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Schneller DPCM-Codierer
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Die Erfindung betrifft einen schnellen DPCM-Codierer, an dessen Eingang
PCM-Signalwerte anliegen, mit einem Quantisierer und mit arithmetischen Rechenelementen
zum Ermitteln der DPCM-Signalwerte durch Verwendung von Schätzwerden, die mit Hilfe
von Prädiktionsfaktoren aus vorangegangenen, durch ganzzahlige Verzögerungsindizes
gekennzeichneten PCM-Signalwerten errechnet werden.
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Zur digitalen S3ertragung oder Speicherung von Signalen findet häufig
das Verfahren der Differenz-Puls-Code-Modulation (DPCM) Anwendung. Das zu übertragende
Signal wird abgetasteb und ergibt einen PCM-Signalwert si.
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Aus den vor:-erxenenden PCM-Signalwerten si-k wird ein Schätzwert
si be-echnet. Die Differenz si = si-si wird quantisiert und aanach übertragen bzw.
gespeichert. Ziel des Verfahrens ist es, eine geringere Bitrate zu benötigen. Die
notwendige Ubertragungsrate bzw. der Speicherplatzbedarf werden dadurch geringer.
In Fig. 1 ist eine einfache DPCM-Schleife dargestellt, deren Funktion noch genauer
erläutert wird. Die Berechnung des Schätzwertes si erfolgt in vier Schritten. Diese
vier Rechenschritte müssen innerhalb einer Zeit durchgeführt werden, die dem zeitlichen
Abstand tA zweier aufeinanderfolgender PCM-Signalwerte 5i' si+1 entspricht. Bei
hohen Datenraten, wie beispielsweise bei der Ubertragung von Breitbandfernsehsignalen,
steht für diese Rechenoperation extrem wenig Zeit zur Verfügung, so daß eine Realisation
auch bei Verwendung modernster Schaltkreistechniken schwierig oder unmöglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen DPCM-Codierer mit kurzer Verarbeitungszeit
anzugeben.
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P 1 Shy/ 18.10.82
Ausgehend vom eingangs beschriebenen
Stand der Technik, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als DPCM-Codierer zwei
in Reihe geschaltete Recheneinheiten vorgesehen sind, daß die erste Recheneinheit
ein Transversalfilter mit mindestens einem Multiplizierer und mit mindestens einem
ersten Subtrahierer enthält, das als Ausgangssignal einen ersten Zwischenwert Z
1 = ski ~ As i-k - gSi-l - CSi-m i-n .(k<l em on) abgibt, daß die zweite Recheneinheit
mit dem Quantisierer vorgesehen ist, der als Ausgangssignal den Quantisierungsfehler
des DPCM-Signalwertes abgibt, daß arithmetiscne Rechenelemente zur Ermittlung von
mit den zugehörigen Prädiktionsfaktoren multiplizierten Quantisierungsfehler vorgesehen
sind, daß die derart bewerteten Quantislerungsfehler vom ersten Zwischenwert in
mindestens einem weiteren Subtrahierer subtrahiert werden und daß der Ausgang des
letzten weiteren Subtrahierers, dessen Subtraktionseingang der mit dem Prädiktionsfaktor
A multiplizierte Quantisierungsfehler zugeführt ist, an den Eingang des Quantisierers
angeschlossen ist.
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Durch die Zerlegung in zwei Recheneinheiten kann die Berechnung des
Schätzwertes si durch voneinander unabhängige Rechenvorgänge erfolgen. Die erste
Recheneinheit stellt ein Transversalfilter dar, in dem der aktuelle PCM-Signalwert
vermindert um die mit den zugehörigen Prädiktionsfaktoren multiplizierten vorangegangenen
Signalwerte errechnet wird. In der zweiten Recheneinheit werden die ebenfalls mit
denselben Prädiktionsfaktoren multiplizierten Quantisierungsfehler vom vorhin errechneten
Zwischenwert subtrahiert. Als Ergebnis erhält man die eigentlichen DPCM-Signalwerte
h si, die quantisiert ausgesendet werden.
