DK167260B1

DK167260B1 - Overfoeringsindretning for digitale signaler

Info

Publication number: DK167260B1
Application number: DK032188A
Authority: DK
Inventors: Rudolf Rabenstein
Original assignee: Ant Nachrichtentech
Priority date: 1987-01-26
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1993-09-27
Also published as: EP0276394A3; US4912667A; ATE85479T1; DE3702215A1; JPS63196127A; DK32188A; EP0276394B1; DE3702215C2; EP0276394A2; DK32188D0

Description

i DK 167260 B1

Opfindelsen angår en overføringsindretning for digitale signaler ifølge indledningen til krav 1. En sådan overføringsindretning er i almindelighed anvendelig ved digital filtrering, men også ved niveauindstil-5 ling, hvor filterparametre, altså et overføringsleds koefficientsæt, omskiftes under driften. Som digitalt signal kommer tale-, musik-, men også ikke-hørbare signaler i betragtning.

Den enkleste måde til at ændring af overførings-10 funktionen for en overføringsindretning for digitale signaler under driften består i mellem to samplingstidspunkter at udskifte hele koefficientsættet. En sådan abrupt, øjeblikkelig omskiftning af koefficientsættet fører imidlertid uden specielle foranstaltninger 15 til en undertrykning af forstyrrelser til forstyrrelser i overføringsindretningens udgangssignal, og tilmed, f.eks. ved audiosignaler, til forstyrrelser, der er ubehagelige for hørelsen. Der opstår f.eks. knæklyde, der alt efter den foreliggende udformning og det til-20 fældige valg af omskiftningstidspunkt fremtræder mere eller mindre ubehagelige.

Sådanne forstyrrelser kan tænkes reduceret ved indkobling af forstyrrelsesundertrykningsled i det digitale signals vej. Sådanne løsninger har imidlertid 25 ikke vist sig fuldt ud tilfredsstillende, idet de også påvirker nyttesignalet på uønsket måde.

Derimod er det i DE-A-3.333.274 foreslået, parallelt med overføringsleddet, hvis koefficientsæt skal være omskifteligt, at tilvejebringe en anden gren med 30 et andet digitalt overføringsled. Ønskes en ændring af det første overføringsleds overføringsfunktion, bliver i stedet for en ændring af det første overføringsleds koefficienter det andet overføringsleds koefficienter omskiftet til den ønskede værdi. Udgangsstørrelsen fra 35 det andet overføringsled bliver imidlertid over omkoblingsorganer først videreført til overføringsindretnin- 2 DK 167260 B1 gens udgang, når en diskriminator, der forsinket med overføringsleddets indsvingningstid gøres virksom, efter en sammenligning af udgangsstørrelserne fra de to overføringsled bevirker omskiftningen af omskiftnings-5 organet.

Overføringsindretningen har dog en række ulemper, hvoraf det tungestvejende er, at hardware- og reg-neindsatsen må fordobles, for at muliggøre koefficientomskiftningen.

10 I DE-A-3.333.275 er det foreslået, at overfø ringsleddet over omskiftningsorganer tildeles mellem-koefficienter, der er dannet ved interpolasationsværdi-er mellem begyndelses- og slutkoefficientsættet, og som skal sørge for, at overføringsfunktionen for overfΟΙ 5 ringsleddet ændrer sig i små trin fra en begyndelsestil en slutoverføringsfunktion.

Også denne overføringsindretning har endnu nogle ulemper: 1. For at opnå en tydelig forbedring i forhold 20 til den abrupte omskiftning, er det i mange tilfælde nødvendigt med forholdsvis mange mellemtrin.

2. Under disse omskiftningstrin interpoleres overføringskoefficienterne uafhængigt af hinanden mellem deres respektive begyndelses- og slutværdi. Derved 25 kan de til disse mellemkoefficienter hørende overføringsfunktioner under visse omstændigheder afvige betydeligt mere fra begyndelses- og slutoverføringsfunk-tionen end disse to fra hinanden. Derved kan det under omskiftningsforløbet komme til betydelige støjsignaler.

30 3. Til uddragelse af mellemkoefficienterne er specielle interpolationsorganer nødvendige.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe en overførings indretning af den i indledningen nævnte art, der med mindst mulige regne- og koblingsindsats mulig-35 gør den mest støj fattige omskiftning.

Løsningen af denne opgave sker ved det i krav l's kendetegn angivne. Fordelagtige udførelsesformer fremgår af underkravene.

3 DK 167260 B1

Indretningen ifølge opfindelsen har fordelene ved en støj fattig omskiftning, ved hvilken indsatsen er forholdsvis ringe. Desuden muliggøres en meget hurtig omskiftning, i ekstreme tilfælde indenfor to samplings-5 tidspunkter.

