NL8902368A - Inrichting voor het reduceren van de bit-rate van een pcm signaal ten behoeve van videotransmissie. - Google Patents

Description

Inrichting voor het reduceren van de bit-rate van een PCM signaal ten behoeve van videotransmissie.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omvormen van een PCM ingangssignaal met een uniform ruisspectrum, bestaande uit een reeks digitale woorden van elk K-bits optredend met een voorafbepaalde herhalingsfreguentie, in een PCM uitgangssignaal met een niet-uniform ruisspectrum, bestaande uit een reeks digitale woorden van elk L-bits, waarbij L kleiner is dan K, welke inrichting voorzien is van tenminste een 1-bit codeereenheid, die zodanig is uitgevoerd dat een geprofileerd ruisvermogensdichtheidsverdeling wordt verkregen en waarmee de K-L laagstwaardige bits van elk woord uit het ingangssignaal worden omgevormd tot een reeks van 1-bit woorden en een sommator waarmee de genoemde 1-bit woorden gecombineerd worden met de L hoogstwaardige bits resulterend in het gewenste PCM uitgangssignaal.

Een dergelijke inrichting is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift US-A-4 006 475. Deze octrooipublikatie beschrijft in feite een verdere ontwikkeling van de inrichting als beschreven in US-A-4 467 316. In beide bekende inrichtingen wordt gebruik gemaakt van "oversampling" doordat de frequentie waarmee de K-L laagstwaardige bits van elk woord uit het ingangssignaal worden omgevormd vele malen hoger is dan de herhalingsfreguentie waarmee de woorden in het PCM ingangssignaal optreden.

In de inrichting, beschreven in US-A-4 467 316 wordt gebruik gemaakt van een eerste orde filter in de codeereenheid waarmee wordt bereikt dat er een niet-uniform ruisspectrum in het uitgangssignaal ontstaat. In het bijzonder wordt een verschuiving teweeg gebracht van het lagerfrequente deel naar het hogerfrequente deel van het spectrum met als resultaat dat per saldo, na het uitfilteren van de basisband (de band waarin zich de gewenste nuttige signaaldelen bevinden) aan de uitgang van de inrichting met behulp van een geschikt filter, de signaal-ruis-verhouding in de basisband is verbeterd. Gebleken is echter dat deze verbetering ten koste gaat van extra oscillaties in het uitgangssignaal.

Een verdere ontwikkeling is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift US-A-4 593 271. De daarin beschreven inrichting is naast de al genoemde 1-bit codeereenheid voorzien van een tweede 1-bit codeereenheid die gebruikt wordt voor het coderen van de restwaardewoorden die afgegeven worden door de eerste 1-bit codeereenheid. De resulterende reeks van 1-bit woorden wordt na differentiatie in een daartoe geschikte schakeling gecombineerd met de signaalreeks aan de uitgang van de eerste sommator en vervolgens door een filter gevoerd om de gewenste basisband uit te filteren. Evenals de eerste 1-bit codeereenheid werkt in deze configuratie ook de tweede 1-bit codeereenheid op een frequentie die een veelvoud is van de herhalingsfrequentie in het PCM ingangssignaal.

Uit metingen is gebleken dat met behulp van een dergelijke cascade-schakeling een beter resultaat kan worden bereikt dan met de uitvoering voorzien van een enkele 1-bit codeereenheid zoals beschreven is in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift US-A-4 467 316 zonder al te veel bijkomende andere nadelen. De cascade-schakeling resulteert volgens metingen in een profilering van de kwantisatieruis met een spectrum dat een verloop vertoont van +12 dB/octaaf.

Alle bekende inrichtingen zijn uiteindelijk bestemd om het inkomende PCM-signaal om te vormen tot een analoog uitgangssignaal, in het bijzonder een audiosignaal. Worden in het PCM-ingangssignaal woorden met een relatief groot aantal bits toegepast dan zou voor de omvorming van een dergelijk signaal een D/A-omvormer met een relatief groot aantal discrete niveaus nodig zijn. Dergelijke omvormers zijn moeilijk te realiseren. Door gebruik te maken van de bovenbeschreven inrichtingen ontstaan woorden met veel minder bits (weliswaar optredend met een veel hogere herhalingsfrequentie dan in het oorspronkelijke PCM-signaal) die met een relatief eenvoudige D/A-omvormer kunnen worden omgevormd tot een analoog uitgangssignaal.

In al deze bekende inrichtingen wordt consequent gebruik gemaakt van oversampling, teneinde de informatie, die opgeslagen was in die binaire niveaus die in het uitgangssignaal niet meer voorkomen, toch, zij het op een andere wijze, aan de D/A-omvormer te kunnen aanbieden.