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Es ist vorteilhaft, daß der Quantisierer an mindestens einem Ausgang
mindestens einen mit einem Prädiktionsfaktor multiplizierten Quantisierungsfehler
abgibt.
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Bei der Berechnung des Schätzwertes A5 spielt im allgemeinen der vorhergehende
PCM-Signalwert ski 1 eine entscheidende Rolle. So stellt die Subtraktion des mit
dem Prädiktionsfaktor A multiplizierten Quantisierungsfehlers qi in der zweiten
Recheneinheit den zeitkritischen Vorgang dar. Wird vom Quantisierer bereits das
Produkt A-qi abgegeben, so kann ein Multipliziervorgang eingespart werden.
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Bei der Berechnung des Schätzwertes aus mehreren vorangegangenen PCM-Signalwerten
ist es vorteilhaft, daß in der zweiten Recheneinheit eine erste Rechenschleife mit
dem weiteren Subtrahierer vorgesehen ist, dessen- Subtraktionseingang der mit dem
Prädiktionsfaktor A multiplizierte Quantisierungsfehler vom Ausgang des Quantisierers
zugeführt ist, und daß eine der ersten Rechenschleife vorgeschaltete zweite Rechenschleife
mit einem weiteren dritten Subtrahierer vorgesehen ist, in der die mit den zugehörigen
übrigen Prädiktionsfaktoren multiplizierten Quantisierungsfehler errechnet und vom
ersten Zwischenwert subtrahiert werden.
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Die Zerlegung in zwei Rechenschleifen hat den Vorteil, daß fpr die
zeitkritischste Rechenoperation allein ein Auslesevorgang aus dem Quantisierer und
eine Subtraktion vorgenommen zu werden braucht. Die Subtraktion kann hierbei durch
eine Addition ersetzt werden, z.B.
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dadurch, daß der Quantisierer bereits das Komplement von Aqi abgibt.
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Es ist zweckmäßig, daß der Quantisierer einen weiteren Ausgang aufweist,
an dem quantisierte DPCM-Signalwerte abgegeben werden.
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Gibt der Quantisierer die quantisierten DPCM-Signalwerte direkt ab,
dann ist ihre Berechnung aus den
Quantisierungsfehlern und den unquantisierten
PCM-Signalwerten unnötig.
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Es ist aus Aufwands gründen zweckmäßig, daß ein Addierer mit seinem
ersten Eingang an den Eingang des Quantisierers und mit seinem zweiten Eingang an
den Ausgang des Quantisierers, an dem der Quantisierungsfehler abgegeben wird, zur
Ermittlung des quantisierten Ausgangssignals angeschlossen ist.
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Ist ein Quantisierer vorhanden, der neben dem mit dem Prädiktionsfaktor
A multiplizierten Quantisierungsfehler Aqi auch den Quantisierungsfehler qi direkt
abgibt, ist die Berechnung des quantisierten DPCM-Signals durch Verwendung eines
zusätzlichen Addierers möglich. Beim Quantisierer wird die Ausgabe des quantisierten
DPCM-Signalwertes eingespart. Die Ausgabe des Quantisierungsfehlers qi ist immer
dann zweckmäßig, wenn die Berechnung des Schätzwertes aus mehreren vorangegangenen
PCM-Signalwerten erfolgt.
