DE3113397C2

DE3113397C2 -

Info

Publication number: DE3113397C2
Application number: DE3113397A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. 6104 Seeheim De Heitmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1988-12-22
Also published as: JPS57176855A; DE3113397A1; US4491869A; JPH0322737B2

Description

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 Gleichspannungs komponenten der digitalen Signale aufgezeichnet bzw. wiedergegeben werden. Es sind daher Codes erforderlich, welche Digitalsignale ergeben, die keinen Gleichstrom anteil enthalten. Derartige Codes können ebenfalls er forderlich sein zur Übertragung von Digitalsignalen über einen Übertragungskanal, welcher eine Hochpaß charakteristik aufweist, also über eine untere Frequenzgrenze verfügt.

Ein einfaches Mittel zum Erhalt der Gleichstromfreiheit besteht darin, vorgegebenen Signalabschnitten - beispiels weise jedem Datenwort - eine Anzahl von Bits mit einem derartigen Pegel hinzuzufügen, daß sich für den gesamten Signalabschnitt die Anzahl der L- und H-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 übertragen wer den sollte.

Aus der DE 28 28 219 A1 ist ein Verfahren zur Übertra gung digital codierter Signale bekannt, bei welchem eine gegebene Datenfolge in Sequenzen mit und ohne Gleich stromanteil unterteilt wird und die Sequenzen mit Gleich stromanteil durch Sequenzen ohne Gleichstromanteil er setzt werden. Hierbei ist es jedoch ebenfalls erforder lich, 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. 414 ff.) wird das Digitalsignal von Abtastwert zu Abtast wert invertiert. Dieses Verfahren liefert jedoch nur für bestimmte Inhalte des zu übertragenden Signals befrie digende Ergebnisse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pulscode modulationssystem vorzuschlagen, bei welchem weitgehend unabhängig vom Signalinhalt ein gleichstromfreies Digi talsignal 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 Signalin halt 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 Audio signalen - verwendet werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

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

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

Fig. 3 ein Signalspektrum des bandbegrenzten zu über tragenden Analogsignals,

Fig. 4 ein durch Digital-Analog-Rückwandlung entste hendes äquivalentes Pulsamplitudenmodulations- Signalspektrum bei Anwendung eines Binärcodes,

Fig. 5 ein durch Digital-Analog-Rückwandlung entste hendes äquivalentes Pulsamplitudenmodulations- Signalspektrum nach Invertierung des Digital signals von Abtastwert zu Abtastwert und

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

Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 stellt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dar. Bei 1 wird das aufzuzeichnende Videosignal zuge führt. Es gelangt einerseits über einen Tiefpaß 2 zu einem Analog-Digital-Wandler 4 und andererseits zu einem Takt- und Synchrongenerator. In diesem wird vom Video signal 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 Video pegel mit 0000 anfängt und beim höchsten Videopegel den Wert LLLL aufweist. Zur Erzielung einer genügend hohen Auflösung der Pegelstufen des Videosignals wird meistens ein 8-stelliges Digitalwort übertragen. Um jeden zwei ten Abtastwert zu invertieren, wird vom Takt- und Synchron generator 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 ge leitete Digitalsignal an einen Codewandler 8 weiter. In diesem Codewandler 8 wird aus dem binär-codierten Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 4 ein Digi talsignal 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 Pegel stufe zu Pegelstufe des Analogsignals sich nur ein oder zwei Bits jeweils eines Wortes ändern.

In einer realisierten Ausführungsform der Schaltungsan ordnung nach Fig. 1 wurde selbstverständlich der Umschal ter 7 mit den in der Digitaltechnik üblichen Verknüpfungs schaltungen realisiert. Der Codewandler kann aus einem programmierbaren Auslesespeicher (PROM) bestehen. Ein Beispiel eines 8-Bit-Codes mit linear ansteigendem Mit telwert wird anhand einer im Hexadezimal-Code geschrie benen Code-Tabelle in Fig. 2a dargestellt. Fig. 2b zeigt einen Ausschnitt aus der Tabelle nach Fig. 2a, aus wel chem ersichtlich ist, daß innerhalb eines Pegelbereiches mit konstanter Anzahl von 1-Bits von Pegelstufe zu Pegel stufe des Analogsignals sich lediglich 2 Bits ändern.