Dat leidt er toe dat ook bij een relatief lage herhalingsfrequentie in het PCM ingangssignaal zeer hoge schakelfrequenties binnen de inrichting zelf kunnen optreden. In US-A-4 467 316 wordt in kolom 2 regels 45-49 gewezen op een PCM audiosysteem werkend met een 16 bit omvormer en een bemonsteringsfrequentie van 50 kHz. Vanwege de toegepaste oversampling zijn er in de accumulator frequenties in het GigaHertzgebied nodig. In het voorbeeld in kolom 7 regel 30 wordt voor een andere uitvoeringsvorm gewezen op een schakelfrequentie van 204,8 MHz. Al deze hogere frequenties, die boven de uiteindelijk gewenste basisband (waarin het gewenste audiosignaal zich bevindt) liggen, worden door een laag doorlatend filter aan de uitgang uitgefilterd.

Deze relatief hoge schakelfrequenties hebben tot nu toe een duidelijke belemmering gevormd voor toepassing van dergelijke technieken bij videosignalen. Wordt voor een videosignaal uitgegaan van de internationaal gestandaardiseerde bemonsteringsfrequentie van 13,5 MHz en wordt uitgegaan van woorden van 8 bit dan zal vanwege de oversampling al gauw een schakelfrequentie van enige tientallen GHz nodig zijn om dit signaal met behulp van een van de bekende inrichtingen om te vormen.

De uitvinding heeft nu ten doel aan te geven op welke wijze in het bijzonder ten behoeve van videotransmissie met voordeel gebruik kan worden gemaakt van 1-bit codeereenheden voor het bewerken van een PGM videoingangssignaal op zodanige wijze dat een vermindering van de benodigde transmissiebandbreedte kan worden gerealiseerd met behoud van een aanvaardbare perceptiekwaliteit en zonder dat zeer hoge schakelfrequenties toegepast moeten worden.

Aan deze doelstelling wordt volgens de uitvinding voldaan door een inrichting voor het omvormen van een PCM ingangssignaal met een uniform ruisspectrum, bestaande uit een reeks digitale woorden van elk K-bits optredend met een voorafbepaalde herhalingsfrequentie, in een PCM uitgangssignaal met een niet-uniform ruisspectrum, bestaande uit een reeks digitale woorden van elk L-bits, waarbij L kleiner is dan K, welke inrichting voorzien is van tenminste een 1-bit codeereenheid, die zodanig is uitgevoerd dat een geprofileerd ruisprofiel wordt verkregen en waarmee de K-L laagstwaardige bits van elk woord uit het ingangssignaal worden omgevormd tot een reeks van 1-bit woorden en een sommator waarmee de genoemde 1-bit woorden gecombineerd worden met de L hoogstwaardige bits resulterend in het gewenste PCM uitgangssignaal, welke inrichting volgens de uitvinding het kenmerk heeft dat de frequentie waarmee de genoemde K-L laagstwaardige bits van de woorden uit het ingangssignaal door de genoemde 1-bit codeereenheid worden omgevormd gelijk is aan de eerder genoemde herhalingsfrequentie.

De inrichting volgens de uitvinding maakt dus geen gebruik van oversampling. Aan de ontvangstzijde van de transmissieweg, waarop de uitvinding wordt toegepast, behoeft in de apparatuur geen enkele ingreep te worden uitgevoerd. Het aan de ontvangstzijde via de transmissieweg ontvangen signaal kan door de normale PCM decodeereenheid worden verwerkt. Aan de zendzijde kan volstaan worden met relatief lage schakelfrequenties in de codeereenheid omdat in principe deze schakelfrequentie gelijk is aan de herhalingsfrequentie in het PCM ingangssignaal.

Een belangrijk bijkomend voordeel is dat er bij toepassing van de uitvinding na bitverminking op de transmissieweg geen bitfoutpropagatie optreedt, in tegenstelling tot andere bekende systemen voor het beperken van de bithoeveelheid in een videosignaal. Bitfoutpropagatie leidt over het algemeen tot hinderlijke stoorlijnen in het weergegeven beeld. Dergelijke stoorlijnen komen bij toepassing van de uitvinding niet voor, omdat een eventuele bitfout op zijn hoogst invloed heeft op een enkel beeldpunt.

De uitvinding maakt gebruik van het feit dat er in het menselijk gezichtsvermogen als het ware een filter is ingebouwd voor hogere video-frequenties. Bij een videosignaal bevindt het merendeel van de relevante informatie die voor het menselijk oog waarneembaar is, zich in het lagerfrequente deel van de basisband. Stoorsignalen of ruis in het hogerfrequente deel van de basisband zijn bij weergave van de videoinformatie voor de kijker niet of nauwelijks zichtbaar. Omdat met behulp van de inrichting volgens de uitvinding een verschuiving van ruisvermogen van de lagerfrequente delen naar de hogerfrequente delen van het spectrum plaatsvindt (in de Engelstalige literatuur aangeduid met de term "noise-shaping"), resulteert ondanks het kleinere aantal bits per woord toch een een uitgangssignaal met een voor de menselijke waarnemer goede perceptiekwaliteit, hetgeen te danken is aan het in het menselijk gezichtsvermogen ingebouwde "filter".