Herefter følger en beskrivelse af opfindelsen under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser en skematisk fremstillet overfø-r ings indretning.

10 Fig. 2 indeholder tre overføringsindretninger, der er tildelt tre forskellige koefficientsaet, og af hvis overføringssignaler der dannes differenssignaler, der skal minimeres efter forskrifterne i krav 3, 4 og 5.

15 Fig. 3 viser som eksempel start- og slutfrekvens- gangen for et båndstopfilter,

Fig. 4 viser udgangssignalet for en overføringsindretning ved kendte metoder til omskiftning mellem et start- og slutkoefficientsæt, og 20 Fig. 5 viser udgangssignalet for en overførings indretning med omskiftning mellem et start- og et slutkoefficientsæt ifølge opfindelsen.

Realiseringen af opfindelsen sker ifølge fig. 1, medens fig. 2 kun tjener til forklaring af de anvendte 25 betegnelser.

Ved overføringsindretning ifølge fig. 1 venter det digitale indgangssignal u(kT) ved indgangen E, ud fra hvilket overføringsleddet frembringer et digitalt udgangssignal y(kT). Overføringselementet 1 kan over 30 omskifteorganer SI tildeles tre forskellige koeffi cientsæt efter hinanden, begyndende med et begyndelseskoefficientsæt c_ over et mellemkoefficientsæt Cø til et slutkoefficientsæt c+. Medens begyndelses- og slut-koefficientsættet er forud givet af anvendelsen, vælges 35 mellemkoefficientsættet ifølge forskrifterne i krav 3, 4 eller 5 således, at støjen ved omskiftning bliver 4 DK 167260 B1 mindst mulig. Forskellige matematiske beskrivelser af støjsignalet er forklaret i fig. 2.

Fig. 2 viser en indretning af tre parallelkoblede overføringsled 1, der ligeledes fælles tilføres 5 indgangssignalet u(kT). Det øvre og det nedre overføringsled l drives med konstante koefficienter, d.v.s. uden omskiftning, idet det øvre overføringsled tildeles begyndelseskoefficientsættet c_ og det underste overføringsled tildeles slutkoefficientsættet c+. Det mid-10 terste overføringsled tildeles tre koefficientsæt c_, Cø og c+, der omskiftes som beskrevet i fig. 1. Det øvre overføringsled har udgangssignalet y_(kT), d.v.s. overføringsindretningen udgangssignal før omskiftningstidspunktet. Det nedre overføringsled frembringer et 15 udgangssignal y+(kT), der svarer til overføringsind retningens udgangssignal efter omskiftningstidspunktet.

Det midterste overføringsled frembringer et udgangssignal y (kT), der svarer til overføringsindretningens udgangssignal, når det svarende til fig. 1 tildeles 20 begyndelses-, mellem- og slutkoefficientsættene. Ved hjælp af to subtraheringsled dannes nu differencerne d_ (k) = y(k) - y_(k) og d+(k) = y(k) - y+(k), der fremdrages som differentialsignaler til beregning af minimeringen ifølge forskrifterne i krav 3, 4 og 5.

25 Eksempel.

Formindskelsen af støjsignalet ved omskiftning over mellemkoefficientsæt skal her vises ved et eksempel. Begyndelses- og slutkoefficientsættene er givet i tabel 1. De tilhørende frekvensgange H+(e^°) og H_(e^Q) 30 er vist i fig. 3. Som indganqssiqnal tjener en følge af sampelværdier u(kT) = sinig^ k). Denne frekvens ligger i begge frekvensganges minimum. Fig. 4a viser en overføringsindretnings udgangssignal ved den direkte omskiftning fra indgangs- til slutkoefficientsættet, 35 d.v.s. uden indkobling af et mellemkoefficientsæt. M angiver omskiftningstidspunktet. En stærk stigning af DK 167260 Bl 5 udgangssignalet ses tydeligt. Udgangssignalet for en overføringsindretning ifølge DE-A-3.333.275 er vist i fig. 4b-g. Her skiftes fra begyndelses- til slutkoeffi-cientsættet over et antal mellemkoefficientsæt, der 5 findes ved interpolation. Udgangssignalets stigning lader sig ganske vist formindske i forhold til ved den direkte omskiftning, men der forbliver dog en tydelig støj andel. Endelig viser fig. 5 udgangssignalet for en overføringsindretning ifølge fig. 1. Mellemkoefficient-10 sættet blev her valgt ifølge krav 3 (fig. 5a), 4 (fig.

5b) og 5 (fig. 5c). Øjensynlig bliver støjandelene så godt som fuldstændigt elimineret.