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Für die Berechnung des Schätzwertes aus einem vorangegangenen PCM-Signalwert
ist es vorteilhaft, daß die erste Recheneinheit einen Multiplizierer enthält, dessen
erster Eingang an dem Eingang des. DPCM-Codierers angeschlossen ist, daß dem zweiten
Eingang isMultwlizierers der Prädiktionsfaktor zugeführt ist, daß der Ausgang des
Multiplizierers an den Subtraktionseingang eines ersten Subtrahierers angeschlossen
ist, dessen erster Eingang ebenfalls mit dem Eingang verbunden ist und dessen Ausgang
dem ersten Eingang eines zweiten Subtrahierers zugeführt ist, dessen Ausgang mit
dem Eingang des Quantisierers verbunden ist, und daß der zweite Ausgang des Quantisierers,
an dem der mit dem Prädiktionsfaktor A bewertete Quantisierungsfehler abgegeben
wird, dem Subtraktionseingang des zweiten Subtrahierers zugefUhrt ist.
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Bei dieser Schaltungsanordnung ist das verwendete DPCM-Codierer-Prinzip
besonders vorteilhaft. In der zweiten Recheneinheit muß während einer Abtastperiode
des PCM-Signals nur eine Ausgabe vom Quantisierer und ein Subtraktionsvorgang erfolgen.
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Die zeitkritische Rechenoperation der zweiten Recheneinheit wird unabhängig
von der Bewertung der Quantisierungsfehler mit den zugehörigen Prädiktionsfaktoren
vorgenommen.
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Es ist vorteilhaft, daß als Quantisierer ein frei adressierbarer Speicher
vorgesehen ist.
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Ein frei adressierbarer Lesespeicher (ROM) eignet sich vorteilhaft
als Quantisierer. Die am Eingang anliegenden DPCM-Signalwerte wirken als Adressen.
Die ausgegebenen Daten stellen die quantisierten DPCM-Signalwerte und die Quantisierungsfehler
dar.
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Beim Aufbau eines optimal schnellen DPCM-Codierers kann es zweckmäßig
sein, daß dem Quantisierer der am Ausgang anliegende, mit dem Prädiktionsfaktor
bewertete Quantisierungsfehler seinem Eingang wieder zugeführt ist.
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Dem Quantisierer wird sowohl der errechnete DPCM-Signalwert Asi als
auch der von ihm abgegebene, mit dem Prädiktionsfaktor A multiplizierte Quantisierungsfehler
qi als Adresse eingegeben. Die Ermittlung des quantisierten DPCM-Signalwertes kann
nach der Art eines frei adressierbaren Lesespeichers (ROM) durch Auslesen der gespeicherten
Daten erfolgen oder auch durch eine interne ganze oder teilweise Berechnung des
entsprechenden DPCM-Signalwertes.
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Es ist vorteilhaft, daß als Quantisierer eine hochintegrierte Logikschaltung
(logic array) vorgesehen ist.
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Durch die Verwendung hoch entwickelter Logikschaltungen (logic arrays)
läßt sich die Arbeitsgeschwindigkeit des Quantisierers erhöhen. Hierdurch lassen
sich ebenfalls Kombinationen von Subtrahierer (Addierer) und ROM realisieren.
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Es ist zweckmäßig, daß Addierer statt Subtrahierer vorgesehen sind,
deren zweiten Eingängen jeweils das Komplement der zu subtrahierenden Werte zugeführt
wird.
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Hierdurch lassen sich übliche Addierer verwenden. Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 einen herkömmlichen DPCM-Codierers Fig. 2 das Prinzipschaltbild
eines erfindungsgemäßen DPCM-Codierers mit eindimensionaler Vorhersage, Fig. 3 ein
Zeitdiagramm für Fig. 2, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit taktgesteuerten speichern,
Fig. 5 die Lage der für die Berechnung des Schätzwertes benötigten Bildpunkte bei
einem DPCM-Codierer mit zweidimensionaler Prädiktion, Fig. 6 einen DPCM-Codierer
mit planarer Prädiktion und Fig. 7 das Prinzipschaltbild eines optimal schnellen
DPCM-Codierers mit eindimensionaler Vorhersage.
