DK176943B1 - Fremgangsmåde til digitalisering af et båndbegrænset analogsignal, analog-digital-bearbejdningsenhed til udøvelse af fremgangsmåden, fremgangsmåde til digital filtrering og digitalfilter til udøvelse af fremgangsmåden - Google Patents

Description

5 i DK 176943 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til digitalisering af et båndbegrænset analogsignal, en analog-digital-bearbejdningsenhed, en fremgangsmåde til digital filtrering af digitale signaler, samt et digitalfilter til udøvelse af denne fremgangsmåde.

Især rettet på bearbejdning af analoge talesignaler til f.eks. digitalt arbejdende høreapparater er opfindelsens første formål at anvise en fremgangsmåde, hhv. en enhed af 10 førstnævnte art, ved hvilken der kan indsættes en analog-digital-kvantiseringsenhed med reduceret antal af kvantiseringstrin, hvorved analogsignalets dynamik, for talesignaler på ca.

80dB, i det væsentlige bibeholdes, og ved hvilke kvantiseringsfejl, trods det lille antal kvantiseringstrin, i relation til nyttesignalet holdes på lav værdi.

På grund af muligheden for hos kvantiseringsenheden at reducere antallet af 15 kvantiseringstrin opnås der en afgørende reduktion i den fornødne effekt, der skal installeres.

Hvad angår opfindelsen, løses opgaven ved fremgangsmåden til digitalisering af båndbegrænsede analoge signaler ifølge krav 1, henholdsvis en analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 8. Fordelagtige udførelsesvarianter af 2 0 fremgangsmåden og bearbejdningsenheden er angivet i underkravene.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen.

Af beskrivelsen fremgår også yderligere fordele ved opfindelsen i dens forskellige aspekter.

Fig. 1 viser et forenklet funktionsblok-signalstrømdiagram over en 2 5 analog-digital-bearbejdning senhed, der fungerer efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2 viser en foretrukken udførelsesvariant for modkobling til forstærkningsregulering, således som den indsættes i bearbejdningsenheden ifølge fig. 1, fig. 3a et forenklet funktionsblok-signalstrømdiagram over en første udførelsesvariant af en analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge opfindelsen, hvilken 3 0 enhed efter det i fig. 1 og 2 viste princip arbejder efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 3b endnu en foretrukken udførelsesvariant af en i bearbejdningsenheden ifølge fig. 1 og også som vist i fig. 3 anvendt lager- og stabiliseringsenhed i skematisk form af en funktionsblok, fig. 4 et forenklet funktionsblok-signalstrømdiagram over en foretrukken 35 udførelsesvariant af en lager- og skaleringsenhed i analog-digital-bearbejdningsenheden ifølge fig. 1 og 2, fig. 5 viser forenklet en repræsentation af lagerindholdet i en lagerindretning i den i fig. 4 viste enhed og den måde, hvorpå den fungerer med en efterfølgende skifteregisterenhed, 4 0 fig. 6 en kvanti seringskarakteristik for den foretrukne kvantiseringsenhed, der ί 2 DK 176943 B1 5 indgår i analog-digital-bearbejdningsenheden ifølge opfindelsen, fig. 7 en foretrukken udførelsesfonn for den som skifteregister virkende enhed ifølge fig. 4 og 5, fig. 8 et funktionsblok-signalstrømdiagram over en digitalfiltreringsanordning, der fungerer efter filtreringsfremgangsmåden ifølge opfindelsen, 10 fig. 9 et forenklet funktionsblok-signalstrømdiagram over en analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge opfindelsen, især til bearbejdning af audio signaler, navnlig talesignaler, og hvori det i fig. 8 viste digitalfilter er koblet efter den i fig. 5 viste enhed.

Fig. 1 viser et funktionsblokdiagram over signalforløbet i en 15 analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge opfindelsen, hvilken enhed fungerer i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Analogsignalet 1 tilføres en forstærkerenhed 3, hvis forstærkning G på styrbar måde kan indstilles trinvis. Det forstærkede udgangssignal fra forstærkerenheden 3 føres til en analog-digital-kvantiseringsenhed 5, hvis digitale udgangssignal føres dels til en 2 0 lager- og skaleringsenhed 7, dels til et lager 9 for forstærkningsstyredata, eksempelvis i form af ord GCW.

De digitale udgangssignaler A^ føres altså tilbage som er-værdi til lageret 9, hvor styredataene for forstærkerenheden 3’s forstærkning G vedvarende indstilles således, at udgangsværdien A ^ fra kvantiseringsenheden 5, eller nærmere betegnet dens 25 gennemsnitlige numeriske værdi, svarer til en forudbestemt bør-værdi, hvormed kvantiseringsenheden 5's begrænsede værdiområde udnyttes optimalt. Dette er vist skematisk i fig. 1 med en differensgiver 10, der danner reguleringsdifferensen Δ.

