DE3400665A1

DE3400665A1 - Differentielles pulscodemodulationssystem

Info

Publication number: DE3400665A1
Application number: DE19843400665
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 6146 Alsbach-Hähnlein Heitmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1984-01-11
Filing date: 1984-01-11
Publication date: 1985-07-18
Also published as: WO1985003177A1; DE3400665C2; US4792794A; JPS61500943A

Description

Rl.-Nr. 2100/84

6.1.1984 PAT-Da/Klm/Kn

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOQ Stuttgart 1

Pifferentielles Pulscodemodulationssystem

Stand der Technik
.

Pie Erfindung geht aus von einem System nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei der magnetischen Aufzeichnung digital codierter elektrischer Signale können häufig keine oder nur in beschränktem Umfange niederfrequenten Anteile oder Gleichspannungskomponenten der digitalen Signale aufgezeichnet bzw. wiedergegeben werden. Es sind daher Codes erwünscht, welche Pigitalsignale ergeben, die keinen Gleichstromanteil enthalten. Perartige

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Codes können ebenfalls erforderlich sein zur Übertragung von Digitalsignalen 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 übertragen werden soll .

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 Gleichstromanteil 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 Digital Modulated Laser", Journal of the SMPTE, Vol. 88, Juni 1979, S. 414 ff.) wird das Digitalsignal von Abtastwert zu Abtastwert invertiert. Dieses Verfahren liefert jedoch nur für bestimmte Inhalte des zu übertragenden Signals befriedigende Ergebnisse.

:·

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Rl--Nr. 2100/84 ⁽r- ■" -'jf -

. Aus der DE-OS 31 13 397, die auf eine frühere Patentanmeldung der gleichen Anmelderin zurückgeht, ist ein Pulscodemodulationssystem für Digitalsignale, die über einen Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal mit Hochpaßcharakteristik geleitet werden sollen, bekannt. Darin wird die Bandbreite des dem Digitalsignal zugrundeliegenden Analogsignals derart begrenzt, daß die höchsten im bandbegrenzten Analogsignal enthaltenen Frequenzen kleiner sind als die Hälfte der Abtastfrequenz und das Dig-i-talsignal von Abtastung

zu Abtastung invertiert. Dem Digitalsignal ist dabei "^J ' ein Code zugrunde gelegt, bei welchem innerhalb eines Digitalwortes die Anzahl der Bits mit einem der logischen Pegel eine etwa lineare Abhängigkeit vom

T'5 jeweiligen|.Wert des Analogsignal aufweist. Durch ^iflftdjes Codierung ist der Mittelwert pro digitalem *"~

₄ .

Codierung ist der Mittelwert pro digitalem

'"*patenwort eine etwa lineare Punktion des Analog- _;> ),i, Pegels, so daß nach der Invertierung das serielle Datensignal selbst keinen Gleichspannungsanteil aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein differentielles Pulscodemodulationssystem vorzuschlagen, bei welchem abhängig vom Signalinhalt ein weitgehend 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 abhängig vom Signalinhalt'weitgehend gleichstromfrei sind und

Rl.-Nr. Ρ100/8Ί- '"" -"/Γ- ' *"* *

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.

R1.-Nr. 2100/84 Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungs- ^;; beispiels einer Einrichtung zur Codierung und Decodierung nach dem erfindungsgemäßen System,

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

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Codierung und Decodierung. 15

* 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 3· 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 OOOO anfängt und beim höchsten Videopegel den WertliLLL aufweist. Zur Erzielung einer genügend hohen Auflösung der Pegel- >H' stufen des Videosignals wird meistens ein 8-stelliges Digitalwort übertragen. In einem 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 Pegeländerungsstufe zu Pegeländerungsstufe des Analogsignals sich nur ein oder zwei Bits jeweils eines Wortes ändern. Infolgedessen werden die Digitalworte, die keine oder nur geringe Pegeländerungen charakterisieren, aus jeweils einer gleichgroßen Anzahl von Bits des einen und des anderen logischen Pegels bestehen. Sie sind daher gleichspannungsfrei. Mit zunehmender Größe der Pegeländerung in einer Richtung überwiegt die Anzahl der Bits des einen

