DK145209B - Fremgangsmaade og apparat til formindskelse af kvantiseringsstoejen i impulskodemodulationsanlaeg - Google Patents

Description

(19) DANMARK ^Ra/

|j| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 145209 B

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 1358/76 (51) int.d,3 ty Ø3 χ i 3/0 ^ (22) Indleveringsdag 26. mar. 1976 (24) Løbedag 26. mar. 1976 (41) Aim. tilgængelig 7· nov. 1976 (44) Fremlagt 4. okt. 1982 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag ~ (62) Stamansøgning nr. “

(30) Prioritet 6. maj 1975* 5807/75, CH 6. maj 1975, 5808/75, CH

(71) Ansøger SIEMENS-ALBIS AKTIENGESELLSCHAFT, 8048 Zuerich, CH.

(72) Opfinder Josef Matthias Fluhr, CH: Jean-Maurice Lutz, CH: Mik= los Istvan Molnar, CH.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Giersing & Stellinger.

(54) Fremgangsmåde og apparat til formindskelse af kvant is er ings= støjen i impulskodemodulati= onsanlæg.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til formindskelse af kvantiseringsstøjen i impulskodemodulationsanlæg, hvor kodning og dekodning er forbundet med en sammenpresning eller udvidelse med en stykkevis lineær karakteristik, samt en kobling i en analog-/digital-omformer til gennemførelse af fremgangsmåden.

Ved omsætning af kontinuerte analogsignaler til den diskontinuerte digitalform opstår der som bekendt en kvantiseringsstøj, som henføres til, at

Q

et uendeligt antal af mulige analogsignalamplitudeværdier skal bestemmes ved 3 hjælp af et endeligt antal af kvantiseringstrin. En formindskelse af kvantise- ringsstøjen kan derfor kun tilvejebringes ved en forøgelse af antallet af t kvantiseringstrin. Da på den anden side hvert resultat af en kvantisering skal kunne beskrives ved hjælp af et individuelt kodeord, afhænger antallet af de £ til hvert kodeord krævede antal bits direkte af antallet af kvantiseringstrin, ^ dvs. jo større antallet af kvantiseringstrin er, desto større bliver antallet af krævede bits i hvert kodeord. Kravet om lav baggrundsstøj i kanaler, hvori der ikke tales (talepause), og god forståelighed også ved lavt taleniveau nødvendiggør navnlig i området med lave amplitudeværdier et tilstrækkeligt 145209 2 stort antal kvantiseringstrin. For at kunne tilvejebringe dette med mindst muligt antal af bits i hvert kodeord er der allerede blevet forslået kvantise-ringsmetoder med ulineær kvantiseringskarakteristik, hvor der for tiltagende analogsignalamplitudeværdier anvendes større kvantiseringstrin. Der kan i denne henseende henvises til en artikel "AD- und DA-Wandler, Verfahren und ihre Anwendung" i tidsskriftet "ifeue Technik" nr. 3/1972 pp. 80 - 84 og nr.

4/1972 pp. 103 - 111.

En ulineær kvantisering lader sig således særligt simpelt tilvejebringe i form af en stykkevis lineær kvantiseringskarakteristik. Som et eksempel på en ulineær kvantiseringskarakteristik kan der nævnes den såkaldte A-karakteristik (CCITT-anbefaling G711), hvor forholdet imellem analogsignal-amplitude og kvantiseringsstøj inden for en stor del af dynamikomrldet forbliver tilnærmelsesvis konstant. En sådan kvantiseringskarakteristik kan fx. bestå af 13 segmenter, hvor der inden for hvert segment er muliggjort en lineær, og dermed på enkel måde realisabel kvantiseringskarakteristik. Fig. 1 viser en sådan kvantiseringskarakteristik, hvor analogsignaløjebliksværdierne er afsat ud af X-aksen, og karakteristikafsnittene er afsat ud af Y-aksen. Analog/Digital-omsætning ved hjælp af ulineær kvantisering kan ligestilles med en øjebliksværdikompression af den foreliggende analogsignaløjebliksværdi, og de herved frembragte digitalsignaler må ved omsætning tilbage til analogsignaler ekspanderes svarende til øjebliksværdien af kompressionen. Det er klart, at yderligere signalforvrængninger kun kan undgås, når kvantiserings-karakteristikken for analog/digital-omsætteren, som i det følgende afkortet er betegnet A/D-omsætter, lige som et spejlbillede modsvarer tilbageføringskarakteristikken for digital/analog-omsætteren, i det følgende betegnet D/A-omsætter.

I det følgende anvendes der i stedet for udtrykket "segment" udtrykket "karakteristikafsnit". Det centrale karakteristikafsnit, som delvis strækker sig ind i det positive og delvis i det negative karakteristikområde, for en fx. af 13 karakteristikafsnit bestående karakteristik opdeles i to karakteri-stikséktioner, en positiv og en negativ, som tilsammen danner en ret linie. En karakteristik med 13 karakteristikafsnit består altså derfor af 2 x 7 = 14 karakteristikafsnit. Det sted, hvor to karakteristikafsnit berører hinanden, betegnes med karakteristikafsnitgrænse, og en hertil svarende amplitudeværdi med karakteristikafsnitgrænseværdi. Endvidere henvises der til, at inden for PCM-tranmissionsteknikken betegnes analog/digital-omsætteren og digital/ana-logteknikken ofte også med kodningsenhed og dekodningsenhed.

