal, welcher eine Hochpaßcharakteristik aufweist, also über eine untere Frequenzgrenze verfügt.

Ein einfaches Mittel zum Erhalt der Gleichstromfreiheit besteht darin, vorgegebenen Signalabschnitten - beispielsweise jedem Datenwort - eine Anzahl von Bits mit einem derartigen Pegel hinzuzufügen, daß sich für den gesamten Signalabschnitt die Anzahl der L- und Η-Pegel aufheben. Diese triviale Möglichkeit scheidet jedoch in der Praxis aus, da in den meisten Fällen die Kanalkapazität begrenzt ist und somit möglichst wenig Redundanz übortragen werden sollte.

Aus der DE-AS 28 28 219 ist ein Verfahren zur Übertragung digital codierter Signale bekannt, bei welchem eine gegebene Datenfolge in Sequenzen mit und ohne Gleichstromanteil unterteilt wird und die Sequenzen mit Gleichs.tromanteil durch Sequenzen ohne Gleichstromanteil ersetzt werden. Hierbei ist es jedoch ebenfalls erforderlich, für das Ersatzsignal zusätzliche Kanalkapazität zur Verfügung zu stellen.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (Goldberg u.a.: "Optical Television Link Employing a Digitally Modulated Laser", Journal of the SMPTE, Vol. 88, Juni 1979, S. Λ-1Λ ff.)· wird das Digitalsignal von Abtantwert zu Abtastwert invertiert. Dieses Verfahren liefert jedoch nur für

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bestimmte Inhalte des zu übertragenden Signals befriedigende Ergebnisse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pulscodemodulationssystem vorzuschlagen, bei welchem weitgehend unabhängig vom Signalinhalt ein gleichstromfreies Digitalsignal erzeugt wird, ohne daß zusätzliche Redundanz hinzugefügt zu werden braucht.

Vorteile der Erfindung;

Das erfindungsgemäße System mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die digitalen Signale weitgehend unabhängig vom Signalinhalt gleichstromfrei sind und daß keine zusätzliche Redundanz hinzuzufügen ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Systems möglich. Das erfindungsgemäße System kann besonders vorteilhaft zur Aufzeichnung oder Übertragung von Videosignalen aber auch anderen Analogsignalen - wie beispielsweise Audiosignalen - verwendet werden.

Zoichnuup;

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

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Rl.-Nr. 1984/81 - 4P -

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Codierung und zur Decodierung nach dem erfindungsgemäßen System,

Fig. 2 tabellarisch ein Beispiel für einen im erfindungsgemäßen System anwendbaren Code,

Fig. 3 ein Signal Spektrum des bandbegrenzten zu übertragenden Analogsignals,

Pig. 4- ein durch Digital-Analog-Hückwandlung entstehendes äquivalentes Pulsamplitudenmodulations-Signalspektrum bei Anwendung eines Binärcodes,

Fig. 5 ein durch Digital-Analog-Rückwandlung entstehendes äquivalentes Pulsamplitudenmodulations-Signalspektrum nach Invertierung des Digitalsignals von Abtastwert zu Abtastwert und

Fig. 6 ein Spektrum des mit dem erfindungsgemäßen System gewonnenen seriellen Datensignals.

Beschreibung der Erfindung

Figur 1 stellt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dar. Bei 1 wird das aufzuzeichnende Videosignal zugeführt. Es gelangt einerseits über einen Tiefpaß 2 zu einem Analog-Digital-Wandler 4 und andererseits zu einem Takt- und Synchrongenerator. In diesem wird vom Videosignal das Synchronisiersignal abgetrennt, aus welchem der Abtasttakt für den Analog-Digital-Wandler 4 und weitere später zu erläuternde Taktsignale abgeleitet werden. Das digitale Ausgangssignal eines Analog-Digital-Wandlers besteht üblicherweise aus einem mehrstelligen Binärwort, welches beispielsweise beim niedrigsten Videopegel mit 0000 anfängt und beim höchsten Videopegel den