Forstærkningsværdien G og dennes indstillingsværdi AG er fortrinsvis udregnet i dB.

I lager- og skaleringsenheden 7 er alle mulige værdier af udgangssignalet A^ 3 0 oplagret, og de er også alle skaleret med den inverse værdi af forstærkning, neml ig G’ ^. Kan

udgangssignalet A^ dermed antage et antal na forskellige værdier og forstærkningen G

antage et antal n værdier, er der i lager- og skaleringsenheden forudbestemt et antal n n b ** o værdier og dermed i det mindste delvis og på forhånd oplagret, hvorledes det ankommende signal P repræsenteres. Indgangen Eyj til lager- og skaleringsenheden 7 får tilført som 35 adresse udgangssignalet A^ fra kvantiseringsenheden 5, medens indgangen E72 få" tilført GCW-signalet. Svarende til øjebliksværdien af signalet A^ adresseres i enheden 7 det tilhørende, med øjebliksværdien af den inverse forstærkningsværdi G"' skalerede datasæt. På udgangen A 7 fra lager- og skaleringsenheden 7 optræder hermed tælleværdien for det uforstærkede og uvægtede analogsignal 1.

40 På grund af forstærkningen på indgangssiden, før digitalisering, og den efter 3 DK 176943 B1 5 digitalisering følgende forstærkningskompensering på udgangssiden med en kvantiseringsenhed 5 med få kvantiseringstrin kan hele dynamikken af analogsignalet skabes i tælleområdet.

På grund af indreguleringen af den gennemsnitlige numeriske værdi af udgangssignalet A5 fra kvantiseringsenheden 5 efter en forudbestemt bør-værdi vil hele den 10 til rådighed værende dynamik hos kvantiseringsenheden ydermere udnyttes fuldt ud, hvorved kvantisemgsfejl inden for rammen af det forudbestemte antal kvantiseringstrin minimeres, uafhængigt af forekommende analogsignalniveauer og vedvarende niveauvariationer. Muligheden for at anvende en kvantiseringsenhed med relativt få trin og alligevel få en analog/digital-konvertering over hele analogsignaldynamikken med 15 tilstrækkeligt små relative kvantiseringsfejl byder på mange væsentlige fordele, når man tager det forhold i betragtning, at kvantiseringsenheden, hvad angår input, samt anti-aliasing-filteret er de kritiske dele afkoblingen i en analog/digital-konvertering.

Fig, 2 viser en foretrukken udførelsesvariant af tilbageføringen af udgangssignalet fra kvantiseringsenheden 5 til forstærkningen G hos forstærkerenheden 3 ifølge fig. 1.

20 1 et lager 10a foretages der som funktion af den numeriske signalværdi på udgangssiden af kvantiseringsenheden 5 oplagring af størrelsen AG af forstærkningsændringer i begge polariteter. Ved at fastlægge for hvilken numerisk værdi af udgangsignalet fortegnet for forstærkningsændringen AG skifter, svarende til den til blokken 10a førte værdi A^, defineres den bør-værdi af den gennemsnitlige numeriske 25 værdi af kvantiseringsenheden 5's udgangssignal A^, som skal reguleres. Ved 13 vises numerisk værdi-giveren for signalet A^. De som funktion af signalet A<j fra tabellageret 10a afgivne forstærkningsændringer tilføres lageret 9 sammen med forstærkningsstyredataene, svarende til ordet GCW, hvorved forstærkningen G øges eller mindskes.

Ud fra fig. 1 og 2 viser fig. 3a en mulig udførelsesvariant af lager- og 3 0 skaleringsenheden 7 ifølge fig. 1. For de samme funktioner eller funktionsblokke har man anvendt de samme henvisningsbetegnelser som i fig. 1 og 2.

Forstærkningen G i forstærkerenheden 3 kan indstilles i trin G ...Gn med styredataene i lageret 9. Der findes et antal (n + 1) lagersektioner 1 1q,1 1 j,....l 1 svarende til antallet af mulige forstærkninger ng = n + 1.1 alle lagersektioner 11 χ, hvor 0 < x < n, er 3 5 alle mulige værdier af udgangssignalet A^, der repræsenteres af P, oplagret på forhånd, dog med i hver sektion 11 den skalerede, inverse værdi af den tilhørende forstærkning Gv, dvs.