Fig. 2 viser det næsten ideale forløb mellem kvantiseringstrinene for A/D-omsætteren og D/A-omsætterens tilsvarende amplitudetrin, hvor D/A-omsæt- 145209 3 terens trin er afsat ud langs X-aksen og A/D-omsætterens trin er afsat ud langs Y-aksen. De mindste afvigelser optræder øjensynligt, nir alle kvantise-ringstrinenes middelværdier ligger på en gennem koordinatsystemets nulpunkt forløbende ret referencelinie a. Af denne illustration fremgår det også, at enten i A/D-omsætteren eller i D/A-omsætteren ml bidraget fra det fra nulpunktet første positive og første negative anqalitudetrin svare til det halve bidrag fra et efterfølgende amplitudetrin af det samme karakteristikafsnit.

Som det endvidere er vist på fig. 2 kræves der yderligere korrektioner af samme art ved hver overgang fra et karakteristikafsnit til et andet karakteristikafsnit. Uden disse korrektioner opstlr der systematiske fejl, som ml henføres til som vist pi fig. 3, at de enkelte amplitudetrins middelværdier i afhængighed af analogsignaløjebliksværdien lige som det pigældende karakteristikafsnits polaritet afviger ulige meget i positiv og i negativ retning fra den rette referencelinie a. Disse systematiske fejl forirsager en yderligere kvantiseringsstøj.

Til en forbedring af denne metode og dermed til en forringelse af kvantiseringsstøjen i impulskodemodulationsanlæg foreligger der hidtil kendt kun forslaget til en korrektion af den pi modtagersiden anbragte D/A-omsætter, idet den dér indenfor hvert karakteristikafsnit foretager en korrektion med et halvt kvantiseringstrin. En korrektion lader sig fortrinsvis let tilvejebringe i D/A-omsætteren. Dette må henføres til, at de i i impulskodemodulationsanlæg anvendte A/D-omsættere sædvanligvis for hver tilført analogsignaløjebliksværdi til stadighed afgiver en digitalværdi til D/A-omsætteren, der svarer til den bidragsmæssigt næste mindre amplitudeværdi, som kan repræsenteres ved hjælp af et helt antal kvantiseringstrin.

Fra DE-offentliggørelsesskrift 2 245 935 kendes en PCM-fremgangsmlde med en usymmetrisk udvidelseskarakteristik, ved hvilken der i koderen og i dekoderen anvendes identiske vægte. Derved fremkommer der dog, ved en uændret anvendelse af kodeord og tærskelværdier og ved den ikke-lineære (segmentvis lineære) kvantisering, en af amplituden afhængig fejl pi størrelse med et halvt amplitudetrin af de i det pågældende segment anvendte amplitudetrin. En yderligere fejl skyldes, at et ustabilt sted (se fig. 4) ved overgangen fra det positive område til det negative område af kvantiseringskarakteristikken, altså ved de til nullinien grænsende inderste amplitudetrin netop virker forstyrrende ved små amplituder. Til afhjælpning af udelukkende denne sidstnævnte fejl foreslås si at opdele udvidelseskarakteristikken ved et indre segment i mindst et segments afstand til nullinien i to forskelligt store områder, hvorhos den ene af de to mulige grænsetærskelværdier i det ene område og i det andet område den anden afgives som reproducerede amplitudeværdier.

145209 4

Det førnævnte ved nullinien værende ustabile sted forskydes altså udad (se fig. 5), hvorved den for små amplituder forstyrrende støjkilde forskydes ud i et område med større amplituder.

Endvidere kendes fra DE-offentliggørelsesskrift 2 245 225 en metode til korrektion af kvantiseringskarakteristikken i modtagerens digital/analog-omsætter ved hjælp af en yderligere vægt, som kun er halvt så stor som det mindste anvendte amplitudetrin. En sådan korrektion på modtagersiden kan nemt gennemføres, allerede fordi en del af det modtagne kodeord allerede definerer det pågældende segment af kvantiseringskarakteristikken, således at en yderligere korrektion med et sådant halvt kvantiseringstrin kun skal foretages i løbet af finkodningen. Fra DE-offentliggørelsesskriftet 2 245 225 kendes en yderligere metode til forbedring af signal-støjforholdet, hvor der ikke kræves en ekstravægt, og hvor altså de samme vægte kan anvendes både af sender og af modtager. Med denne metode afgives i modtageren ved små amplituder (i første segment) enten de nederste eller de øverste grænsetærskelværdier for det til et kodeord hørende amplitudeinterval som reproduceret amplitudeværdi. Der finder således overhovedet ingen korrektion af kvantiseringskarakteristikken sted i det inderste segment, som fastlægger de mindste amplituder, således at der i dette område heller ikke kan tales om støjmindskende forholdsregler. Kun i de resterende amplituderområder foretages der en korrektion ved, at den pågældende dekodede amplitudeværdi i hvert af disse segmenter korrigeres med størrelsen af et kvantiseringstrin i det pågældende nabosegment, som har en finere trininddeling.

Der kan imidlertid nu tænkes PCM-systerner, hvor en enkelt sender skal forsyne et stort antal modtagere, fx. i radionettet. I sådanne tilfælde står . der overfor en enkelt på sendesiden anbragt A/D-omsætter et stort antal af på modtagersiden anbragte D/A-omsættere. Endvidere er anvendelsen af kodningsfremgangsmåder tænkelig, hvor der fra den på sendesiden anbragte A/D-omsætter for hver tilført analogsignaløjebliksværdi afgives en digitalværdi til D/A-omsætteren, der svarer til den bidragsmæssigt næste højere amplitudeværdi, som kan repræsenteres ved hjælp af et helt antal kvantiseringstrin. I sådanne tilfælde foretages fordelagtigt kun i den på sendesiden anbragte A/D-omsætter en korrektion til formindskelse af kvantiseringsstøj.