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Der in Fig. 1 dargestellte bekannte DPCM-Codierer enthält einen Subtrahierer
1, dessen Eingang 11 den Eingang E der Schaltungsanordnung darstellt. Der Ausgang
13 des Subtrahierers 1 ist mit dem Eingang 21 des Quantisierers 2 verbunden, dessen
Ausgang 22 den Ausgang O des DPCM-Codierers darstellt, an dem das quantisierte DPCM-Signal
Esi q abgegeben wird. Der Ausgang des Quantisierers 2 ist mit einem ersten Eingang
31 eines Addie-
rers 3 verbunden, dessen Ausgang 33 mit dem ersten
Eingang 51 eines Multiplizierers 5 verbunden ist, dessen Ausgang 53 mit dem Subtraktionseingang
12 des Subtrahierers und dem zweiten Eingang 32 des Addierers 3 verbunden ist. Dem
zweiten Eingang 52 des Multiplizierers ist ein konstanter Prädiktionsfaktor A f
1 zugeführt.
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Dem Eingang E der Schaltung werden PCM-Signalwerte si zugeführt. Durch
den Index i wird die zeitliche Reihenfolge der Signale gekennzeichnet.
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Die Arbeitsweise des DPCM-Codierers besteht darin, aus A vorhergehenden
Abtastwerten einen Schätzwert si zu errechnen. Aus der Differenz des anliegenden
PCM-Signalwertes si und dem Schätzwert si errechnet sich die Differenz bs, die zunächst
quantisiert und dann übertragen wird. Dieses quantisierte DPCM-Signal ist mit #si,q
bezeichnet. Der zeitliche Ablauf der Berechnung der DPCM-Signalwerte erfolgt in
vier Schritten bzw. kann in vier Rechenschritten unterteilt werden: 1. bis zum Zeitpunkt
t1: A Berechnung von #si = si-si 2. bis zum Zeitpunkt t2: Quantisierung von #si
-> # si,q bis zum Zeitpunkt t Addition von si + 4. bis zum Zeitpunkt t4: Multiplikation:
A . (si + #si,q) = Si+1 Diese vier Rechenschritte müssen innerhalb einer Zeit tA
durchgeführt werden, die dem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender PCM-Signalwerte
si, si+1 entspricht.
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Die Darstellung des DPCM-Codierers ist rein schematisch.
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Hier wurde angenommen, daß zu dem Zeitpunkt t1 bis t4 jeweils das
Ausgangssignal der Schaltungselemente anliegt. Dies kann durch Wahl geeigneter Bausteine
erfolgen oder aber durch zusätzliche Laufzeitglieder oder geeignete Zwischenspeicher
(bistabile Kippstufen) erreicht werden.
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In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen DPCM-Codierers
dargestelt. Dieser besteht aus zwei Recheneinheiten Cl und C2. Der Eingang des DPCM-Codierers
ist wiederum mit E und der Ausgang mit 0 bezeichnet. Die erste Recheneinheit Cl
enthält einen Subtrahierer 1, dessen erster Eingang 11 direkt mit dem Eingang E
verbunden ist. Der zweite Eingang 12,.der Subtraktionseingang, des ersten Subtrahierers
1 ist mit dem Ausgang 53 eines Multplizierers 5 verbunden, dessen erster Eingang
51 ebenfalls direkt an den Eingang E angeschaltet ist. Dem zweiten Eingang 52 des
Multiplizierers 5 ist der Prädiktionsfaktor A zugeführt. Die zweite Recheneinheit
C2 enthält einen weiterenSubtrahierer 9, dessen Ausgang 93 mit dem Eingang 71 eines
Quantisierers 7 verbunden ist, der an seinem ersten Ausgang 72 die quantisierten
DPCM-Signalwerte tsi q z.B. mit jeweils vier Bits Breite abgibt, und dessen zweiter
Ausgang 73 auf den Subtraktionseingang 92 des weiteren Subtrahierers zurückgeführt
ist. Der erste Eingang 91 des weiteren Subtrahierers ist mit dem Ausgang 13 des
ersten Subtrahierers verbunden. Hier wird wiederum die Annahme gemacht, daß die
Signale zu den angegebenen Zeitpunkten t1,1; t1,2; t2,2; t1,3 an den bezeichneten
Stellen anliegen und bis zum nächsten Signalwechsel oder Arbeitstakt der Rechenelemente
liegen bleiben. An allen mit t7,n bezeichneten Stellen in der Prinzipschaltung ändert
sich die Information zum selben Zeitpunkt.
