FI91466C - Näytteistetyn datan äänensävynsäätöjärjestelmä - Google Patents

Description

i 91466 Nåytteistetyn datan åånensåvynsååtdjårjestelmå Tåmå keksintd liittyy diskanttisååtdpiiriin naytteistetyn datan audiosignaaleissa.

5 Youhimutsu Hirata on kuvannut, naytteistetyn datan diskanttisååtdpiirin lehdesså Wireless World, syyskuu 1982, ss 77-79. Tåhån diskanttisaatdpiiriin kuuluu såådettåvån åårellisen impulssivastesuodattimen, kertojan, såådettåvån åårettåmån impulssivastesuodattimen ja toisen kerto-10 jan kaskadikytkentå. Kumpaankin kahdesta suodattimesta kuuluu lisåksi kertojaelin, joten suodattimien ja kerto-jien kaskadikytkentå diskanttisååddsså sisåltåå kaiken kaikkiaan neljå kertojaa.

Digitaaliset kertojat tahtovat olla verrattain mo-15 nimutkaisia ja kalliita piirielimiå. Analogiakertojat tahtovat olla låmpStila- ja teholåhdeherkkiå ja vaativat nåin olien merkittåvån kompensaatiopiirin stabiilisuuden var-mistamiseksi. Nåin olien sekå analogisessa ettå digitaa-lisessa diskanttisååtttpiirisså on toivottavaa våhentåå 20 vaadittavien kertojien lukumååråå.

Esilla oleva keksintb on nåytteistetyn datan åånen-såvynsååtSå, jolla saadaan diskantin vahvistus ja leikkaus ja johon kuuluu kertojapiiri. XånensåvynsååtOjårjestelmåån kuuluu tuloliittimen, ensimmåinen signaalin summauspiirin, 25 toinen signaalin summauspiirin ja jårjestelmån låhtdliit-timen kaskadikytkentå. Tulosignaalit yhdistetåån våhentå-en toisen summauspiirin låhddn kanssa ja suodatetaan. Suo-datettu erosignaali kytketåån vastaaviin ensimmåisen ja toisen summauspiirin tuloliittimiin.

30 Kuvio 1 ja 2 ovat lohkokaavioita åånensåvysååtfipii- reistå, jotka sisåltåvåt keksinndn toteutuksen.

Kuvio 3 on aaltomuoto-ajoituskaavio, jolla voidaan kuvata kuviossa 2 esitettyå toteutusta.

Kuvio 4 on kåyrå, joka esittåå kuvioiden 1 ja 2 35 piirien siirtofunktiota.

2

Keksintd kuvataan digitaalisten signaalien ja digi-taalisen laitteiston kSsitteilla, mutta sita voidaan sovel-taa my6s analogisiin nåytteistettyihin signaaleihin, esi-merkiksi kayttåmallS varauksensiirtoviivelinjoja muisti-5 elimina seka tunnettuja suxranauspiirejå ja kertojia. Ku-

vioissa piirielimia yhdistSvSt leveat nuolet edustavat mo-nibittisiS rinnakkaiskytkentdja ja kapeat nuolet edustavat yksittaisia johtimia. Kuviossa 1 esitetty piiri on yleisem-pi aanensavynsaatStoteutus ja kuviossa 2 esitetty piiri on 10 sarjabittinen digitaalinen toteutus. Molemmat toteutukset noudattavat siirtofunktiota H(Z), jota kuvaa yhtaiS

H (Z) = Λ+(Ζ-1)/(1+1/Α)Κ//Λ+(Ζ-1)/(1+Α)Κ7 (1) 15 missa Z on tavanomainen Z-muunnoksen muuttuja, A on saatS-muuttuja ja K skalaarivakio. Kun A on arvoltaan 1, siirto-funktion napa ja nollakohta yhtyvat ja vaste on tasainen.