Den opgave, der ligger til grund for den foreliggende opfindelse, består i at tilvejebringe en fremgangsmåde til analog/digital-omsættere, ifølge hvilken der uden stort opbud kan opnås en formindskelse af kvantise-ringsstøjen i PCM-anlæg, hvor kodning eller dekodning er forbundet med sammenpresning eller udvidelse med stykkevis lineær karakteristik.

145209 5

Til analog/digital omsætning oplagres i en analog/digital-omsætter den foreliggende analogsignaløjebliksværdi i en kondensator, og kondensatorens ladning sammenlignes med referenceværdier (vejemetode) og/eller der foretages en i det mindste tilnærmelsesvis lineær afladning af kondensatoren, hvor varigheden af denne afladning bestemmes ved tælling (tællemetoden) i forud fastsatte elementartidsskridt for hvert karakteristikafsnit.

Ved segmentvis lineær kvantisering gås der ud fra, at til analog/ digital-omsætning af en analogsignaløjebliksværdi bestemmes dennes tilhørsforhold i første omgang til et karakteristikafsnit af sammenpresnings-karakteristikken ved sammenligninger med de til karakteristikafsnitsgrænseværdierne svarende referenceværdier, og den derpå følgende bestemmelse af det indenfor det foreliggende karakteristikafsnit til den nævnte analogsignaløjebliksværdi svarende antal kvantiseringstrin finder sted i anden omgang ved sammenligning med for hvert karakteristikafanit individuelle referenceværdier, af hvilke hver er sammensat af en for det foreliggende karakteristikafsnit karakteristisk baseværdi og en for hvert kvantiseringstrintal indenfor et karakteristikafsnit individuel trinværdi. Naturligvis ml polariteten for hver analogsignaløjebliksværdi bestemmes i tilfælde af anlogsignaler, hvor der forekommer begge polariteter, idet resultatet tilføjes til kodeordet f.eks. i form af en såkaldt polaritetsbit, som svarer til den foreliggende analog-signaløjebliksværdis absolutte værdi. Bestemmelsen af det til en analogsignaløjebliksværdi svarende antal af kvantiseringstrin indenfor et forudgående bestemt karakteristikafsnit betegnes også med finkodning.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er karakteriseret ved, at hver karakteristikgrænseværdi i analog/digital-omsætteren, bortset fra de med kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt sammenfaldende karakteristikgrænseværdier, i forhold til sin teoretiske, med modtagerens digital/ana-log-omformer overensstemmende karakteristikgrænseværdi formindskes med halvdelen af størrelsen af et kvantiseringstrin af det i retning af modsat polaritet til den pågældende karakteristikgrænseværdi gramsende karakteristikafsnit, og at der som basisværdi, alt efter finkodningsmåden, enten fastlægges en værdi, som stemmer overens med den pågældende karakteristikafsnitgrænseværdi af det i digital/analog-omsætteren tilsvarende karakteristikafsnit, eller en værdi, som afviger fra den nævnte karakteristikafsnit-grænseværdi med halvdelen af størrelsen af et kvantiseringstrin for det pågældende karakteristikafsnit.

En kobling til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen i en analog-/digital-omformer, i hvilken hver analogsignalæomentanværdi lagres i en kondensator, hvis opladningsspænding i en på udgangssiden med en styrelogik U5209 6 forbundet sammenligningsanordning kan sammenlignes med værdierne af ved hjælp af styrelogikken individuelt ind- og udkoblelige spændingsreferencer, og/eller en i hvert fald tilnærmet lineær afladning af kondensatoren kan ske med ved hjælp af styrelogikken individuelt ind- og udkoblelige strømkilder, idet varigheden af denne afladning bestemmes ved tælling i for hver strømkilde fastlagte elementartidstrin, er kendetegnet ved, at der, idet det mindste kvantiseringstrin sættes lig med en amplitudedifference ΔΑ, forefindes en

M

kilde med positiv og én med negativ polaritet med værdien og/eller en indretning til forkortelse af hvert første elementartidstrin.

Udførelseseksempler til belysning af fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser det positive område af en såkaldt A-karak- teristik, fig. 2 viser det ideelle forløb af en kvantiseringskarak teristik med stykkevis forskellige kvantiserings-trinhøjder, fig. 3 viser de to mulige, i A/D-omsættere sædvanligvis anvendte ukorrigerede kvantiseringskarakteristik-ker, fig. 4 viser et eksempel på en ifølge opfindelsen korri geret kvantiseringskarakteristik med 14 karakteristikafsnit og binært trinarrangement, fig. 5 viser en koblingsanordning med anvendelse af iretationsmetoden til karakteristikafsnitsbestemmelse og finkodning, fig. 6 og 7 viser hver en variant af en videreudformning af koblingsanordningen vist på fig. 5, og fig. 8 viser en koblingsanordning med anvendelse af iterationsmetoden for karakteristikafsnitsbestemmelse samt anvendelse af tællemetoden for finkodning .

Det på fig. 1, 2 og 3 viste er allerede blevet beskrevet. Eksempelvis er der på fig. 4 - af hensyn til bedre overskuelighed - kun vist tre karak teristikafsnit SI, S2 og S3 af et positivt, i første kvadrant liggende karakteristikområde samt en del af et negativt, i tredie kvadrant liggende karakteristikområde af en kvantiseringskarakteristik. De til A/D-omsætterens kvantiseringstrin svarende aplitudetrin er afsat ud langs Y-aksen og de til D/A-omsætterens dekodede, digitale værdier svarende amplitudetrin er afsat ud 145209 7 langs X-aksen. Den viste punkterede linie repræsenterer en ukorrigeret kvantiseringskarakteristik, og den fuldt optrukne linie viser en ifølge opfindelsen korrigeret kvantiseringskarakteristik hørende til en på sendesiden anbragt A/D-omsætter. De enkelte kvantiseringstrin Q antages, med undtagelse af de to til kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt grænsende karakteristikafsnit SI og -SI, hver at være dobbelt si store som kvantiseringstrinene Q af det i retning af modsat polaritet liggende nabokarakteristikafsnit. En kvantiseringskarakteristik med kvantiseringstrin, soo ændrer sig med en faktor 2n fra karakteristikafsnit til karakteristikafsnit, hvor n er et positivt heltal, betegnes som en binært inddelt kvantiseringskarakteristik. Naturligvis lader fremgangsmåden ifølge opfindelsen sig imidlertid lige si godt anvende på ikke binært inddelte kvantiseringskarakteristikker.