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Wert LLLL aufweist. Zur Erzielung einer genügend hohen Auflösung der Pegelstufen des Videosignals wird meistens ein 8-stelliges Digitalwort übertragen. Um jeden zweiten Abtastwert zu invertieren, wird vom Takt- und Synchrongenerator 3 ein Signal mit halber Abtastfrequenz einem Umschalter 7 zugeführt. Der Umschalter 7 leitet jeweils während einer Abtastperiode das über den Inverter 5 geleitete Digitalsignal und das über einen Buffer geleitete Digitalsignal an einen Codewandler 8 weiter. In diesem Codewandler 8 wird aus dem binär-codierten Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 4 ein Digitalsignal mit einem Code erzeugt, bei welchem innerhalb eines Wortes die Anzahl der Bits mit einem der logischen Pegel eine etwa lineare Abhängigkeit vom jeweiligen Wert des Analogsignals aufweist und bei welchem von Pegelstufe zu Pegelstufe des Analogsignals sich nur ein oder zwei Bits jeweils eines Wortes ändern.

In einer realisierten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wurde selbstverständlich der Umschalter 7 mit den in der Digitaltechnik üblichen Verknüpfungsschaltungen realisiert. Der Codewandler kann aus einem programmierbaren Auslesespeicher (PROM) bestehen. Ein Beispiel eines 8-Bit-Codes mit linear ansteigendem Mittelwert wird anhand einer im Hexadezimal-Code geschriebenen Code-Tabelle in Fig. 2a dargestellt. Fig. 2b zeigt einen Ausschnitt aus der Tabelle nach Fig. 2a, aus welchem ersichtlich ist, daß innerhalb eines Pegelbereiches mit konstanter Anzahl von 1-Bits von Pegelstufe zu Pegelntufe des Analogsignals sich lediglich 2 Bits ändern.

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In der Schaltung 9 wird dem Di[-;italsignal ein digitales Synchronsignal zugefügt, weichts im Takt- und Synchrongenerator 3 aus dem Synchronsii nal des Videosignals abgeleitet wurde. Der Parallelse iewsndle "* 10 wandelt dann schließlich das Digitalst nal in e.n serielles Digitalsignal um, welches der . chematis ;h dargestollten Aufzeichnungseinrichtung ο er einem Ubertragungskanal mit Hochpaßcharakteristi'. 12 zugeführt wird.

Die Figuren 3 bis 6 stellen dio Spektren der in der Anordnung nach Fig. 1 auftretenden Signale dar. Es zeigt Fig. 3 das Spektrum des bei 1 augeführten Videosignals, welches auf einen Wert unterhalb der halben Abtastfrequenz f_o/2 begrenzt ist. Gestrichelt dargestellt ist als Alternative ein Videospektrum mit niedrigerer oberer Grenzfrequenz.

Figur 4 zeigt das Spektrum der abgetasteten analogen Videosignals und Fig. 5 zeigt las üpektrum eines Signals, welches durch D/A-Rückwandlunf des am Ausgang des Schalters 7 (Fig. 1) anstehenden digitalen Signals entstehen würde. Aus Figur 5 ist ersichtlich, daß dieses Signal keinen Gleichstromanteil aufweist und daß die unüere Grenzfrequenz entsprechend dem Abstand der oberen Grenzfrequenz des analogen Videosignals zur halben Abtastfrequenz von null verschieden ist.

Da durch die erfindungsgemäße Codierung der Mittelwert pro digitalem Datenwort eine etwa lineare Funktion des Analog-Pegels ist, weist nach der Umcodierung das serielle Digitalsignal selbst ein im niederfrequenten Bereich ähnliches Spektrum wie das in Figur 5 dargestellte Signal auf.

BAD ORiGfNAl

Rl.-Nr. 1984/81 -Jf-

AO

Figur 6 zeigt das Spektrum des seriellen Digitalsignals am Schaltungspunkt 11 (durchgezogene Linie). Das Signal t keinen Gleichspannungsanteil auf.

Strichliert ist die Abweichung des Spektrums.für eine Bandbegrenzung des Videosignals bei einer niedrigeren .Frequenz dargestellt.

Zum Vergleich wurde ferner in Figur 6 alternativ als Kreuz-Strich-Linie der Spektralverlauf aufgenommen, der sich ergibt, wenn zwar das Digitalsignal von Abtastwert zu Abtastwert invertiert wird, .jedoch keine Umcodierung im Codewandler 8 erfolgt.