3 dB:n pisteet fp, fQ navalle ja nollakohdalle A ollessa 1 måarittaa naytteistystaajuus f seka skalaari K, ja nii-20 ta voidaan aproksimoida fp# fQ ^Kfs/JT ; K<1 (2)

Kun A on arvoltaan eri suuri kuin 1 25 f Λ/ fs(l+A)K/2jT (3) f0 fs (1+A) K/2i)*A (4) 30 A arvon kasvaessa napataajuus kasvaa ja nollataajuus pie-nenee ja pain vastoin. Taten aanensavynsaatd saadaan aikaan muuttamalla navan ja nollakohdan paikkoja saatamaiia saa-tdmuuttujaa A. T3ma tuottaa kuviossa 4 esitetyt toivotut vastekayrat, missa kayraperheen kayrat maaråa saatdmuuttu-35 ja A. Diskantin vahvistus ja leikkaus saadaan aikaan vas- 91466 3 taavalla A:N ykkBstå suuremmalla tai pienemmållå arvolla. Suurilla taajuuksilla taajuusvaste H(f) suppenee muotoon H(f) = (1+A)/(1+1/A) = A; K/T<f<l/T (5) 5 misså T on nåytteistystaajuuden jaksonaika.

Tarkastellaan kuviota 1, taajuudeltaan fg (esimer-kiksi 44 kHz) olevat audionåytteet tuodaan våylåån 10 ja kytketåån suxnmaajan 20 yhteen tuloveråjåån ja våhentåjån 10 32 våhennettåvå-tuloveråjåån. Sumxnaajan 20 synnyttamat låh- tBsummat kytketåån kertojan 22 signaalituloveråjåån. Tulot A kertaa suiranat kytketåån suiranaajan 24 yhteen tuloveråjåån, joka suxnmaaja antaa åånensåvynsååtBjårjestelmån låhtBsig- naalin vaylållå 25.

15 Suiranaajan 24 låhtBsignaali kytketåån våhentåjån 32 våhentåjåtuloon, joka våhentåjå kehittåå nåytteitå, jotka vastaavat vallitsevan tulon ja låhtBsignaalien vfilisiå ero-ja. Eronåytteet kytketåån rekursiiviseen suodattimeen, jo-hon kuuluu sununaimen 30 ja yhden nåytejakson viive-elimen 20 28 sarjakytkentå, jonka låhtB kytketty summaimen 30 toi- seen tuloon. Suodatin integroi erot siirtofunktion F(Z) mu-kaan, misså F(Z) = 1/ (Z-l) (6) 25

Viive-elimen 28 låhtB on kytketty painotuspiiriin 26, joka painottaa eli skaalaa suodatetut erot valiotekijållå K.

Painotuselin 26 voi olla tavanomainen siirto-summaus ker-

toja. Vaihtoehtoisesti, mikåli tekijån K arvoksi valitaan —N

30 s (N kokonaisluku), painotuselin 26 voi olla kiinteå bit-tisiirtajå, joka siirtåå suodatettujen erojen bittejå vå-hemmån merkityksellisiin bittipaikkoihin. Elimestå 26 tu-levat painotetut nåytteet muodostavat takaisinsyBttB-sig-naalin, joka kytketSån summaajien 20 ja 24 toisiin tulove-35 råjiin.

4

Kuvion 2 jårjestelmån voidaan osoittaa tuottavan yhtåldn (1) mukainen siirtofunktio seuraavasti. Olkoot tu-lo ja låhtdnåytteet vastaavasti X ja Y. Våhentåjån 32 låh-t6 on (X-Y). Viive-elimen 28 lMhtd on (X—Y)/(Z—1). TatS ar-5 voa painotetaan tekijallå K ja kytketaan sitten summaa-jaan 20, joka tuottaa summan X+K(X-Y)/(Z-l). Summaajan 20 låhtd kerrotaan A:11a kertojassa 22 ja kytketaan summaa-jaan 24, joka tuottaa låhdon Y

10 Y = (X+K(X-Y)/(Z-l)A + K(X-Y)/(Z-1) (7) eli Y = AX + (1+A)K(X-Y)/(Z-l). (8)

Keraåmallå tekijåt ja ratkaisemalla X/Y 15 Y/X = Η (Z) = A+(Z-1)/1+1/A)K//A+(Z-1) / (1+A)K7 (9) joka on sama kuin yhtåld (1).