X X

G -1 Gi ..., G ~y Alle lagersektioner 11 adresseres tilsammen med udgangssignalet Ac * 1 Π J

fra kvantiseringsenheden 5, således at for en i betragtning taget digital udgangssignalværdi på A^ = A^ over alle lagersektioner 11 adresseres de tilhørende dataværdier, der - og dette 4 0 gælder for alle - optræder i sektionen 11 q, på grund af valg af GQ = 1, med værdien A^ på 4 DK 176943 B1 5 udgangen A^, og i de øvrige sektioner 11χ optræder skaleret med hver sin tilordnede inverse forstærkningsfaktor Οχ"'.

På udgangen fra sektionerne 11χ har man således værdierne Aj ^ = A^ . Gx * (0 < x < n)xan.

De opkaldte værdier A]dvs. alle udgange fra sektionerne 11, tilkobles en 10 multiplexerenhed 15. Over indgangen E , svarende til indgangen E77 til lager- og

15 /Z

skaleringsenheden 7 ifølge fig. 1, adresseres hhv. styres multiplexer-enheden 15 med forstærkningsstyredataene GC W fra lageret 9 således, at for momentane udgangssignaler A

I og samtidig momentan forstærkning G^ vælges og indkobles den pågældende udgang

Ai|^, for hvilken x = k, således at Aj^ = A^ .G^· 15 Det er klart, at denne metode giver mulighed for at foretage forstærkningskompensationen uden udvendige multiplikatorer.

Fig, 3a viser en mulig udførelsesform for lager- og skaleringsenheden 7, med det formål især at anskueliggøre opfindelsen.

Fig. 3b viser imidlertid en foretrukken form for lager- og skaleringsindretningen 7 2 0 som lagerenhed 7a, hvor alle mulige værdier af signalet A«j oplagres, hver multipliceret med alle inverse forstærkningsværdier G'^. Adresseringen af de rigtige værdier af den relevante kvantisering A-^ og af forstærkningen Gj, sker, som det fremgår af fig. 3b ved adressering af lagerenheden 7a med en adresse, dannet af såvel værdien fra A som værdien fra G^, i analogi med udførelsesformen ifølge fig. 1, til adresseringsindgangen Ey j 25 fra kvantiseringsenheden 5, og til adresseringsindgangen E72 fra udgangen på lageret 9 med forstærkningsstyreordet GCW. Herved afskaffes den i fig. 3a viste multiplexer 15.

Behovet for lagerkapacitet ved metoden ifølge fig. 3b er væsentligt, især ved større antal ng af forstærkningstrin AG.

Hvis man frc har en kvantiseringskreds 5 på fem trin plus mulighed for separat 3 0 håndtering af fortegnet og derudover et muligt antal na på 64 (2^ x 2) og eksempelvis et forstærkningsstyreord i lageret 9 på 5 bit, vil der for metoden ifølge fig. 3 være behov for en lagerkapacitet på 64.42 = 2048 værdier.

I så henseende byder den herefter beskrevne metode på en væsentlig fordel.

Man går ud fra, at værdien af et binært tal, når den f.eks. i relation til et flydende 3 5 komma flyttes én plads, ændrer sig med en faktor 2 svarende tilnærmelsesvis til 6dB. Ud fra den betragtning deles det ønskede dynamikområde op i et antal Z på 6dB-skridt. I al almindelighed gælder det nu, som tidligere, at Gq vælges lig med OdB, og dermed er dynamikområdet lig med den maksimale forstærkning Gmax, dvs.

5 DK 176943 B1

Gmax=Z·6®-^ hvor R betegner en reststørrelse <6dB. Hvis en opdeling af forstærkning i trin AG på 6dB er tilstrækkelig, må alle na værdier af A 5 blot på forhånd oplagres, jfr. fig. 3a,b, og 10 forstærkningskompensationen i nævnte 6dB-trin fas ved tilsvarende skrift i det binære tal, der angiver den momentane værdi af A^, for med det tilsvarende tal at indstille den momentane forstærkning. I så fald er der end ikke behov for oplagring, da adresse og lagerindhold stemmer overens.

I de fleste tilfælde rækker en opdeling af forstærkningen G i AG-trin på 6dB dog 15 ikke. For at løse dette problem og samtidig fortsat at opfylde formålet, nemlig reduktion af lagerkapacitetsbehovet, deles disse 6dB-forstærkningstrin AG yderligere op i kj undertrin, hvor kj er et heltal. Svarende til antallet kj af undertrin af 6dB-trinopdelingen får man et større eller mindre antal nødvendige lagerpladser, idet alle mellemliggende opdelinger af forstærkningskompensationen, som er indeholdt i 6dB-trinnene, oplagres, hver multipliceret 2 0 med alle na mulige værdier af signalet A^.