Das wiedergep;ebene bzw. übertragene serielle Digitali3.ipjn.nl wird bei 13 (Fig· 1) einem Serie-Parallel-Wandloi· Λ>\ und einem l\kt- und Synchron-Kegenerator 15 zugeführt. Das Ausgangssignal wird zu einem Godewandler 16 geleitet, dessen Punktion entgegengesetzt zur Funktion des Codewandlers 8 ist, so daß an dessen Ausgang ein wie eingangs beschriebenes binär-codiertes Signal ansteht. Dieses wird wiederum mit Hilfe der Schaltungen 17, 18 und 19 von Abtastwert zu Abtastwert invertiert, womit die entsprechende Invertierung mit Hilfe der Schaltungen 5, 6 und 7 aufgehoben wird. Hierzu wird dem Schalter vom Takt- und Synchron-Regenerator 15 erzeugtes Signal mit halber Abtastfrequenz f /2 zugeführt.

CL

Mit ililfo einen Digital-Annlog-Wandlers 20 wird schließlich da« analoge Videosignal erzeugt, das am Ausgang zui* weiteren Verwendung zur Verfügung steht.

BAD

Rl.-Nr. 1.9Ö4-/81 - /-

ΛΛ

Die schematisch als Blöcke dargestellten einzelnen Schaltungen entsprechen grundsätzlich bekannten Schaltungen und brauchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden.

Claims

Rl. -Nr. 19UVU1
2.4.1981 . FE/PLI/Go/IIö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

(i. Pulscodemodulabionssystem, bei welchem, ein Digitalsignal über einen Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal mit'Hochpasscharakteristik geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des dem Digitalsignal zugrundeliegenden Analogsignals derart begrenzt wird,-daß die höchsten im bandbegrenzten Analogsignal enthaltenen Frequenzen kleiner sind als die Hälfte der Abtastfrequenz, welche zur Analog-Digital-Wandlung verwendet wird, daß von Abtastung zu Abtastung das Digitalsignal invertiert wird und daß dem Digitalsignal ein Code zugrundeliegt, bei welchem innerhalb eines Wortes die Anzahl der Bits mit einem der logischen Pegel eine etwa lineare Abhängigkeit vom jeweiligen Wert des Analogsignals aufweist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeweils eines Pegelbereiches des Analogsignals, innerhalb dessen die Anzahl der Bits mit dem einen logischen Pegel konstant ist, von Pegelstufe zu

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Pegelstufe des Analogsignals sich jeweils zwei Bits eines n-Bit-Wortes ändern.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnot;, dnß da« Analogsignal vor der Analog-Digital-Wandlung bandbegrenzt wird.
4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Analog-Digital-Wandler ein digitaler Tiefpaß angeordnet ist.
^CJ>. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3_? dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal aus 8-Bit-Worten besteht, welche sich je Pegelstufe des Analogsignals um ein oder zwei Bit ändern.
f>. Codiersystem nach einem, der Ansprüche 1 bis 5i dadurch ι-¹; ο kenn zeichnet, daß das Analogsignal einem Tiefpaß (2) zugeführt ist, daß der Ausgang des Tiefpasses (2) mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers (4) verbunden ist, an dessen Ausgang ein Binärwort ansteht, welches mit Hilfe einer steuerbaren Inverterschaltung (5*6,7) von Abtastung zu Abtastung invertiert wird und einem Godewandler (8) zugeführt ist, und daß das Ausgangssignal des Godewandlers (8) zusammen mit einem von einem Takt- und Synchrongenerator'(3) erzeugten Synchronsignal einem Parallel-Serien-Wandler (10) zugeführt ist.
7. Decodiorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß das vom Ausgang des Auf-ΙΊΟ i.clinunf.'jij— odor UbeiM;ragungakanal<3 -entnommene DigiLal —

Rl.-Nr. 1984/81 - 3 -

signal einem Serie-Parallel-Wandler (14) und einem Takt- und Synchronregenerator (15) zugeführt ist, daß der Ausgang des Serie-Parallel-Wandlers mit dem Eingang eines Codewandlers (16) verbunden ist, dessen Ausgangssignal über eine von Abtastung zu Abtastung umschaltbare Inverterschaltung (17,18,19) einem Digital-Analog-Wandler zugeführt ist.
8. Codiersys.tem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal ein Videosignal ist.

9· Decodiersystem nach Anspruch 7 ·> dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal ein Videosignal ist.