Betydningen af de to på fig. 4 viste karakteristikker skal belyses nærmere under anvendelse af et taleksempel. D/A-omsætterens amplitudetrin er angivet ud langs X-aksen og A/D-omsætterens amplitudetrin langs Y-aksen. For at D/A-omsætteren pi modtagersiden skal afgive den i amplitudeelementartrin udtrykte amplitudeværdi "12", ml der til A/D-omsætteren pa sendesiden i tilfældet med den ukorrigerede kvantiseringskarakteristik tilføres en ampli-tudeværdi, som er større end eller lig med værdien af tolv amplitudeelementartrin og er mindre end værdien af fjorten amplitudeelementartrin, idet et amplitudeelementartrin svarer til bidraget fra det mindste af de kvantiseringstrin Q, som forekommer i den samlede karakteristik. I tilfældet med en kvantiseringskarakteristik, som er korrigeret i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, ma der derimod tilføres A/D-omsætteren på sendesiden en amplitudeværdi, som er større end eller lig med værdien af elleve amplitudeelementartrin og er mindre end værdien af tretten araplitude-elementartrin.

I det følgende beskrives de foranstaltninger, som skal træffes, og som er nødvendige til virkeliggørelse af en ideel kvantiseringskarakteristik i analog/digital-omsætteren på sendesiden. I et første skridt bestemmes ud fra en til A/D-omsætteren tilbudt analogsignaløjebliksværdi dennes tilhørsforhold til et karakteristikafsnit S på kvantiseringskarakteristikken. Hertil sammenlignes ved anvendelse af iterationsmetoden (vejemetoden), den foreliggende analogsignaløjebliksværdi så ofte i forudbestemt rækkefølge med en af de for hvert karakteristikafsnit S individuelle referenceværdier URS af første orden, indtil de referenceværdier URS af første orden, der afgrænser den foreliggende analogsignaløjebliksværdi, er bestemt.

De i det følgende med teoretiske karakteristikafsnitsgrænseværdier USG betegnede størrelser stemmer overens med de faktiske karakteristikafsnits- U5209 8 grænseværdier for D/A-omsætteren på modtagersiden og stemmer med undtagelse af de karakteristikafsnitsgrænseværdier, som danner karakteristiknulpunktet, ikke overens med de i A/D-omsætteren på sendesiden anvendte karakteristikafsnitsgrænseværdier.

Referenceværdierne af første orden URS af karakteristikafsnittene SI og -SI, hvilke berører kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt, stemmer overens med amplitudeværdien nul. Hver enkelt af de til de øvrige karakteristikafsnit -Sn...-S2, +S2-...+Sn fast hørende referenceværdi URS af første orden bestemmes af den i retning af modsat polaritet nærmeste teoretiske karakteristikafsnitsgrænseværdi USG, som er formindsket bidragsmæssigt med værdien af et halvt kvantiseringstrin Q af det i retning af modsat polaritet nærmest liggende karakteristikafsnit S. Som vist på fig. 4 er f.eks. det teoretiske karakteristikafsnit S3 begrænset af amplitudeværdierne "16" og "32". Den i retning af modsat polaritet nærmeste teoretiske karakteristik-afsnitgrænseværdi USG af karakteristikafsnittet S3 ligger således ved aplitudeværdien "16". Værdien af et halvt kvantiseringstrin Q af det i retning af modsat polaritet nærmest liggende karakteristikafsnit S2 andrager et amplitudeelementartrin. Referenceværdien URS3 af første orden af karakteristikafsnittet S3 fremgår af den bidragsmæssige formindskelse af den til den teoretiske karakteristikafsnitsgrænseværdi USG = 16 svarende amplitudeværdi "16" med værdien af et amplitudeelementartrin, hvorved der opnås en referenceværdi URS3 af første orden med amplitudeværdien "15". Svarende hertil fremkommer der for karakteristikafsnittet S2 en til amplitude_ værdien "7,5" svarende.referenceværdi URS2 af første orden.

Efter bestemmelse af det til den tilbudte analogsignaløjebliksværdi svarende karakteristikafsnit S bestemmes i et andet skridt det til denne analogsignaløjebliksværdi svarende antal kvantiseringstrin Q inden for det netop bestemte karakteristikafsnit S. Hertil sammenlignes ved anvendelse af iterationsmetoden (vejemetode) den pågældende analogsignaløjebliksværdi så ofte med en for hvert antal kvantiseringstrin individuel referenceværdi UQ af anden orden, indtil de referenceværdier af anden orden, der indeholder den pågældende analogsignaløjebliksværdi, er bestemt. Enhver af de til et kvantiseringstrins tal inden for et karakteristikafsnit S fast hørende, til kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt refererende referenceværdi UQ af anden orden er sammensat af en for det foreliggende karakteristikafsnit karakteristisk basisværdi URB og en for hvert kvantiseringstrins tal individuel trinværdi, idet en trinværdi kun kan andrage hele multipla af værdien af et kvantiseringstrin for det pågældendee karakteristikafsnit.