Hvis kj = 2 må der oplagres 128 værdier, med AG-trin på 3dB. Hvis kj = 3, må der oplagres 192 værdier og AG = 2dB, osv. Hvis k j = 4 er skaleringsfaktoren 2 * ^ for AG, dvs. AG på ca. l,5dB. Lagerkapacitetsbehov reducerer sig herved til 4 datasæt, hvert svarende til ng værdier af A^ med skalering på OdB, l,5dB, 3dB, 4,5dB, hvilket i det 2 5 ovenfor givne eksempel betyder en oplagring på 256 værdier.

Den momentane forstærkning G^ kan da udtrykkes ved:

Gk =Gkl +Gk2 =Zk (6dB> + Lk G>5dB) 3 0 med 0 < < 3.

For den inverse forstærkning gælder det at:

Ok’1 =Gk"* +0^-' = -Zk (6dB)-Lk (l,5db).

35 Fig. 4 viser et funktionsblok/signalforløb-diagram over en foretrukken udførelsesform for den i fig. 1 viste lager- og skaleringsenhed.

I lageret 7b er oplagret alle mulige na udgangsværdier A^, der kan forekomme på udgangen fra kvanti seringsenheden 5, hver skaleret med værdien 1, -AG, -2 . AG,....,-(kj - 1), AG. Med det foretrukne valg af AG på 1,5 dB har man de tilsvarende værdier af A^: ί 6 DK 176943 B1 5 -l,5dB . A5; -3dB , A5 og -4,5dB . A5. For en over udgangen på kvantiseringsenheden 5 forekommende momentan værdi til adresseringsindgangen E71, vil udgangen A^ afgive denne værdi, og med en første del af forstærkningsstyreordet GCW, over adresseringsindgangen , en til den momentane forstærkning svarende, med den inverse værdi -L^AG) skalerede værdi.

10 Med et forstærkninsstyreord GCW på 5 bit indsættes der, som angivet i [ ], ordets mindst betydende bit (LSB) med hvilken L^-værdierne 0,1,2, 3 adresseres.

Ved et sådant forstærknings styreord GCW på 5 bit føres de øvrige tre mest

betydende bit (MSB) til en skifteenhed 7c, hvorpå de fra lageret 7b aflæste tal, i relation til flydende komma, flyttes et antal pladser, hvilket antal angives over styreindgangen E

15 722'

For yderligere at forklare dette er der i fig. 5 eksempelvis vist den maksimale værdi i lageret 7b. Af fig. 5 fremgår det først, at der i lageret 7b er oplagret et ord på 21 bit, hvoraf

7 bit til venstre er fortegns-udvidelsesbit (VE), 8. bit er en fortegnsbit, bittene nr. 9 til 13 svarer til en værdi på udgangen A^ for Lj, = 0, og endelig bittene nr. 15 til nr. 21, der for L

2 0 k = 0 er fyldt med nuller. For = 0 er bitten nr, 14 konstant på 1, hvilket har specielt at gøre med den kvantiseringskarakteristik, der er vist i fig. 6. Som det fremgår af fig. 6 svarer denne kvantisering til relationen: m . Δ <x < (m-l-1). Δ _ y = (m+l/2), 25 hvor x betegner det analoge indgangssignal, Δ er et fast kvantiseringstrin, og y er den i enheder af kvantiseringstrinnet målte, digitale værdi. Herved far m kun heltallige værdier.

For Lj, forskellig fra nul gælder de ovenfor beskrevne betragtninger naturligvis ikke, men som tidligere forklaret er de skalerede værdier da oplagrede.

3 0 Med rammen Αη er det med forskydningsenheden 7c angivne ord defineret. Heraf fremgår det, at der ved styring over indgangen E 722 mcd eksempelvis endnu tre tilbageværende mindst betydende bit af 5 bit-forstærkningsstyreordet GCW afgives fra skifteregisteret 7b's udgang en værdi, der er forskudt én mulighed ud af otte, i relation til flydende komma GK. Forstsætter man nedefter, far man værdier, der hver gang reduceres 35 med -Z^ . 6dB. Med det beskrevne eksempel kan med forskydningsenheden 7c opnås en forstærkningskompensering på maksimalt 42dB (7.6dB).

For forskydningsenheden 7c drejer det sig fortrinsvis om et skifteregister 8, som det er vist i fig. 7, med opdeling på mellem 14 og 21 for det tilfælde, hvor der - som det er at foretrække - foretages seriel indlæsning i registeret.