Beregning af mellemkoefficienterne.

Koefficienterne for et digitalt filter i til-15 standsrumstruktur beskrives ved hjælp af tilstandsma tricerne A, B, C, D. Disse kan man til forenkling af skrivemåden sammenfatte i en blokmatrice S. Koefficientsættene c* består da af elementerne i matricen S*· 20 i* å* S* h 25 hvor * står for -, 0, +. Begyndelses- og slutkoeffi-cientsættene beskrives ved hjælp af matricerne S_ og S+. Ved denne skrivemåde fører minimeringen af diffe-rentialsignalet ifølge krav 3, 4 og 5 efter længere beregninger til mellemkoefficienterne, der beskrives 30 ved matrixen Sø, der lader sig beregne ud fra begyndelses- og slutkoefficientsættet efter forholdene I, 4 0

C'l H

5 -r S (Krav 3, 4) _£f 35 ø i 6 DK 167260 B1 henholdsvis 5 Ic- 0 s = s (Krav 5) -2 -+ 0 1 10 . For matricen T gælder Γ fV 1 s; Il t3 * £'A £lft- 15 L 1 L -

Ta = if* W

-4 -++

k‘ 4- JL’J

20

Ki2 og w12 er (kryds-) kovariansmatricer der alment er defineret ved

CO

25 K12 = ΣΙ ‘Aj Bj» k=o —12 3 ΣΙ '£{ 4’ kro 1 og 2 står for + eller -. A' betyder A's transponerede 30 matrix.

Forskellige fremgangsmåder til beregning af krydskovariansmatricer angives i det følgende.

Beregning af krydskovariansmatricer.

1. Almindelig tilstandsrumstruktur for en blok 35 af anden grad (krav 2).

Begyndelses- og slutkoefficientsættet følger generelt .

DK 167260 B1 7 *u *12] bi .

S-1 !_* £-* (C1 c2j 2- = ί *21 *22 [ b2.

5 * + + Γη*" ali a12 I r ♦ ♦ i n - d+ a . - 5. ta c2 J 5* ·d “+ * + K+

a21 *22 J L b2 J

10

Elementerne i matricen K+_ kU ki2 *+- * i/ i/ 15 *21 22_ fås da ved løsning af ligningssystemet + - + - * “ - a+ a" k btb, 20 1 ' *UaU * aUa12 ' *12*11 12 12 u 11 + - + - + - * * t, b+b” ' aUa21 1 ' aUa22 ‘ S12a21 12 22 12 2 1 *21*11 ' *21*12 1 ' *22*11 ' *22*12 k21 blb2 a21a21 ’*21*22 ‘ “22*21 1 ' *22*22 _ _ k 22_ .

1 Matricen K får man ved at erstatte + med

Matricen w+_ og w++ får man på samme måde, når a12 °9 a21 ombyttes, og b-L erstattes med Cj og b2 med c2.

30 2. Tilstandsrumstruktur for en blok af anden grad på normalform:

For dette særlige tilfælde af den almindelige tilstandsrumstruktur er en direkte beregning mulig.

2.1. Reelle poler.

35 Begyndelses- og slutkoefficientsættet følger ge nerelt.

5 8 DK 167260 B1 ’a“ el b"! A. - 1. = _ £- " [ Ci C2 ] = 4’ 0 a" b‘ + _ Ί K* a. 0 b 2. * £♦ " ic! e2 ] * d+ .0 VI Lb2.

Elementerne i matricen K+_ følger 10 b?b~ kii * r-1^ ‘-i * ‘*J ' i - a. a. i j 2.2. Konjugerede komplekse poler.

15 Begyndelses- og slutkoefficientsættet følger ge nerelt .

a, C b7 ^ im ^ Γ-_Λ -- = i. = c_ = [Ci c2 J D_ = d - a’ a* b"

20 L 2 ^ L 2 J

ai a2 bl **' + . . a* - [ej C*] Dt = d* . a2 ai J L b2 25 Elementerne i matricen K+_ fås trinvis af

PR = 2 ' bM + b2b2’ Vi1 blb2 · bzV

30 ®R = 1 - ' aK * a2aj' 8I * * a>2 SR = i 1 bM * b2b2* SI * * I « b*b“ ♦ hjijl

35 TR = 1 ' 1 Vi ‘ a2a2! TI = ala2 * a2aI

9 DK 167260 B1

. . PRSR ^ PI9I _ . SVJllL

AR ' _2 _2 SR _2 T2

SR + QI TR + TI

5 - PI5a~ pr9i - _ sitr " srti AI ” 2 2 ” 2 2

TM

kli = AR + BR k12 = AI “ BI

k2i = " AI " BI k22 = AR ‘ BR

15 De andre matricer fås som beskrevet under 1.

10 DK 167260 B1

Tabel 1.