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Dies kann man sich so vorstellen, daß beispielsweise der Wechsel des
PCM-Signalwertes am Eingang E, die Ausgabe des Ergebnisses am Multiplizierer 5,
am ersten Subtrahierer 1 und am Ausgang des Quantisierers 7 durch denselben Arbeitstakt
T1 erfolgt. Der zweite Index n dient lediglich dazu, die Verfogung eines PCM-Signalwertes
innerhalb des DPCM-Codierers zu erleichtern. Die mit t2 n bezeichneten Zeitpunkte
sind gegenüber dem Zeitpunkten t1,n um ca. 180° phasenverschoben. Zwischen der ersten
Recheneinheit Cl und der zweiten Recheneinheit C2 kann eine beliebig lange Laufzeit
eingeschaltet werden, es muß lediglich dafür gesorgt werden, daß dem weiteren Subtrahierer
9 beide Eingangswerte zeitgerecht zugeführt werden.
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Zum besseren Verständnis der Funktion eines DPCM-Eodierers wird nochmals
auf die Fig. 1 zurückgegriffen. Am Ausgang des Quantisierers 2 liegt das quantisierte
DPCM-Signals. an. Bezeichnet man den Quantisierungsfehler 1,q mit qi, so gilt: Gl.
1 Asi,q = si - si + Zur Berechnung des nächsten Schätzwertes Si+1 wird zunächst
zu dem Ausgangssignal des Quantisierers 2 der vorliegende Schätzwert si im Addierer
5 addiert. Hierdurch ergibt sich: Gl. 2 (si - si + qi) + (si) = si + qi .
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Für diesen Zeitpunkt t3 sind die Signalbezeichnungen in die Figur
1 eingetragen. Nach der Multiplikation mit dem Prädiktionsfaktor A zum Zeitpunkt
t4 ergibt sie für den neuen Signalwert: Gl. 3 si+1= A (si + qi) .
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Entsprechend ergab sie für den früheren Schätzwert Gl. 4 si = A (Si-1
+ qi-1) .
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Demnach kann ein DPCM-Signalwert Asi wie folgt berechnet werden: A
Gl. 5 i Si Si = 5i - A Si-1) - (Aqi-1) .
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Die Berechnung des ersten Terms si - Asi-1 erfolgt in der ersten Recheneinheit
C1, die Berechnung des zweiten Terms A.qi-1 in der zweiten Recheneinheit C2 des
erfindungsgemäßen DPCM-Codierers. Hier wurde vorausgesetzt, daß der letzte Signalwert
für die Berechnung des Schätzwertes verwendet wird.
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Der Durchlauf eines DPCM-Signalwertes si durch den erfindungsgemäßen
DPCM-Codierer soll vom Eingang E bis zum Ausgang 0 mitverfolgt werden. Am Eingang
E wechseln die PCM-Signalwerte mit einem Arbeitstakt T1 zu den Zeitpunkten t1. Zum
Zeitpunkt t1,1 liegt der Signalwert si am Eingang E an. Zum selben Zeitpunkt wird
am Ausgang 53 des Multiplizierers 5 das Produkt A.si-1 abgegeben. Diese beiden Werte
werden dem ersten Subtrahierer 1 zugeführt und ergeben einen ersten Zwischenwert
= Si - A.si-1. Dieser Zwischenwert Zi 1 kann der zweiten Recheneinheit C2 zu einem
beliebigen Zeitpunkt zur Verfügung gestellt werden. Hier soll es beispielsweise
mit dem nächsten Arbeitstakt T1 zum Zeitpunkt t1,2 geschehen. Dem zweiten Subtrahierer
9 wird der Zwischenwert Zi,1 und vom zweiten Ausgang 73 des Quantisierers 7 der
mit dem Prädiktionsfaktor A multiplizierte Quantisierungsfehler qi 1 zugeführt.