145209 9

Hver basisværdi URB for et karakteristikafsnit S fastlægges, nlr iterationsmetoden anvendes, ved formindskelse og, nlr tællemetoden anvendes, ved forøgelse eller formindskelse af en værdi, som stemmer overens med den pågældende, i retning af modsat polaritet nærmeste teoretiske karakteristikgrænseværdi USG, med en anden karakteristikindividuel korrekturværdi, som er fremkommet ved halvering af størrelsen af et kvantiseringstrin Q for det således bestemte karakteristikafsnit Sx.

Således er f.eks. på fig. 4 det teoretiske karakteristikafsnit S3 begrænset af amplitudeværdierne "16" og "32", og en i retning af modsat polaritet næste teoretiske karakteristikafsnits grænseværdi USG ligger således ved amplitudeværdien "16". Basisværdien URB31 eller URB32 for karakteristikafsnittet S3 fremkommer af den bidragsmæssige formindskelse eller forøgelse af den til den teoretiske karakteristikafsnits grænseværdi USG svarende amplitudeværdi "16" med værdien af et halvt kvantiseringstrin Q af karakteristikafsnittet S3, altså med værdien "2", idet der for basisværdien URB31 eller URB32 fremkommer en amplitudeværdi på "14" eller pi "18".

Svarende hertil fremkommer der for karakteristikafsnittet S2 en til amplitudeværdien "7" eller "9" svarende basisværdi URB21 eller URB22, for karakteristikafsnittet SI en til amplitudeværdien "-0,5" eller "+0,5" svarende basisværdi URBI og for de i negativt karakteristikomrlde værende karakteristikafsnit -SI en til amplitudeværdien "+0,5" eller "-0,5" svarende basisværdi -URBI.

Anvendes tællemetoden til finkodning i stedet for iterationsmetoden, skal størrelserne af basisværdieme URB svarende til udførelsen af det første tællerskridt bestemmes. Tælles de første tællerskridt ikke med, kræves der de samme basisværdier URBI, URB21, URB31, URB41 ... etc. som ved iterationsmetoden. Medtælles derimod de første tællerskridt, kræves der med henblik på de korresponderende teoretiske karakteristikafsnits grænseværdier USB bidragsmæssigt større basisværdier URB22, URB32, URB42. Når varigheden af det første tællerskridt forkortes, så kræves der til de korresponderende karakteristikafsnitsgrænseværdier USG identiske basisværdier URB. En forkortning af det første tællerskridt kan fx. ske ved, at taktsignalet for det første tællerskridt først overtages fra det regelmæssige taktsignal fra elemantar-tidsskridtgiveren efter en forsinkelsestid, og at man først derefter begynder med sammenligning mellem spændingen på den allerede afladte kondensator og referenceværdierne.

Fig. 5 viser princippet for en koblingsanordning med anvendelse af iterationsmetoden (vejemetoden) for karakteristikafsnitsbestemmelse og finkodning. Den foreliggende PAM-analogsignaløjeblikeværdi tilføres uafhængigt U5209 ίο af sin polaritet til den ene indgang på et på udgangssiden med en styrelogik-- enhed SL forbundet sammenligningstrin V. Sammenligningstrinet V's anden indgang er forbundet med et flertal af med styrelogikenheden SL individuelt ind- og udkoblelige kilder G med positiv og negativ polaritet. Antallet af disse kilder G samt disses størrelse og polaritet retter sig efter antallet af karakteristikafsnit S, som er omfattet af en kvantiseringskarakteristik til et bestemt dynamikområde, og disses grænseværdier samt efter antallet og størrelse af de i karakteristikafsnittene S foreliggende kvantiseringstrin Q.

Således kræves der enten: a) en kilde G for hvert karakteristikafsnit -Sn...-S2, +S2...+Sn, som ikke grænser op til kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt, med en størrelse, som repræsenterer den foreliggende teoretiske karakteristikafsnits grænseværdi USG, og for hvert af karakteristikafsnittene en kilde G med en størrelse, som repræsenterer halvdelen af værdien af et kvantiseringstrin Q hørende til det foreliggende karakteristikafsnit S.

Eller der kræves: b) en kilde G med positiv eller negativ polaritet hver af en størrelse, som stemmer overens med halvdelen af værdien for det mindste kvantiseringstrin, som forekommer i kvantiseringskarakteristikken, og for hvert karakteristikafsnit -Sn...-S2, +S2...+Sn, som ikke grænser op til kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt, en kilde G med en størrelse, som repræsenterer den foreliggende referenceværdi af første orden URS, og en kilde G med en størrelse, som repræsenterer differencen mellem den foreliggende referenceværdis første orden URS og den foreliggende basisværdi URB.

eller der kræves: c) en kilde G med positiv eller negativ polaritet hver af en størrelse, som stemmer overens med halvdelen af værdien for det mindste kvantiseringstrin, som forekommer i kvantiseringskarakteristikken, og for hvert karakteristikafsnit -Sn...-S2, +S2...+Sn, som ikke grænser op til kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt, en kilde G med en størrelse, som repræsenterer den foreliggende referenceværdi af første orden URS, og en kilde G med en størrelse, som repræsenterer den foreliggende basisværdi URB.

Udover de under a) til c) nævnte kilder G kræves der yderligere kilder G til finkodning, hvor antallet af kvantiseringstrin bestemmes, der svarer til PAM-analogsignaløjebliksværdien, som konstateredes inden for det forudgående karakteristikafsnit S for analogsignaløjebliksværdien.