SåatSarvot A, eli sååtdarvoja A vastaavat saatdsig-20 naalit tasaisesti kasvavan/våhenevan signaalin vahvistuk-sen tai pienennyksen synnyttåmiseksi, voidaan synnyttaa kSyttMmålla ylds/alas- laskuria ja hakutaulukkoa (ROM). Kuviossa 1 naytteistyskellon taajuus F jaetaan jakajas-sa 44 esimerkiksi taajuuteen 3 hertsiå. Tama signaali kyt-25 ketaan AND-verSjiin 36 ja 38, jotka toimivat vastaavien kytkinten 42 ja 40 sulkeutumisen mukaan. Toimiessaan AND-veråjat 36 ja 38 kytkevåt kellosignaalin joko alas-kel-lotuloon D tai ylds-kellostuloon U ylos/alas-laskurin saat-tamiseksi lisaamaan tai vShentåmaån lahtdarvoaan. Lasku-30 rin 34 låhtd kytketåån ROMin 35 osoitetuloveråjaan, joka ROM on ohjelmoitu antamaan ennaltamaarattyjS arvoja vas-taaville osoitetuloarvoille. Nama arvot voidaan valita an-tamaan joko lineaariset tai logaritmiset askelet saåtoar-voille A.

35 Jårjestelmån piirielimien luontaisten prosessointi- 91466 5 viiveitten, jotka riippuvat naytteistystaajuudesta, vuok-si saattaa olla vålttåmatOnta sisallyttaå kompensoivia vii-ve-elimiå jarjestelmSan. Piirisuunnittelun alaa tunteva nakee helposti, missa tallaisia viiveitå tarvitaan ja voi 5 lisåtS ne.

Kuvion 2 sarjabittitoteutus prosessoi kahden komp-lementtisia binMårisiM nSytteitcl, joidenka våhiten merkit-sevåt bitit, LSB:t, peråkkSisisså nåytteisså esiintyvat ajallisesti ensimmåisinå ja merkkibitit viimeisinå. Esi-10 merkissM nåytteiden oletetaan olevan 20 bittiå leveitå.

Jårjestelmaån kuuluu merkin laajennus siirtorekisterit SXSR:T, joihin kuuluu lahtSaste, joka toimii XND:llå mer-kityn såStSsignaalin mukaan, ja jotka toistavat rekiste-rin bittilahdSn, joka esiintyi valittSmåsti ennen XND-sig-15 naalin muutosta. Signaali XND, kuvio 3, on ajoitettu nap-paamaan ja toistamaan kunkin naytteen merkkibitti sen esiintymisestS nSytejakson loppuun saakka. Merkin laajen-nustoiminto voidaan toteuttaa låpinSkyvalla salvalla (esim. SN74LS373), joka kytketSSn sarjaan tavanomaisen sarjabit-20 tisiirtorekisterin kanssa.

Kuvioon 2 kuuluu kertoja 58, joka voidaan esimer-kiksi rakentaa kåyttåmållå 74LS384 sarja/rinnakkais ker-tojaa, Texas Instruments Inc., Dallas, Texas. TSmS on (M x 8) -bittikertoja, missS M on sarjakertojabittien lu-25 kumaåra ja numero 8 vastaa kahdeksaa rinnakkaista kerrot-tavaa bittiå. Lahtbtulot ovat M+8 bittiS leveita.

Kuviossa 2 esitetyssa esimerkkipiirissa rinnakkais-tuloon tuodulla kahdeksan bittisellå sSatemuuttujalla oletetaan olevan binaåripiste neljannen ja viidennen bitti-30 paikan vålillå joten sååt6muuttuja arvoalue on 1/16 - 15.

Tåmå antaa vahvistus- ja leikkausalueen n + 24 dB. Koska binaaripiste sijaitsee kerrottavan neljannen ja viidennen bitin vålissS, kertojan antamat tulot kasvavat tekijSlla 25 (olettaen yhden bitin prosessointiviiveen kertojassa).

35 Tåman tekijan kompensoimiseksi kertojaan liitetaan viiden 6 bittijakson pituinen viive.

Tåmån lisåksi piiriin kuuluu sununaajia ja våhentå-jia joista kullakin oletetaan olevan yhden nåytebittijakson pituinen luontainen prosessointiviive.