4 0 Er = 0, indlæses fra 21 bit-ordet i lageret 7b, med 14 taktimpulser, de 14 » 7 DK 176943 B1 5 relevante bit i registeret 8. På udgangen Ay får man 14 bit-ordet svarende til A y -rammepositionen i fig. 5 for = O.

Er = 1 indlæses fra 21 bit-ordet i lageret 7b, med 15 taktimpulser, de 15 relevante bit i registeret 8, og de yderste til højre værende bit af 21 bit-ordet går tabt ved udgangen 8a. På udgangen Αη far man 14 bit-ordet svarende til Ay-rammepositionen i fig.

10 5 forZ^ = 1, osv.

I hvert enkelt tilfælde aflæses fra 21 bit-ordet efter den fjortende impuls, dvs. under den femtende impuls, kun fortegn-udvidelsesbit. Efter den fjortende taktimpuls er fortegnsbitten dog allerede i skifteregisterets MSB-lager. Derfor vil indholdet i MSB-trinnet fra den 15’nde taktimpuls - som vist i fig. 4c - hensigtsmæssigt ikke ændre sig, men kun ført 15 videre til de følgende trin i skifteregisteret. Herved kan også de syv fortegnsudvidelsesbit VE i lageret 7b falde bort, og lageret bliver 1/3-del mindre.

I det beskrevne eksempel, med en kvantiseringsenhed til 5 bit + fortegnsbit og med et 5 bit-forstærkninsstyreord GCW, vil der med de to LSB-bit fra GCW og kvantiseringsenhedens udgangsværdi som adresse udvælges i lageret 7b den tilsvarende 2 0 med -L^AG skalerede A^-værdi, og med forskydningsenheden 7c vil denne udvalgte værdi yderligere skaleres med -Z^ . 6dB i afhængighed af de tilbageværende MSB-bit fra GCW-ordet.

Den beskrevne analog-digital-bearbejdningsenhed egner sig i særdeleshed til bearbejdning af audiosignaler, især talesignaler. Hertil kan der inden for opfindelsens 2 5 ramme og som det beskrives nærmere nedenfor tilføjes den allerede beskrevne indretning, foran eller efter, et filter, hvorved det efterkoblede filter hhv. den valgte metode til digital filtrering kan udnyttes i sig selv eller til andre formål.

Fig. 8 viser principopbygningen af digital filteret ifølge opfindelsen. I den efterfølgende forklaring kommer vi ikke ind på beregningsteorien for digitale filtre, idet der 3 0 for sagkyndige findes en omfattende litteratur om emnet.

Som vist ved 20 tilføres det digitale signal, der skal filtreres, en lagerenhed 21 som vist med punkteret streg. Med et bestemt antal filterkoefficienter bj., der afhænger af det valgte filter, er der i lagerenheden 21 et tilsvarende antal lagertrin MQ - I hvert af lagertrinnene MQ - er alle mulige værdier af det tilførte digitale signal 20 - som antydet 35 vd P - oplagret på forhånd eller forudbestemt. Disse værdier skaleres med filterkoefficienten bø i trin MQ, filterkoefficienten bj i trin Mj, osv.

Udgangssignalerne fra lagertrinnene Mq - føres til en forsinkelseskreds 23, hvori der med en taktperiode Ta fra en taktgiver 24, der taktstyrer den digitale bearbejdning, meddeles udgangssignalet fra trin Mq en tidsforsinkelse på et antal k taktintervaller, og 4 0 signalet afgives over udgangen Ayyø.

8 DK 176943 B1 5 På tilsvarende måde forsinkes udgangssignalerne fra trinnene M j - M ^ .

Udgangssignalerne ffa forsinkelseskredsen 23 føres alle til en adder 25.

Med de digitale indgangsdata 20 opkaldes de til den pågældende værdi af indgangsdata svarende, oplagrede og med den tilhørende filterkoefficient skalerede værdier, der over forsinkelseskredsen 23 føres til adderen 25. På denne måde skabes der et 10 faselineært transversalfilter, der ikke kræver nogen dyr multiplikator.

Et sådant filter er yderst velegnet i kombination med den ovenfor beskrevne analog-digital-bearbejdningsenhed, hvilket uden videre fremgår af det foranstående, idet filteret ifølge opfindelsen, med delvis foroplagrede værdier svarende til de mulige værdier af det signal, der skal behandles, kan placeres på udgangssiden af nævnte 15 analog-digital-bearbcjdningsenhed såvel som på indgangssiden af filteret, som vist i fig. 8.

Fig, 9 viser et foretrukket udførelseseksempel på en analog-digital-bearbejdningsenhed for talesignaler, hvilken enhed i henhold til opfindelsen er en kombination af den i fig, 1 - 7 viste enhed med det i fig. 8 viste digitalfilter og med yderligere bestanddele.