145209 11 Således kræves der fx. for en ifølge fig. 4 binært inddelt kvantise-ringskarakteristik med syv karakteristikafsnit +S1...+S7 for det positive og syv karakteristikafsnit -S1...-S7 for det negative amplitudeomrlde ialt følgende kilder G:

Elleve kilder G for det positive amplitudeomrlde med værdierne

-0,5/+1/+2/+4/+7/+14/+28/+56/+112/+224/+448 og elleve kilder G

for det negative amplitudeomrade +0,5/-1/-2/-4/-7/-14/-28/-56/ -112/-224/-448.

Med undtagelse af den for det positive karakteristikområde nødvendige kilde G med størrelsen -0,5 lader samtlige positive referenceværdier sig alene frembringe med kilder G med positiv polaritet. Ligeledes kan med undtagelse af den for det negative karakteristikområde nødvendige kilde G med størrelsen +0,5 samtlige negative referenceværdier alene frembringes med kilder G med negativ polaritet. Referenceværdierne af første orden URS kan repræsenteres ved hjælp af disse størrelser som følger:

For det positive karakteristikomride: URSI = 0; URS2 = 7 + 1 - 0,5 = 7,5; URS3 = 14 + 1 = 15; URS4 = 28 + 2 = 30; URS5 =56+4 =60; etc.

For det negative karakteristikomride: URSI = 0; URS2 = -7 - 1 + 0,5 = -7,5; URS3 = -14 - 1 = -15; etc.

Naturligvis drejer det sig ved samtlige angivne størrelser af kilderne G, referenceværdierne af første orden URS og basisværdierne URB alene om eksempelvise angivelser. Disse viser imidlertid, at antallet af nødvendige kilder lader sig minimere ved et passende valg og kombination af de enkelte størrelser. Der skal imidlertid derved kun iagttages, at de til frembringelse af en basisværdi URB krævede kilder for finkodning inden for det til denne basisværdi hørende karakteristikafsnit ikke mere er til rådighed.

Basisværdierne URB lader sig ved anvendelse af iterationsmetoden for finkodning repræsentere som følger af de i det forudnævnte eksempel angivne størrelser. For det positive karakteristikomride: URBI = -0,5; URB21 = 7; URB31 = 14; URB41 = 28; etc.

145209 12

For det negative karakteristikområde: URB1 = 0,5; URB21 = -7; URB31 = -14; URB41 = -28; etc.

De for finkodningen ifølge iterationsmetoden krævede referenceværdier af anden orden lader sig for det positive karakteristikområde repræsentere ved hjælp af de i det foran angivne eksempel angivne størrelser som følger: - karakteristikafsnit SI: basisværdien URBI på -0,5 samt kombinationerne af størrelserne +1/+2/+4 giver som referenceværdier af anden orden: - +0,5/+1,5/+2,5/+3,5/+4,5/+5,5/+6,5 - karakteristikafsnit S2: basisværdien URB21 på +7 samt kombinationerne af størrelserne +2/+4/ giver som referenceværdier af anden orden: - +9/+11/+13 - karakteristikafsnit S3: basisværdien URB31 på +14 samt kombinationerne af størrelserne +1/+4/+7 giver som referenceværdier af anden orden: +18/+22/+26 etc.

Anvendes tællemetoden for finkodningen i stedet for iterationsmetoden (vejemetoden), må størrelserne på basisværdierne URB bestemmes tilsvarende ved gennemføring af de første tællerskridt. Tælles det første tællerskridt ikke med, således at svarende hertil begyndelsen af vurderingen af afladningen af kondensatoren C forskydes, kræves de samme basisværdier URBI, URB21, URB31, URB41 ____ etc. som iterationsmetoden. Medtælles derimod det første tæller skridt, kræves der med henblik på de korresponderende teoretiske karakteristikafsnitsgrænseværdier USG bidragsmæssigt større basisværdier URB22, URB32, URB42 ____ etc. Hvis varigheden af de første tællerskridt forkortes med halvdelen, kræves der til de korresponderende karakteristikafsnitsgrænseværdier USG identiske basisværdier URB. I det tilfælde, at det første tællerskridt tælles med, fremkommer fx. for kvantiseringskarakteristikken ifølge fig. 4 følgende basisværdier for det positive karakteristikområde: URBI = +0,5; URB22 = 9; URB32 = 18; URB42 = 36; etc.

og for det negative karakteristikområde: URBI = -0,5; URB22 = -9; URB32 = -18; URB42 = -36; etc.

145209 13

Fig. 6 viser en første videreudformning af koblingsanordningen ifølge opfindelsen med anvendelse af iterationsmetoden for karakteristikafsnitsbestemmelse og finkodning. En foreliggende PAM-analogsignaløjebliksværdi tilføres også her uafhængigt af dens polaritet til en første indgang pi et på udgangssiden med en styrelogikenhed SL forbundet samnenligningstrin V. Et flertal af ved hjælp af styrelogikenheden SL individuelt ind- og udkoblelige kilder G med positiv og negativ polaritet er forbundet med den ene indgang pi en for alle kilder G fælles summations forstærker SV samt via en modstand RZ med udgangen pi summationsforstærkeren SV og med den anden indgang pi sammenligningstrinet V. Hver kilde G indeholder en dennes værdi bestemmende ohmsk modstand R og en i serie med denne koblet afbryder K. Hver af disse ved hjælp af styrelogikenheden SL individuelt ind- og udkoblelige afbrydere K forbinder i tilfælde af en kilde G med positiv polaritet den nævnte ene indgang pi summationsforstærkeren SV via dennes modstand R med den positive pol pi en for alle kilder G med positiv polaritet fælles første spændingskilde UA og i tilfælde af en kilde G med negativ polaritet via dennes modstand R med den negative pol pi en for alle kilder G med negativ polaritet fælles anden spændingskilde UB. Den negative pol pi den første spændingskilde UA og den positive pol pi den anden spændingskilde UB er fast forbundet med den anden indgang pa summationsforstærkeren SV og med et fælles potential, som er identisk med analogsignaløjebliksværdien PAM's referencepotential.