Rl.-Nr. Ρ100/ΒΊ "" "-*?'- *

logischen Pegels, bei zunehmender Änderung in der anderen Richtung die Anzahl der Bits des anderen logischen Pegels. Bei einem 4-Bit breiten Digitalwort im NRZ-Code sind die Paarungen LOLO, LOOL, 0OLL, 5 OLLO, OLOL gleichspannungsfrei und werden zur Kennzeichnung von geringen Pegelsprüngen im Analogsignal und für Pegeländerung "Null" verwendet. Das Digitalwort LOIO, das ebenfalls gleichspannungsfrei ist, kann für das regelmäßig wiederkehrende Synchronzeichen reserviert sein. Die vorstehend beschriebene Aufteilung der gleichspannungsfreien Digitalwörte ist selbstverständlich nur als Beispiel anzusehen, jede andere Kombination unter den gleichspannungsfreien Digitalworten ist damit gleichwertig. Aber auch außerhalb des durch gleichspannungsfreie Digitalworte dargestellten Bereiches ist das Prinzip der angepaßten spektralen Energie- )<H' verteilung gewahrt, da von großen negativen Signaldifferenzen über die Differenz Null bis zu großen positiven Signaldifferenzen die Anzahl der Bits eines logischen Pegels von einem zahlenmäßigen Übergewicht abnimmt bis auf die Anzahl Null und die Anzahl der Bits des anderen logischen Pegels dafür von Null ansteigt bis zur Maximalzahl.

Da in jedem Fernsehbild noch eine Anzahl von Pegelsprüngen in einer Richtung die völlige Sättigung bzw. Entsättigung erreicht ist, müssen notwendigerweise darauf Pegeländerungen in der anderen Richtung folgen. Bei der angegebenen Codierung folgen deshalb Digitalworte mit einer überwiegenden Anzahl von Bits des einen logischen Pegels auf solche mit einer überwiegenden Anzahl des anderen logischen Pegels. Im Mittel ist daher das übertragene Signal gleichspannungsfrei.

Rl.-Nr. ?1OO/R'I - & -

Der Codewandler kann aus einem programmierbaren Auslesespeicher (PROM) bestehen.

Fig. 2 zeigt eine

■ Tabelle, aus welcher

ersichtlich ist, daß innerhalb eines bestimmten Pegelanderungsbereiches des Analogsignals diese Pegeländerungen durch Digitalworte mit einer gleichen Anzahl von Bits des einen und des anderen logischen Pegels dargestellt werden.

In der Schaltung 9 wird dem Digitalsignal ein digitales Synchronsignal zugefügt, welches im Takt- und Synchrongenerator 3 aus dem Synchronsignal des Videosignals abgeleitet wurde. Der Parallelserienwandler 10 wandelt dann schließlich das Digitalsignal in ein serielles Digitalsignal um, welches der schematisch dargestellten Aufzeichnungseinrichtung oder einem Übertragungskanal mit Hochpaßcharakteristik 12 zugeführt wird.

Das wiedergegebene bzw. übertragene serielle Digitalsignal wird bei 13 (Fig. 1) einem Serien-Parallel-Vandler 14 und einem Takt- und Synchronregenerator 15 zugeführt. 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.

Mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers 20 wird schließlich das analoge Videosignal erzeugt, d"as am Ausgang 21 zur weiteren Verwendung zur Verfügung skeht.

Rl. -Nr. 2100/84 ' "-.y-"--" ^:

Die schematisch als Blöcke dargestellten einzelnen Schaltungen .entsprechen grundsätzlich bekannten Schaltungen und brauchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden. 5