Zum Zeitpunkt t2,2 liegt am Ausgang 93 des zweiten Subtrahierers der DPCM-SignalwertS
si an. Alle Bezeichnungen in Fig. 2 sind für diesen Zeitpunkt angegeben. So liegt
bereits
seit dem Zeitpunkt t1,2 am Eingang der nächste PCM-Signalwert 5i+1 an usw.
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In Fig. 3 wurde außerdem ein Zeitdiagramm mit den Arbeitstakten T1
und T2 zum besseren Verständnis dargestellt. Nach dem nächsten Arbeitstakt T1 würde
zum Zeitpunkt t1 3 am ersten Ausgang 72 des Quantisierers 7 der nächste quantisierte
DPCM-Signalwert Asi q abgegeben.
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In Fig. 4 ist ein gegenüber Fig. 2 modifiziertes Prinzipschaltbild
dargestellt. Dem Multiplizierer 5 ist ein erstes Laufzeitglied 6 nachgeschaltet,
zwischen dem Ausgang 13 des ersten Subtrahierers und dem Eingang 91 des zweiten
Subtrahierers ist ein zweites Laufzeitglied 8 eingeschaltet und zwischen dem Ausgang
des Quantisierers ohne Taktsteuerung und dem Subtraktionseingang 92 des zweiten
Subtrahierers ist ein drittes Laufzeitglied 4 eingeschaltet. Als Laufzeitglieder
können wiederum bistabile Kippstufen oder ähnliche Speicher verwendet werden, die
von den Arbeitstakten T1 und T2 gesteuert werden.
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Durch das erste Laufzeitglied 6 wird erreicht, daß dem ersten Subtrahierer
1 zum selben Zeitpunkt neue Eingangssignale zugeführt werden. Dasselbe gilt für
den zweiten Subtrahierer 9. Im übrigen ist die Funktionsweise identisch mit dem
DPCM-Codierer, der im Prinzipschaltbild Fig. 2 dargestellt ist.
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Die Berechnung eines Schätzwertes si kann auch aus meren vorhergegangenen
PCM-Signalwerten erfolgen. Dies ist beispielsweise bei der DPCM-Codierung für Fernsehsignale
der Fall. In Fig. 5 sind Bildpunkte zweier aufeinanderfolgender Zeilen eines Fernsehbildes
dargestellt. Zur Berechnung des Schätzwertes für einen Bildpunkt x werden
ebenfalls
die Signalwerte der Bildpunkte a bis b herangezogen. Ein entsprechender erfindungsgemäßer
Codierer ist in Fig. 6 dargestellt. Die erste Recheneinheit C10 des DPCM-Codierers
mit zweidimensionaler Prädiktion enthält vier Multiplikatoren 5, 51 bis 53, die
ihre Eingangssignalwerte mit den den Bildpunkten a bis d zugeordneten Prädiktionsfaktoren
A bis D multiplizieren. Der Eingang E1 des DPCM-Codierers ist über ein Laufzeitglied
69 mit dem ersten Subtrahierer verbunden und-über den Multiplizierer 5 ein Laufzeitglied
6, ein Additionsglied 11 und ein weiteres Laufzeitglied 68 mit dem Subtraktionseingang
dieses Subtrahierers 1 verbunden.Der Ausgang des Subtrahierers 1 ist über ein weiteres
Laufzeitglied 48 mit dem Eingang der zweiten Recheneinheit C20 verbunden. Ein weiteres
Laufzeitglied6O, dessen Verzögerung eine Zeile weniger drei Bildpunkte entspricht,
ist ebenfalls an den Eingang E1 angeschaltet. Der Ausgang dieses Laufzeitgliedes
60 ist über einen zweiten Multiplizierer 51, ein Laufzeitglied 61, einen Addierer
12 und ein Laufzeitglied 67 an den zweiten Eingang des Addierers 11 angeschaltet.