Begyndelseskoefficientsæt Slutkoefficientsæt 0,9514806 3,7822104-10-3 0,9096681 0 ' 5 *.- -3,7822104-10-3 0,9514806 0 0,9223652 ’ 4,50276028-10-2 3,0331910-10-2 ‘ 10 8_= B+= 4,85798208-10-2 -7,7634811-10-2 10,66239 1,978881 ' ,s C.- -11,50351 1,931385 20 0 = 0,9536236 D = 0,9524227

• T

Claims

1. Digital overføringsindretning, der arbejder med kodede sampler, og hvis overføringsfunktion uden driftsafbrydelse udgående fra en udgangsoverførings- 5 funktion støj fattigt kan ændres til en slutoverførings-funktion, med omskifteorganer (SI) for de til enhver tid til et overføringsled (1) i overføringsindretningen tildelte overføringskoefficienter til omskiftning fra et begyndelseskoefficientsæt (c _ ) til et slutkoeffici-10 entsæt (c + ), kendetegnet ved, at omskifteorganerne er udformet til indkobling af et enkelt mellemkoefficientsæt (Cq) mellem begyndelses- (c_) og slutko-efficientsættet (c+), og at der findes organer, ved hjælp af hvilke mellemkoefficientsættet (cQ) bestemmes 15 som funktion af begyndelses- (c_) og slutkoefficient-sættet (c+), således at den støjydelse, der må forventes ved omskiftning, minimeres.

2. Overføringsindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at overføringsindretningen reali- 20 seres ved et digitalt filter af anden grad i tilstandsrumstruktur .

3. Overføringsindretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mellemkoefficientsættet (c0) ved påvirkning af overføringsindretningen med et 25 tilfældigt signal med vilkårlig effekttæthed vælges således, at den kvadratiske forventede værdi E(d2_(k)) af differenssignalet d_(k)=y(kT)-y_(kT) mellem den med mellemkoefficientsættet (Cq) drevne overføringsindretnings (1) udgangssignal y(kT) og den med begyndelsesko-30 efficientsættet (c_) drevne overføringsindretnings (1) udgangssignal y_(kT) for k = 0, 1, 2 bliver minimal, når omskifteorganerne (Si) for k < o påfører koefficientsættet c_, for k = 0 koefficientsættet cQ og for k > 0 koefficientsættet c+. 35 DK 167260 B1

4. Overføringsindretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mellemkoefficientsættet ved påvirkning af overføringsindretningen (1) med et tilfældigt signal med vilkårlig effekttæthed vælges så- 5 ledes, at summen oo Z_E(dHk)) k=0 10 af de kvadratiske forventede værdier E(d2_(k)) af differenssignalet d_(k)=y(kT)-y_(kT) mellem den med mellemkoefficientsættet Cq drevne overføringsindretnings udgangssignal y(kT) °9 den med begyndelseskoefficientsættet c_ drevne overføringsindretnings (l) udgangssig- 15 nal y-(kT) for alle k> 0 bliver minimal, når omskifteorganerne (SI) for k < 0 pålægger koefficientsættet c_, for k=0 koefficientsættet Cq og for k>=0 koefficientsættet c+.

5. Overføringsindretning ifølge krav 1 eller 2, 20 kendetegnet ved, at mellemkoefficientsættet Cq ved påvirkning af overføringsindretningen (1) med et tilfældigt signal med vilkårlig effekttæthed vælges således , at summen OO 25 r- L_ E(d*Jk)) k=0 af de kvadratiske forventede værdier E(d2+(k)) af differenssignalet d+(k)=y(kT)-y+(kT) mellem den med mel-30 lemkoefficientsættet c0 drevne overførings indretnings (1) udgangssignal y(kT) °9 den med slutkoefficientsæt-tet c+ drevne overføringsindretnings (1) udgangssignal y+(kT) for alle k > = 0 bliver minimal, når omskifterorganerne (S1) for k < 0 pålægger koefficientsættet c_, 35 for k = 0 koefficientsættet cQ og for k > 0 koefficientsættet c,. —T

6. Overføringsindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at flere overføringsindretninger er koblet i kaskade eller parallelt. DK 167260 B1

7. Overføringsindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved kaskadekobling af en overføringsindretning ifølge krav 3 med en overføringsindretning ifølge krav 4 eller med en overføringsindretning ifølge 5 krav 5.

8. Overføringsindretning ifølge krav l, kendetegnet ved parallelkobling af en overføringsindretning ifølge krav 3 med en overføringsindretning ifølge krav 4 eller med en overføringsindretning ifølge 10 krav 5.