Die vorstehend beschriebene Codierung führt dazu, .T^!' daß die überwiegenden Bildflächen fast ausschließlich durch DPCM-*Worte dargestellt werden, die im NRZ-Code eine gleiche Anzahl von Bits des einen und des anderen logischen Pegels aufweisen, sofern es sich um Digitalworte mit einer geraden Anzahl von Bits handelt. Bei Codierung in einem Code mit einer ungeraden Anzahl von Bits in jedem Digitalwort ist zusätzlich eine alternierende Inversion der Digitalworte erforderlich, um das dann vorhandene zahlenmäßige Übergewicht eines logischen Pegels in durchlaufenden Bildflächen auszuglei- ;■ ,lochen. Das Blockschaltbild nach· der Fig. 3 weist daher sowohl für die Codierung als auch für die Decodierung eine Ums ehalteinrichtung zur wortweisen Invertierung auf. Die mit den Schaltungselementen der Fig. 1 identischen Schaltungsbausteine mit gleicher Funktion weisen gleiche Bezugszeichen auf und brauchen im folgenden nicht nochmals erläutert zu werden. Um jedes zweite ' Digitalwort zu invertieren, wird vom Takt- und Synchrongenerator 3 ein Signal mit halber Wortfrequenz einem Umschalter 7 zugeführt. Der Um-r schalter 7 leitet jeweils während einer Wortperiode das über den Inverter 5 geleitete Digitalsignal und das über einen Buffer geleitete Digitalsignal an einen Codewandler 8 weiter. In einer realisierten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wurde selbstverständlich der Umschalter 7 mit den in der

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Rl.-Nr. Ρ100/8Ί- -

Digitaltechnik üblichen Verknüpfungsschaltungen realisiert. Das Ausgangssignal des Serien-Parallel-Vandlers 14 wird zu einem Codewandler 16 geleitet, dessen Punktion entgegengesetzt zur Punktion 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 Digitalwort zu Digitalwort 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 Wortfrequenz f /2zugeführt. Mit Hilfe des Digital-Analog-Wandlers 20 wird schließlich das analoge Videosignal erzeugt, das am Ausgang 21 zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.

- Leerseite -

Claims

Rl.-Nr. 2100/84-

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

Differentielles Pulscodemodulationssystem, "bei welchem ein Digitalsignal über einen Aufzeichmings- oder Übertragungskanal mit Hochpaßcharakteristik geleitet wird, und 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 und 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, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Codesystem enthaltenen Digitalworte mit einer gleichen Anzahl von Bits des einen und des anderen logischen Pegels die der Signaldifferenz "Null" benachbarten

Signaldifferenzen charakterisieren. 25
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal von Wort zu Wort invertiert wird.
3. System nach Anspruch "1 oder 2, 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 Pegelstufe des Analogsignals sich jeweils zwei Bits eines n-Bit-Wortes ändern.

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Rl.-Nr. 2100/fl'l· -^:- -^:- . '-" ¹Z'-- '■-' ^:
4-. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal vor der Analog-Digital-Wandlung bandbegrenzt wird.
5· System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Analog-Digital-Wandler ein digitaler Tief- \ψ· paß angeordnet ist.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal aus 4-Bit-Worten besteht, welche sich ge Pegels'tufe des Analogsignals um ein oder zwei Bit ändern.
7. Codiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal einem Tiefpaß (2) zugeführt ist, daß der Ausgang des Tiefpasses

(2) mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers (4-) -. _ir verbunden ist, an dessen Ausgang ein Binärwort ansteht, welches einem Codewandler 08) zugeführt ist, und daß das Ausgangssignal des Codewandlers (8) zusammen mit einem von einem Takt- und Synchrongenerator (3) erzeugten Synchronsignal einem Parallel-Serien-Wandler (10) zugeführt ist.
8. Decodiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Ausgang des Aufzeichnungs- oder Übertragungskanals entnommene Digitalsignal einem Serien-Parallel-Wandler (14) und einem Takt- und Synchronregenerator (15) zugeführt ist und daß der Ausgang des Serien-Parallel-Wandlers mit dem Eingang eines Codewandlers (16) verbunden ist, dessen Ausgangssignal einem Digital-Analog-Wandler zugeführt ist.

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Rl. -Nr. Ρ1Ο0/8Λ " - ^T-
9. Codierystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal ein Videosignal ist.
10. Decodiersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal ein Videosignal ist.
11. Codiersystem nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal ein Audiosignal ist.
12, Decodiersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal ein Audiosignal ist.
13. Codiersystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal in Binärform am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (A-) mit Hilfe einer steuerbaren Inverterschaltung (5* 6, 7) von Digitalwort zu Digitalwort invertiert wird. it
14. Decodiersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Codewandlers (16) über eine von Wort zu Wort umschaltbare Inverterschaltung (17» 18, 19) einem Digital-Analog-Wandler zugeführt ist.