Ebenfalls an den Ausgang des Laufzeitgliedes 60 ist der dritte Multiplizierer 52
angesc-hlossen, dessen Ausgang über ein Laufzeitglied 62 einen Addierer 13 und ein
Laufzeitglied 66 wiederum an den zweiten Eingang des Addierers 12 angeschaltet ist.
Außerdem ist der Ausgang de.s Laufzeitgliedes 60 über ein Laufzeitglied 65, einen
vierten Multißizierer 53und ein Laufzeitglied 63- wiederum an den zweiten Eingang
des Addierers 13 angeschaltet. Die zweite Recheneinheit enthält einen Quantisierer
72 mit zwei Ausgängen 73 und 74. An dem Ausgang 74 wird der Quantisierungsfehler
qi abgegeben. Das quantisierte Ausgangssignal am Ausgang 01 des DPCM-Codierers wird
in einem Addierer 10 errechnet, dem sowohl der Ausgang 74 des Quantisierers 72 als
auch dessen Eingangssignal zugeführt wird.
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Der Ausgang 74 des Quantisierers ist über ein Laufzeitglied 40, dessen
Verzögerung eine Zeile minus vier Bildpunkte beträgt, an eine erste Rechenschleife
mit den Multiplizierern 55 bis 57 angeschaltet, die den Quantisierungsfehler wiederum
zeitgerecht mit den zugehörigen Prädiktionsfaktoren multiplizieren. Hierzu ist der
Eingang des Multiplizierers 55 an den Ausgang des Laufzeitgliedes 40 angeschaltet
und über ein Laufzeitglied 42 einem Addierer 14 und ein weiteres Laufzeitglied 46
an den Subtraktionseingang eines dritten Subtrahierers 8 angeschaltet, der den Eingang
der zweiten Recheneinheit C20 bildet. Der Multiplizierer 56 ist ebenfalls an den
Ausgang des Laufzeitgliedes 40 angeschaltet und über ein Laufzeitglied 43, einen
Addierer 15 und ein Laufzeitglied 45 an den zweiten Eingang des Addierers 14 angeschaltet.
Der Multiplizierer 57 ist über ein Laufzeitglied 47 an den Ausgang des Laufzeitgliedes
40 angeschaltet und über ein weiteres Laufzeitglied 44 wiederum an den zweiten Eingang
des Addierers 15. Der Ausgang des dritten Subtrahierers 8 ist über ein Laufzeitglied
41 an den ersten Eingang des aus Fig. 2 bekannten weiteren Subtrahierers 9 angeschaltet.
Der zweite Ausgang 73 des Quantisierers 72, an den der mit dem Präduktionsfaktor
A multiplizierte Quantisierungsfehler qi abgegeben wird, ist über ein Laufzeitglied
4 an den Subtraktionseingang des Subtrahierers 9 angeschaltet, dessen Ausgang mit
dem Eingang 7 des Quantisierers 72 verbunden ist. Alle Laufzeitglieder bis auf die
Laufzeitglieder 40 und 60 bewirken eine Zeitverzögerung um eine Periode tA, die
der Periode der am Eingang El anliegenden PCM-Signalwerte entspricht. Sie werden
zweckmäßigerweise durch getaktete bistabile Kippstufen realisiert (Register).
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Am Ausgang 01 des DPCM-Codierers liegen im allgemeinen Datenworte
mit einer größeren Bitbreite an,als sie für die Aussendung der PCM-Signale vertretbar
ist.Hier kann die Wortbreite durch einen nachgeschalteten Codierer begrenzt werden.