20 Audiosignalet, især talesignal, føres via en mikrofon 30 til et højpasfilter 32 af første orden, med en grænsefrekvens på ca. 1kHz. Med dette filter vil talesignalets spektrum, der ved midten udviser en øgning i området omkring 500 Hz, gøres fladt, hvorved signal/kvantiseringsstøj-forholdet over hele båndbredden udlignes. Kompensering for den herved forekommende klangændring er mulig ved en efter analog-digi- 2 5 tal-bearbejdningsenheden følgende digital signalbearbejdning af i og for sig kendt art.

Der er ikke anbragt noget anti-aliasing-filter på indgangssiden af analog-digital-bearbejdningsenheden.

Fra udgangen på højpasfilteret 32 føres analogsignalet til forstærkeren 33, der i analogi med den ovenfor beskrevne forstærker 3 har en i 1,5dB-trin indstillelig forstærkning 30 G. Det forstærkede analogsignal føres til en kvantiseringsenhed 35 - analog med den ovenfor beskrevne kvantiseringsenhed 5, hvori der er ensretterkreds 34, en 5 bit-kvantiseringskreds 36, og i parallel hermed en fortegnsdetektor 37. Bortset fra fortegnsinformationen VZ over udgangen fra detektoren 37, vil udgangssignalet A36, analogt med det før omtalte udgangssignal A5, fra 5 bit-kvantiseringskredsen 36 føres 35 tilbage til forstærkeren 33 via en med den før omtalte tabel 10a analog forstærkningsændringstabel 40 over en her ikke vist lagerenhed, der er analog med den før omtalte enhed 9.

Forstærkningsdataene GCW, fortegnsinformationen VZ og udgangssignalet A^ fra kvantiseringsenheden 5 føres til en lager- og skaleringsenhed 42. Den er delt op i fire 4 0 lager- og skaleringssektioner Mq, M j , M^, M^. Som vist i fig. 4 - 7 og som forklaret under henvisning til fig. 5 - 7 og svarende til forklaringen af fig. 5 er sektionen Mq aflager- og 9 DK 176943 B1 5 skaleringsenheden 42 opbygget i 2’^-inkrementer og tillige skaleret med filterkoefficient b0.

Sektionen Mj er også opbygget som vist i fig. 4-7, dog er de i sektionen Ml oplagrede datasæt ikke skaleret med bø, som i sektionen Mq, men med filterkoefficienten b j. Tilsvarende forhold gælder for og Mj.

10 På udgangen af lager- og skaleringsenheden 42 fas der følgende til sektionerne Mq , Mj, M^ og Mj hørende digitale signaler:

Fra Mq: Øjebliksværdien over udgangen A-jq, styret af forstærkningsstyredataene GCW -svarende til den inverse, øjeblikkelige forstærkning i forstærkeren 33 - og skaleret med bø.

FraMj: Som for Mq, men skaleret med bj i stedet for bø.

15 Tilsvarende forhold gælder for og Mj.

Forstærkningen G er indstilbar i skridt på 1,5dB mellem 0 og 46,5dB, afstemt med 2‘^-skaleringen i Mq og dermed i Mj - Mj

Den i fig. 4 viste - se også fig. 7 - forskydningsenhed 7c, der er tilordnet disse sektioner, anvender ord på 14 bit. Valget af skalering og aflæsningen fra 2 0 forskydningsenheden 7b styres af forstærkningsstyreordet GCW.

For at undgå at skulle anvende et anti-aliasing-filter arbejder analog/digital-bearbejdningsenheden med en sampletakt på fortrinsvis 32 kHZ, og på udgangssiden af lager- og skaleringsenheden 42 findes der et digitalt lavpasfilter, der i princippet er udformet som vist i fig. 8. Dette filter er således indrettet, at signalkomposanter 25 på over 8 kHz dæmpes tilstrækkeligt, hvorved sampletakten uden at udvise forstyrrende aliasing-komposanter kan reduceres til 16 kHz. Endvidere er filteret således indrettet, at alle filterkoefficienter bk for alle lige værdier af k forskellig fra nul, forsvinder. Herved

mindskes prisen for udførelsen mærkbart. Der anvendes kun fire filterkoefficienter, nemlig: k = 0, +1, +3 og +5. Som tidligere nævnt er dataværdierne oplagret i sektionerne M

2q Q, Mj, Mj. Mj, skaleret, dvs. multipliceret med de nævnte, tilhørende filterkoefficienter.