5 Lopuksi, kuvion 2 toteutus ei sisållå erillistå painotuselintå eronåytteiden painottamiseksi tekijållå K. Sarjabittinåytteitå voidaan kuitenkin painottaa 2 :n teki-jdillå viivåståmållå tai siirtåmållå eteenpåin sarjabitti-nåytteitå bittiviiveitten kokonaislukumonikertojen verran, 10 mikå kåytånnosså siirtaå naytebitteja enemmån tai vahem-mån merkitseviin paikkoihin. Kuvion 2 jårjestelmåsså pai-notus tekijållå K suoritetaan tållå tavoin.

Tarkastellaan kuvioita 2 ja 3, prosessoitavat nåyt-teet tuodaan liittimeen 50 nåytetaajuudella, jonka mååråå 15 signaali Fg ja nåytebittitaajuudella, jonka mååråå kuvios-sa 3 esitetty jårjestelmåkello Φ . 20-bittiset nåytteet la-dataan SXSR:n 52 kellon CLOCK 20 mukaan, joka antaa kahden-kymmenen pulssin purskeita pulssien taajuuden ollessa ¢5

S

-kellotaajuus. Nåytejakson alussa SXSR:sså parhaillaan ole- 20 va nåyte kellotetaan ulos rekisteristå ja kytketåån sum- maajaan 74 ja kompensoivaan viiverekisteriin 54, joka vii- våståå nåytettå neljållå bittijaksolla. Viiverekisterin 54 låht6 kytketåån summaajan 56 yhteen tuloliittimeen. SXSR:n 68 låhtd (joka vastaa viive-elintå 28 kuviossa 1) kytke- 25 tåån summaajan 56 toiseen tuloliittimeen. Viiverekisterin 54 sijoituksen vuoksi SXSRrstå 68 tulevat nåytteet saapu- vat summaajaan 56 4 bittijaksoa aikaisemmin kuin SXRSrstå 52 tulevat. Tåmå saa aikaan SXSR:stå 68 tuleviin nåyttei- -4 siin skaalauksen tekijållå 2 , eli 1/16, verrattuna 30 SXSR:stå 52 tuleviin nåytteisiin ja vastaa SXSR:stå 68 tu-levien nåytteiden painotusta tekijållå K.

Summaajasta 56 tulevat nåytesummat kytketåån sar-ja/rinnakkaiskertojan 58 sarjatuloliittimeen, joka kertoo nåmå nåytteet sååtomuuttujalla A. Kertojan 58 tuottamat 35 tulot kytketåån summaajaan 60, jonka låhtd on kytketty 91466 7 kompensoivaan viiverekisteriin 62, joka viivåståa tuloja seitsemSllå nSytebittijaksolla.

Viiverekisterin 62 laht6 kytketåån vShentSjSn 70 vShentSjStuloliittimeen. VShentSjSn 70 vShennettSvS-tulo 5 kytketåån summaajan 74 lahtSCn kompensoivan viiverekisterin 72 kautta, joka antaa 17 nåytebittijakson pituisen vii-veen. Rekisteri 72 on mukana, jotta molempien signaalitei-den (elimet 74, 72 ja elimet 54, 56, 58, 60, 62) SXSRsstS 52 vahentåjan 52 vastaaviin tuloliittimiin viiveet olisi-10 vat yhtåsuuret niin, ettS våhentajåån 70 tuodun vShentSjSn ja vahennettavån binaaripisteet olisivat kohdistetut.

VShentSjSn 70 låhtd on kytketty SXSRsn 68 tuloon, joka aiheuttaa yhden naytejakson pituisen viiveen vShen-tåjSn 70 antamiin eroihin. SXSRsn 68 lahtS on kytketty sum-15 maajan 74 toiseen tuloon. Mikåli SXSRistå 52 ja viivere-kisteristå 62 tulevia låhtSnSytteita merkitaSn vastaavas-ti X ja Y, SXSR:n 68 IShdbn voidaan osoittaa olevan (X-Y)/ (Z—1), mika on sama kuin viive-elimen 28 IShtS kuviossa 1, vaikka kuviossa 2 sununaaja 74 ja våhentSjå 70 ovat hieman 20 eri tavalla sijoitettu kuin vastaavat summaaja 30 vShentå-jå 32 kuviossa 1.