In der Schaltung 9 wird dem Digitalsignal ein digitales Synchronsignal zugefügt, welches im Takt- und Synchron generator 3 aus dem Synchronsignal des Videosignals ab geleitet wurde. Der Parallelseriewandler 10 wandelt dann schließlich das Digitalsignal in ein serielles Digitalsignal um, welches der schematisch dargestell ten Aufzeichnungseinrichtung oder einem Übertragungs kanal mit Hochpaßcharakteristik 12 zugeführt wird.

Die Fig. 3 bis 6 stellen die Spektren der in der An ordnung nach Fig. 1 auftretenden Signale dar. Es zeigt Fig. 3 das Spektrum des bei 1 zugeführten Videosignals, welches auf einen Wert unterhalb der halben Abtastfre quenz f _a/2 begrenzt ist. Gestrichelt dargestellt ist als Alternative ein Videospektrum mit niedrigerer oberer Grenzfrequenz.

Fig. 4 zeigt das Spektrum des abgetasteten analogen Videosignals und Fig. 5 zeigt das Spektrum eines Signals, welches durch D/A-Rückwandlung des am Ausgang des Schal ters 7 (Fig. 1) anstehenden digitalen Signals entstehen würde. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß dieses Signal keinen Gleichstromanteil aufweist und daß die untere Grenzfrequenz entsprechend dem Abstand der oberen Grenz frequenz des analogen Videosignals zur halben Abtast frequenz 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 Fig. 5 dargestellte Si gnal auf.

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

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

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

Das wiedergegebene bzw. übertragene serielle Digital signal wird bei 13 (Fig. 1) einem Serie-Parallel-Wand ler 14 und einem Takt- und Synchron-Regenerator 15 zu geführt. Das Ausgangssignal wird zu einem Codewandler 16 geleitet, dessen Funktion 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 19 vom Takt- und Synchron-Regenerator 15 erzeugtes Signal mit halber Abtastfrequenz f _a/2 zugeführt.

Mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers 20 wird schließ lich das analoge Videosignal erzeugt, das am Ausgang 21 zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.

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

Claims

1. Pulscodemodulationssystem, bei welchem ein Digital signal über einen Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal mit Hochpaßcharakteristik geleitet wird, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bandbreite des dem Digitalsignal zugrundeliegenden Analogsignals derart begrenzt wird, daß die höchstens im bandbegrenzten Analogsignal enthal tenen Frequenzen kleiner sind als die Hälfte der Ab tastfrequenz, welche zur Analog-Digital-Wandlung verwen det wird, daß von Abtastung zu Abtastung das Digitalsi gnal 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 Analogsi gnals aufweist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeweils eines Pegelbereiches des Analog signals, innerhalb dessen die Anzahl der Bits mit dem einen logischen Pegel konstant ist, von Pegelstufe zu Pegelstufe des Analogsignals sich jeweils zwei Bits eines n-Bit-Wortes ändern.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Analogsignal vor der Analog-Digital-Wandlung bandbegrenzt wird.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß nach einem Analog-Digital-Wandler ein digitaler Tiefpaß angeordnet ist.

5. 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.

6. Codiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Analogsignal einem Tief paß (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 Codewandler (8) zugeführt ist, und daß das Aus gangssignal des Codewandlers (8) zusammen mit einem von einem Takt- und Synchrongenerator (3) erzeugten Synchron signal einem Parallel-Serien-Wandler (10) zugeführt ist.

7. Decodiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Ausgang des Auf zeichnungs- oder Übertragungskanals entnommene Digital signal einem Serie-Parallel-Wandler (14) und einem Takt- und Synchronregenerator (15) zugeführt ist, daß der Ausgang des Serie-Parallel-Wandlers mit dem Ein gang eines Codewandlers (16) verbunden ist, dessen Ausgangssignal über eine von Abtastung zu Abtastung umschaltbare Inverterschaltung (17, 18, 19) einem Digi tal-Analog-Wandler zugeführt ist.

8. Codiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Analogsignal ein Videosignal ist.

9. Decodiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Analogsignal ein Videosignal ist.