Fig. 7 viser en anden videreudformning af koblingsanordningen ifølge opfindelsen med anvendelse af iterationsmetoden for karakteristikafsnitsbestemmelse og finkodning. Også her tilføres den foreliggende PAM-analog-signaløjebliksværdi uafhængigt af dens polaritet til en første indgang pi et pa udgangssiden med en styrelogikenhed SL forbundet sammenligningstrin V, og et flertal af ved hjælp af styrelogikenheden SL individuelt ind- og udkoblelige kilder G med positiv og negativ polaritet er forbundet med den anden indgang pi sammenligningstrinet V. Hver kilde G indeholder en dennes værdi bestemmende ohmsk modstand R, som pi den ene side er forbundet med emitteren pi en til hver kilde G hørende transistor Ta eller Tb samt via en til hver kilde G hørende spærrediode D med styrelogikenheden SL. Kollektorerne pi transistorerne Ta , Tb for alle kilderne G er dels via en fælles kollektor-modstand RK forbundet med PAM-analogsignaløjebliksværdiens referencepotential og dels med den anden indgang pi sammenligningstrinet V. Ved kilderne G med negativ polaritet er disses modstande R pi den anden side fast forbundet med den negative pol pi en dermed fælles første spændingskilde Uj, og dennes positive pol er forbundet med baserne på transistorerne Ta samt med den negative pol pa en for kilderne G med negativ polaritet fælles anden spæn- 14 165209 dingskilde U2, hvis positive pol er forbundet med PAM-analogsignaløjebliks-værdiens referencepotential. Ved kilderne G med positiv polaritet er disses modstande R pi den anden side fast forbundet med den positive pol på en dermed fælles tredie spændingskilde U3, og dennes negative pol er forbundet med baserne på transistorerne Tb samt med den positive pol på en for kilderne G med positiv polaritet fælles fjerde spændingskilde U4, og dennes negative pol med PAM-analogsignaløjebliksværdiens referencepotential. Der kan fx. for kilderne G med positiv polaritet anvendes transistorer Tb af typen PNP og for kilderne G med negativ polaritet transistorerne Ta af typen NPN. Spærredioderne D er i dette tilfælde hvad deres gennemgangsretning angår indsat på en sådan måde imellem kilderne G og styrelogikenheden SI, at styreimpulser med positiv polaritet fra styrelogikenheden SI kan ankomme til emitterne på PNP-transistorerne Tb og styreirapulserne med negativ polaritet fra styrelogikenheden SI til emitterne på NPN-transistorerne Ta. Den på fig. 7 viste konstruktion af en kilde G betegnes også som konstantstrømkiIde.

Fig. 8 viser en yderligere koblingsanordning, hvor der til karakteristikafsnitsbestemmelse anvendes iterationsmetoden (vejemetoden) og til finkodning tællemetoden. Den foreliggende PAM-analogsignaløjebliksværdi tilføres uafhængigt af sin polaritet til en første indgang på et på udgangssiden med en styrelogikenhed SL forbundet sammenligningstrin V. Denne første indgang er forbundet med et flertal af ved hjælp af styrelogikenheden SL individuelt ind- og udkoblelige strømkilder Gi med positiv og negativ polaritet samt med en kondensator C. Sammenligningstrinet V's anden indgang er forbundet med et flertal af ved hjælp af styrelogikenheden SL individuelt ind-og udkoblelige kilder G med positiv og negativ polaritet. Med kilderne G frembringes til bestemmelse af det pågældende karakteristikafsnit S den for hvert karakteristikafsnit S individuelle referenceværdi af første orden og til finkodning den for hvert karakteristikafsnit S individuelle basisværdi URB.

Hver strømkilde Gi omfatter en dennes værdi bestemmende ohmsk modstand Re, der på den ene side er forbundet med emitteren på en til hver strømkilde Gi hørende transistor Ta eller Tb samt med styrelogikenheden SL via en til hver strømkilde Gi hørende spærrediode D. Kollektorerne på transistorerne Ta, Tb til alle strømkilderne Gi er dels forbundet med den første indgang på sammenligningstrinet V og dels med kondensatoren C.

Ved strømkilderne Gi med negativ polaritet er disses modstande Re på den anden side fast forbundet med den negative pol på en for disse fælles første spændingskilde U*, hvis positive pol er fast forbundet med baserne på transistorerne Ta samt med den negative pol på en anden spændingskilde U2, som er fælles for strømkilderne Gi med negativ polaritet, og hvis positive pol er 145209 15 fast forbundet med PAM-analogsignaløjebliksværdiens referencepotential. Ved strømkilderne Gi med positiv polaritet er disses modstande Re på den anden side fast forbundet med den positive pol pi en for disse fælles tredie spændingskilde U3, hvis negative pol er fast forbundet med baserne pi transistorerne Tb samt med den positive pol pi en fjerde spændingskilde U4, som er fælles for strømkilderne Gi med positiv polaritet, og hvis negative pol er fast forbundet med PAM-analogsignaløjebliksværdiens referencepotential. Der kan f.eks. for strømkilderne Gi med postitiv polaritet anvendes transistorer Tb af typen PNP og for strømkilderne Gi med negativ polaritet transistorer Ta af typen NPN. Spærredioderne D er i dette tilfælde hvad angår deres gennemgangsretning anbragt pi en sidan made mellem strømkilderne Gi og styrelogikenheden SI, at styreimpulser med positiv polaritet kan ankomme fra styrelogikenheden SI til emitterne pi PNP-transistorerne Tb og styreimpulser med negativ polaritet fra styrelogikenheden SL til emitterne pa NPN-transistorerne Ja. Med hver af disse strømkilder Gi lader der sig foretage en tidsmæssigt forskellig, i det mindste tilnærmelsesvis lineær afladning af kondensatoren C, hvorved den indtil fuldstændig afladning forløbne tid tælles i elementartidsskridt.