For sagkyndige er det klart, at med den nævnte sampletakt på fortrinsvis 32 kHz vil lydkildens signalkomposanter på over 16 kHz foldes ned i frekvensområdet fra 0 - 16 kHz (aliasing-effekt). Det digitale lavpasfilter dæmper lydkildens signalkomposanter i frekvensområdet 8-16 kHz, ligesom enhver komposant i frekvensområdet 16-24 kHz 3 5 foldes i området 8-16 kHz. For indgangssignaler, der kun har forsvindende signalkomposanter op over 24 kHz, også for elektrisk konverterede akustiske signaler, undgås aliasing-effekten ved oversampling (fj = 32 kHz) og ved den afsluttende lavpas- filtrering, inklusiv reduktionen af sampletakten.

Digitalfilteret kan arbejde med den reducerede sampletakt på 16 kHz. Indretningen 40 af tidsforsinkelseskredsene 44, udformet svarende til det halve af den anvendte taktfrekvens 10 DK 176943 B1 5 1/2 fj, fremgår uden videre af fig. 6, med signalopdeling for og b ^ svarende til hver sektion. De forsinkede signaler Fq - F^, hvert for b^ og hvert fra en af sektionerne Mq -Mj, tilføres, som forklaret under henvisning til fig. 5, en adder 45, hvis udgang A45 i takt afgiver en digital værdi, nemlig udgangsværdien fra analog-digital-bearbejdningsenheden i henhold til opfindelsen.

10 15 20 25 30 35 40

Claims (20)