SXSRsn 68 lahtd kytketaSn summaajan 60 toiseen tu-loliittimeen kompensoivan viiverekisterin 66 kautta, joka antaa kuuden naytebittijakson pituisen viiveen.

25 Rekisterin 66 antama viive tehdSan yhtasuureksi kuin efektiivinen viive summaajan 56 tuloliittimien ja summaajan 60 tuloliittimien vålilla (elimet 56 ja 58) niin, etta SXSRssta 68 summaajaan 56 ja summaajaan 60 viedyt naytteet tulevat skaalatuksi samalla tekijållå. Summaaja 30 56 aiheuttaa yhden nSytebittijakson viiveen ja kertoja 58 aiheuttaa viiden nSytebittijakson efektiivisen viiveen, yhteensa kuusi nSytebittijaksoa, joka on yhta suuri kuin rekisterin 66 viive. Kuvion 2 jarjestelma, jossa rekiste-rit 54 ja 66 antavat neljån ja kuuden naytebittijakson 35 viiveet, on kuvion 1 jSrjestelman sarjabittivastine pai- 8 notustekijån K ollessa 1/16.

Jotta låhtdnåytteet voitaisiin oikein kohdistaa ajoituksen suhteen, viiverekisteristå 62 tulevat nåytteet viedåån SXSRiåån 64, johon kuuluu 21 astetta. SXSRsåå 64 5 kellottaa CLOCK 39 (kuvio 3), joka antaa kellon é 39:n

S

pulssin rySppyja. Nåytejakson lopussa SXSR:stå 52 tuleva prosessoitu nåyte tulee ladata SXSR:n 64 20 LSB-paikkaan. SXSR:n 52 merkitsevimpien bittien (MSB) prosessointiviiveet mukaan lukien SXSRzsså 52 on 20 bittiviivettå, 4 bittivii-10 vettå rekisterisså 54, 1 bittiviive summaajassa 56, 5 bittiviivettå kertojassa 58, 1 bittiviive summaajassa 60, 7 bittiviivettå rekisterisså 62 ja 1 bittiviive SXSR:sså 64, yhteenså 39 bittiviivettå. Nåin olien SXSR:åå 64 tåytyy kellottaa kaiken kaikkiaan 39 bittijaksoa. On huomattava, 15 ettå summaajasta 60 tulevat nåytteet voivat itse asiassa olla 29 bittiå leveitå, mutta LSB:t oleellisesti poistu-vat SXSR:ån 64 lopusta, koska SXSR 64 on merkin laajennus-rekisteri.

SXSR:åå 68 kellotetaan 39 pulssin ryåpyillå (CLOCK 20 39) samasta syystå kuin SXSRzåå 64 kellotetaan 39:llå pulssilla. CLOCK 20:n ja CLOCK 39:n ajoitussuhde on esi-tetty kuviossa 3.

Claims (10)