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In der ersten Recheneinheit wird entsprechend Fig. 1 ein erster Zwischenwert
Gl.6 Zi,1 = si - A si-k - B si-l - C si-m - D si-n errechnet.
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Die Errechnung der mit den zugehörigen Prädiktionsfaktoren bewerteten
Quantisierungsfehler erfolgt in der zweiten Recheneinheit C20 in zwei Rechenschleifen.In
der ersten Rechenschleife werden die Bewertungen mit den Prädiktionsfaktoren B,
C und D vorgenommen. Diese werden von dem ersten Zwischenwert Zi,1 subtrahiert,
so daß am Ausgang des Subtrahierers 8 bzw. des nachgeschalteten Laufzeitgliedes
41 ein zweiter Zwischenwert vorliegt Gl. 7 Zi,2 = si - A si-k-B si-l -C si-m - D
si-m - B qi-l - C qi-m - D qi-n .
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Da der Indexe aus Gleichung 6 und Gleichung 7 im allgemeinen 1 beträgt,
ist eine zweite Rechenschleife mit dem Laufzeitglied 4 und dem Subtrahierer 9 vorgesehen,
da hier, wie in Fig. 2, der letzte vom Quantisierer ausgegebene Quantisierungsfehler
bereits mitbewertet werden muß. Die Indizes 1 bis n in Gleichung 6 sind stets größer
als k und geben die Verzögerung der auf den aktuellen PCM-Signalwert si bezogenen
vorausgegangenen Signalwerte an, die zur Berechnung des Schätzwertes si berücksichtigt
werden. k, 1, m, n werden hier als Verzögerungsindizes bezeichnet.
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Am Ausgang des Subtrahierers 9 ergibt sich nach Subtraktion von A
qi-k somit Gl. 8 #si = si-si = si - A(si-k+qi-k) - B (si-l+qi-l) + C (si-m+qi-l)
- D (si-n+qi-n)
Bei der Realisation der Schaltung kann die Subtraktion
der mit den Prädiktionsfaktoren A bis B bewerteten PCM-Signalwerte und Quantisierungsfehler
auch in weiteren Subtrahierern vorgenommen werden, die über Laufzeitglieder zwischen
dem Eingang E1 und dem Eingang des Quantisierers 72 eingeschaltet sind. Dies würde
nur die Durchlaufzeit eines PCM-Signals erhöhen.
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Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß der Quantisierer
natürlich auch die Produkte Bei qi, D.qi abgeben kann oder die Berechnung von B.qi-l,
C.qi- m usw.
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auch durch Multiplikation des am Ausgang abgegebenen Pro-B C duktes
A.qi durch Multiplikation mit A ; A erfolgen kann.
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In Fig. 7 ist eine bezüglich der Arbeitsgeschwindigkeit optimierte
Version des DPCM-Codierers nach Fig.2 dargestellt.Die zweite Recheneinheit besteht
aus einem als Quantisierer 73 verwendeten taktgesteuerten ROM,dem neben dem Ausgang
13 des Subtrahierers 1 der eigene Ausgang 73, an dem der mit dem Präduktionsfaktor
A multiplizierte Quantisierungsfehler A qi ausgegeben wird,wieder als Adresse an
seinem Eingang 75 zugeführt ist.Der gesamte DPCM-Codierer kann nun mit einem einzigen
Arbeitstakt T1 betrieben werden. Anstelle eines herkömmlichen ROM's kann auch eine
hochintegrierte Schaltungsanordnung (logic array) verwendet werden. In dieser kann
auch eine teilweise.oder vollständige Subtraktion, wie im Subtrahierer 9 nach Fig.
2, erfolgen, wenn es die Laufzeiten zu lassen.
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Ein DPCM-Decodierer kann nach dem gleichen Prinzip wie ein DPCM-Codierer
aufgebaut werden.
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10 Ansprüche 7 Figuren