1. 5 PATENTKRAV
2. 1. Fremgangsmåde til digitalisering af et båndbegrænset analogsignal, kendetegn et ved, at det analoge signal (1) forstærkes (3) på styrbar måde, 10. at det forstærkede analoge signal digitaliseres (5) med et forudbestemt antal kvantiseringstrin, at forstærkningen (G) af det analoge signal (1) indstilles med det digitaliserede analoge signal således, at den tidsmæssige middelværdi af det digitaliserede analogsignals (A^) værdi reguleres mod en bør- værdi, 15. at alle mulige værdier af det digitaliserede analogsignal (A^) svarende til antallet af kvantiseringstrin forudlagres (7), og at den til det digitaliserede analoge signal (A^) svarende forudlagrede (7) signal forstærket med gældende forstærknings (G) inverse forstærkning (G"^) udlæses med med den på en given tid foreliggende digitaliserede analogsignal (A^) og den på en given tid 2. gældende forstærkning (G).
3. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsændringsværdier (AG) udlæses med det digitaliserede analoge signal (A<() og at bør-værdien forudbestemmes ved valg af ved hvilken værdi af det digitaliserede analoge signal (A^) et fortegnsskift af den udlæste forstærkningsændringsværdi (AG) udføres.
4. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendeteg n e t ved, at alle mulige værdier af det digitaliserede analogsignal (A^), under hensyntagen til den gældende forstærkning (G), forudlagres (P) med alle inverse værdier (G"*) af forstærkningen og adresseres (EypEyy) og udlæses med et på en given tid gældende digitaliseret analogt signal (A ^ ) såvel som et på en given tid gældende 3. forstærkningsstyreord (GCW),
5. 4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendete gn et ved, at ved hjælp af en gældende værdi af det digitaliserede analogsignal (A$) adresseres (Eyj) den tilsvarende oplagrede (7b) værdi og at den adresserede værdi, i det mindste delvis under hensyntagen til den gældende forstærkning (G), rykkes, i relation til flydende komma (GK), et antal pladser 3. angivet af mindst én faktor af den gældende forstærkningsværdi (GCW).
6. 5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at alle mulige værdier af det digitaliserede analogsignal (A^), hver skaleret med givne første, inverse forstærkningsfaktorer, forudlagres (7b), og, under hensyntagen til den gældende forstærkning, at en forudlagret værdi (Eyj, E yy ]) udlæses med en gældende værdi af det digitaliserede 4. analogsignal (A^) og en første faktor af den gældende forstærkningsstyreværdi (GCW) og 12 DK 176943 B1 5 at flydende komma (GK) skiftes et relativt antal pladser angivet (E^) af en yderligere faktor af den gældende forstærkningsværdi.
7. 6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1 - 5, k e n d e t e g n e t ved, at forstærkningen er indstilbar i trin svarende til en faktor ifølge basisværdien af den digitaliserede repræsentation af det digitaliserede analoge signal.
8. 7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, k e n d e t e g n e t ved, at trinnene underdeles yderligere, fortrinsvis i trin svarende til faktorer på ca. l,5dB, hhv. 2^.
9. 8. Analog-digital-bearbejdningsenhed med en forstærkerenhed (3), der far tilført det analoge signal (1), og hvis forstærkning (G) er indstilbar i trin (GQ - Gn, ΔΟ), 15. en efter forstærkerenheden (3) koblet analog-digital-kvantiseringsenhed (5), en efter analog-digital-kvantiseringsenheden (5) koblet lager- og skaleringsenhed ¢7), hvor: kvantiseringsenhedens (A ^) udgang over en sammenligningsenhed (10) med 20 henblik på regulering er koblet tilbage til en forstærkningsstyreindgang (9) på forstærkerenheden (3), udgangen på kvanti seringsenheden (5) og udgangen på sammenligningsenheden (10) virker over styreindgange (Eyj, E^) på lager- og skaleringsenheden (7).
10. 9. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 8, k e n 25 detegnet ved, at sammenligningsenheden (10) omfatter et tabellager (10a), hvis indgangsside får tilført i det mindste den numeriske værdi af det digitaliserede analoge signal ffa udgangen (A^) på kvantiseringsenheden (5), og som på udgangssiden virker på forstærkningsstyreindgangen (9).
11. 10. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, 3. at lager- og skaleringsenheden omfatter en lagerindretning (7a, 11 , 15) og at såvel udgangen på kvantiseringsenheden (5,35) og udgangen på sammenligningsenheden (10a) virker på adresseindgange (Ε-^,Ε^) på lagerindretningen (7a, 11χ, 15).
12. 11. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at lager- og skaleringsenheden (7) omfatter en lagerindretning (7b) og en enhed (7c), der er 35 koblet efter lagerindretningen (7b), og som virker som skifteregister, og at udgangen på kvantiseringsenheden (5) er ført til adresseindgange (Eyj) på lagerindretningen (7b) og i det mindste en del af udgangene fra sammenligningsenheden (10a) er ført til styreindgange (E 722) Pa den skifteregister virkende enhed (7c), og fortrinsvis en yderligere del af udgangene fra sammenligningsenheden (10a) er ført til adresseindgange (E^j) på lagerindretningen 4 0 (7b). V 13 DK 176943 B1
13. 12. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 11,kendetegnet ved, at indretningen (7c) indbefatter et skifteregister (8), der fortrinsvis indlæses serielt fra lagerindretningen (7b), og at registertrinnene (MSB) på indgangssiden kan kobles om over deres indgang efter et forudbestemt antal indlæsecyklus'er.
14. 13. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 9, kendetegnet ved, at 10 udgangsordet (A ^ ) fra kvantiseringsenheden (5) over sammenligningsenheden (10) indvirker med positive og negative forstærkningsændringer (AG) på forstærkningsstyreindgangen (9).
15. 14. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge ethvert af kravene 8-12, kendetegn e t ved, at den digitale bearbejdning foregår i binær form, og at forstærkningen (G) er 15 inddelt i trin på 2^, svarende i det væsentlige til l,5dB.
16. 15. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge ethvert af kravene 8-14, til bearbejdning af båndbegrænsede analoge signaler, især talesignaler, kendetegnet ved, at kvantiseringsenheden (5,35) er en 6 bit-kvantiseringsenhed, inklusive et fortegnsbit, der fortrinsvis omfatter en 5 bit-kvantiseringsenhed (5) koblet efter en numerisk-værdi-giver 20 (34) samt en fortegnsdetektor (37).
17. 16. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 15, kendetegnet ved, at den digitale bearbejdning foregår med en taktfrekvens, der er højre end den dobbelte grænsefrekvens for det analoge signal, fortrinsvis ca. den firdobbelte frekvens.
18. 17. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge ethvert af kravene 8-16, kendetegn 25 et ved, at der foran forstærkerenheden (33) er koblet et højpasfilter (32), til bearbejdning af talesignaler, fortrinsvis et filter af første orden med en grænsefrekvens på ca. 1 kHz.
19. 18. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge ethvert af kravene 8-17, kendetegn e t ved, at der efter lager- og skaleringsenheden (42) er koblet et digitalt lavpasfilter (44,45). 3 0 19. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 18,kendetegnet ved, at den omfatter flere lager- og skaleringsenheder (MQ, Mj, ...), hvor de forudlagrede værdier skaleres med filterkoefficienteme (b^), og at udgangene fra lager- og skaleringsenhedeme specifikt over tidsforsinkelseskredse (44) tilføres en adder (45) med henblik på dannelse af digitalfilteret.
20. 20. Analog-digital-bearbejdningsenhed ifølge krav 19, kendetegnet ved, at digitalfilteret drives med en lavere frekvens end den foran koblede bearbejdningsenhed, fortrinsvis den halve frekvens. 40