91466 9

1. Nåytteistetyn datan SånensavynsååtSjårjestelmå, muodostuu: 5 jårjestelmån tuloliittimesta (10) tulonåytteiden tuomiseksi, ja IShtdIiittimestS (25) josta lahtSnåytteet saadaan: valineistS (23, 34, 35, 36, 38, 40, 42, 44) såatG-muuttujan A tuomiseksi; tunnettu 10 valineistS (26, 28, 30, 32) kytkettyna jMrjestel- man tuloliittimeen (10) ja lahtdliittimeen (25) tulo- ja lahtdnaytteiden yhdistamiseksi vahentamaiia ja yhdistetty-jen naytteiden integroimiseksi takaisinsyGttGnaytteiden muodostamiseksi; ja 15 vålineistå (20, 22, 24) kytkettyna jårjestelmån tuloliittimeen (10) , takaisinsyGttGnåytteet antaviin va-lineisiin (26, 28, 30, 32) ja saatGmuuttujan A tuoviin v3-lineisiin (23, 34, 35, 36, 38, 40, 42, 44), tulonayttei-den ja takaisinsyGttGnaytteiden yhdistamiseksi suhteessa 20 A:l+A lahtGnåytteiden tuottamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jarjestelma, tunnettu siita, etta yhdistMmisvaiineet (20, 22, 24, 26) sisSltåvSt ensimmaisten signaalisummausvaiineitten (20) , ker-25 tojaelimen (22) ja toisten signaalisummausvaiineiden (24) kas-kadikytkennan kytkettyna tulo- ja lahtGliittimen vaiiin mainitussa jarjestyksessa, ja missa kertojaelimeen kuuluu saatGtuloliitin aanensavynsaatGsignaalien tuomiseksi; ja takaisinsyGttOsignaalit tuottaviin vaiineisiin (26, 28, 30 30, 32) kuuluu vahentavat signaalin yhdistamisvaiineet (32) kytkettyna tulo- (10) ja lahtO- (25) liitinten vaiiin sig-naalierojen tuottamiseksi; ja suodatinvaiineet (28, 30), joidenka tulo on kyt-35 ketty vahentaviin signaalin yhdiståmisvaiineisiin ja iah- 10 t5 kytketty ensimmåisiin ja toisiin signaalinsummausvSli-neisiln.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jSrjestelmS, tunnettu siitS, ettS suodatinvålineet ovat tyy- 5 piltSSn SSrettSmSn impulssivasteen suodatin.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jSrjestelmS, tunnettu siita, ettS suodatinvålineet muodostiivat; lisSsummausvSlineistS (30), joidenka ensimmSinen tuloliitin on kytketty vShentSviin signaalin yhdistSmis-10 vSlineisiin ja joilla on toinen tuloliitin ja låhtSliitin; viive-elimestS (28), jonka tulo- ja lShtdliittimet on kytketty vastaavasti lisSsummausvSlineitten (30) låhtQ-ja toiseen tuloliittimeen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jSrjestelmS, 15 tunnettu siita, ettS suodatinvålineet edelleen muodostuvat vMlineista (26) viive-elimen tuottamien signaa-lien painottamiseksi·

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jarjestelmS, tunnettu siitS, etta jarjestelma prosessoi digi- 20 taalisia signaalinSytteita ja painotusvalineet (26) muodostuvat vSlineistS digitaalisten signaalinaytteiden bit-tien merkityksen muuttamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jSrjestelma, tunnettu siitS, etta takaisinsydttSsignaalit tuot- 25 taviin valineisiin (26, 28, 30, 32) kuuluu vSlineet (32) kytkettyna jarjestelman tulo- (10) ja jarjestelmSn lShtd- (25) liittimiin tulo- ja lahtdsignaalien yhdistamiseksi vahentaen, ja valineet (28, 30) yhdistettyjen signaalien prosessoimiseksi siirtofunktion 1/(Z-1) mukaan takaisin-30 syOttosignaalin muodostamiseksi, missa Z on tavanomainen Z-muunnos muuttuja.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jarjestelmS, tunnettu siitS, ettS takaisinsydttdsignaalin tuot-taviin vSlineisiin kuuluvat vSlineet (26) siirtofunktion 35 prosessoiman signaalin painottamiseksi vakiolla. 11 91466

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jårjestelma, tunnettu siita, ettS takaisinsySttOsignaalin muo-dostaviin valineisiin kuuluu: vShentaja (32), jolla on IShtSliitin ja jonka va-5 hennettMva- ja våhentåja-tuloliittimet ovat vastaavasti kytketty jarjestelmSn tulo- ja lMht81iittimiin; yhden nSytejakson viive-elin (28), jolla on tulo-ja lSht81iittimet; summaaja (30), jonka ensimmainen ja toinen tulo-10 liitin on kytketty vastaavasti våhentåjån ja viive-elimen lahtoliittimiin, ja jonka lahtSliitin on kytketty viive-elimen tuloliittimeen.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen jårjestelmå, tunnettu siita, etta takaisinsy8tt8signaalin tuot- 15 taviin valineisiin edelleen kuuluvat vSlineet (26) viive-elimen låhd8ssM tuotetun signaalin painottamiseksi; kun signaalin painotusvalineet muodostuvat vålineistå, joil-la muutetaan digitaalisten signaalinåytteiden bittien mer-kitsevyyttå. 12