Hver kilde G indeholder også her en dennes værdi bestemmende ohmsk modstand R og en i serie med denne koblet afbryder K. Enhver af disse ved hjælp af styrelogikenheden SL individuelt ind- og udkoblelige afbrydere K forbinder i tilfælde af en kilde G med positiv polaritet den anden indgang pa sammenligningstrinet V via dennes modstand R med den positive pol pi en femte spændingskilde UA, som er fælles for alle kilderne G med positiv polaritet, og i tilfælde af en kilde G med negativ polaritet via dennes modstand R med den negative pol på en sjette spændingskilde UB, som er fælles for alle kilderne G med negativ polaritet. Den negative pol pi den femte spændingskilde UA og den positive pol på den sjette spændingskilde UB er fast forbundet med PAM-analog-signaløjebliksværdiens referencepotential. Endvidere er den anden indgang på sammenligningstrinet V via en ohmsk modstand RK og den anden klemme pi kondensatoren C fast forbundet med PAM-analogsignaløjebliksværdiens reference-potential.

For en til fig. 4 svarende korrigeret kvantiseringskarakteristik til formindskelse af kvantiseringsstøj kræves der ved koblingsanordningerne ifølge fig. 5, 6 og 7, hvor finkodning finder sted ved hjælp af iterationsmetoden (vejemetoden), ud over de i forvejen for analog/digital-omsætning krævede kilder for begge polariteter kun for hver en yderligere kilde med en størrelse, som stemmer overens med halvdelen af bidraget af det mindste i kvantiseringskarakteristikken indeholdte kvantiseringstrin. Ved koblingsanordningen vist pi fig. 8, hvor finkodning finder sted ved hjælp af tæl- 145209 16 lemetoden, kræves der ud over de kilder for begge polariteter, som alligevel er nødvendige ved analog/digital-omsætning, til hver polaritet en yderligere kilde med en størrelse, som stemmer overens med halvdelen af bidraget af det mindste i kvantiseringskarakteristikken indeholdte kvantiseringstrin, og/eller en anordning til forkortning af det første elementartidsskridt. En forkortning af det første tælleskridt kan fx. ske ved, at taktsignalet for det første tællerskridt først overtages fra elementartidsskridtgiverens regelmæssige taktsignal efter en forsinkelsestid, og at man først derefter begynder med sammenligning mellem spændingen på den allerede afladte kondensator og referenceværdierne.

Claims (4)

145209 17

1. Fremgangsmåde til formindskelse af kvantiseringsstøj i impulskode-modulationsanlæg, hvor kodning og afkodning er forbundet med henholdsvis sammenpresning og udvidelse med stykkevis lineær karakteristik, hvorhos der i senderens analog/digital-omsætter fastlægges et til grovkodning af en forelagt analogsignalmomentanværdi svarende karakteristikafsnit, og hvor der til finkodning fastlægges til analogsignalmomentanværdien svarende antal kvantise-ringstrin inden for det før fastlagte karakteristikafsnit med hensyn til en karakteristikafsnit-individuel basisværdi, kendetegnet ved, at hver karakteristikgrænseværdi (URS) i analog/digital-omsætteren, bortset fra de »ed kvantiseringskarakteristikkens nulpunkt sammenfaldende karakteristikgrænseværdier (URS), i forhold til sin teoretiske, med modtagerens digital/analog-omformer overensstemmende karakteristikgrænseværdi (USG) formindskes med halvdelen af størrelsen af et kvantiseringstrin (Q) af det i retning af modsat polaritet til den pågældende karakteristikgrænseværdi (USG) grænsende karakteristikafsnit, og at der som basisværdi (URB), alt efter finkodnings-maden, enten fastlægges en værdi, som stemmer overens med den pågældende karakteristikafsnit-grænseværdi (USG) af det i digital/analog-omsætteren tilsvarende karakteristikafsnit, eller en værdi, som afviger fra den nævnte karakteristikafsnit-grænseværdi (USG) med halvdelen af størrelsen af et kvantiseringstrin (Q) for det pågældende karakteristikafsnit.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, ved hvilken finkodningen sker ved iterationsmetoden, kendetegnet ved, at der for hvert karakteristikafsnit (S) fastlægges en i forhold til den i digital/analog-omformeren tilsvarende karakteristikafsnit-grænseværdi (USG) formindsket basisværdi (URB).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, ved hvilken finkodningen sker ved en tællemetode, kendetegnet ved, at varigheden af hvert første tællerskridt forkortes i forhold til de efterfølgende, og at der for hvert karakteristikafsnit (S) fastlægges en med den pågældende karakteristik-afsnit-grænseværdi (USG) af det i digital/analog-omformeren tilsvarende karakteristikafsnit (S) overensstemmende basisværdi (URB).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, ved hvilken finkodningen sker ved en tællemetode, ved hvilken hvert første tællerskridt medtælles eller ikke medtælles, kendetegnet ved, at der for hvert karakteristikafsnit (S) fastlægges en i forhold til den i digital/analog-omformeren tilsvarende karakteristikafsnitgrænseværdi (USG) formindsket henholdsvis forøget basisværdi (URB).