Alhoewel de bovengenoemde algemene uitvoeringsvorm van de inrichting zonder al te veel hulpmiddelen zeer bruikbare resultaten oplevert, kan een verdere verbetering worden bereikt indien de helling in het ruisspectrum, die in de algemene uitvoeringsvorm een verloop van 6dB/octaaf heeft, steiler wordt gemaakt.

De uitvinding verschaft in dat verband een inrichting die verder voorzien is van een tweede 1-bit codeereenheid, die zodanig is uitgevoerd dat een geprofileerd ruisprofiel wordt verkregen en waarmee de restwaardewoorden, die naast de genoemde 1-bit woorden ontstaan in de eerste 1-bit codeereenheid, worden omgevormd tot een tweede reeks van 1-bit woorden, een differentietrap voor het differentiëren van de tweede reeks van 1-bit woorden en een tweede sommator waarin de gedifferentieerde 1-bit woorden gecombineerd worden met de woorden geproduceerd door de eerste sommator tot het gewenste PCM uitgangssignaal, welke inrichting volgens de uitvinding het kenmerk heeft dat ook de frequentie waarmee de restwaardewoorden door de tweede 1-bit codeereenheid worden omgevormd gelijk is aan de eerder genoemde herhalingsfrequentie.

Met deze uitvoeringsvorm wordt een "noise-shaping" met 12 dB/octaaf gerealiseerd.

Verdere uitvoeringsvormen en de daarmee samenhangende voordelen zullen in detail worden besproken aan de hand van de bijgaande figuren.

De uitvinding zal in het volgende nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren.

Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding met een 1-bit codeereenheid die een ruisprofiel met een helling van 6 dB/octaaf oplevert.

Figuren 2A en 2B tonen in twee diagrammen, die afgezien van de toegepaste schaalverdeling in wezen aan elkaar gelijk zijn, enkele ruisvermogensdichtheidsprof ielen.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een 1-bit codeereenheid waarmee een profilering met 9 dB/octaaf kan worden gerealiseerd.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding waarin twee in cascade geschakelde 1-bit codeereenheden worden gebruikt, waarmee een profilering van 12 dB/octaaf kan worden gerealiseerd.

Figuur 5 toont een verdere ontwikkeling van de inrichting uit figuur 4.

Figuur 1 toont een eerste eenvoudige uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding. De inrichting is voorzien van een register 10 waarin de reeks van PCM-ingangswoorden, aangevoerd via de transmissieweg 11, tussentijds worden opgeslagen. Het register wordt geschakeld met een frequentie fa, hetgeen ook de herhalingsfrequentie is van de K-bit woorden in het inkomende PCM-ingangssignaal. In het register worden de K-bits van elk woord gescheiden in de L-hoogstwaardige bits en de K-L laagstwaardige bits. De K-L laagstwaardige bits worden onderworpen aan een codeerbewerking met behulp van de 1-bit codeereenheid 12. De codeereenheid 12 bevat daartoe een sommator 13 en een terugkoppelregister 14. Elk woord van K-L bits dat aan de schakeling 12 wordt toegevoerd, wordt in de sommator 13 opgeteld bij een woord dat afkomstig is uit het register 14. Van het resulterende somwoord worden de K-L laagstwaardige bits weer toegevoerd aan het register 14, teneinde daarin tijdelijk te worden opgeslagen, terwijl het hoogstwaardige bit (het carry-bit) als uitgangssignaal van de 1-bit codeereenheid 12 dienst doet en toegevoerd wordt aan een verdere sommator 15, waarin dit 1-bit carrysignaal wordt gecombineerd met de L hoogstwaardige bits uit het PCM-ingangssignaal. Het daaruit resulterende somsignaal vormt in feite het gewenste PCM-uitgangssignaal dat op de uitgangstransmissieweg 16 wordt afgegeven. Dit PCM-uitgangssignaal is opgebouwd uit woorden van L-bits. Het resultaat van de bewerking in de inrichting volgens figuur 1 is derhalve een reductie van K-bits per woord naar L-bits per woord (L<K). Omdat er in deze inrichting geen oversampling wordt toegepast, liggen zowel het inkomende PCM-signaal op de transmissieweg 11 als ook het uitgaande PCM-signaal op de transmissieweg 16 binnen de basisband, die zich uitstrekt tussen 0 H2 en 1/2 f» Hz.

Het register 14, dat geschakeld wordt met dezelfde herhalings-frequentie fa als het register 10, doet samen met de sommator 13 in feite dienst als eerste orde terugkoppelfilter. Het gevolg van de filterbewerking, die door dit eerste orde filter wordt uitgevoerd, is dat het uniforme ruisspectrum in het K-bit PCM-ingangssignaal op de ingangstransmissieweg 11 wordt omgevormd tot een niet-uniform ruisspectrum in het uitgangssignaal op de uitgangsweg 16, welke spectrum een oplopend karakter heeft met een helling van 6 dB/octaaf.

De figuren 2A en 2B geven meer details omtrent de ruisvermogens-dichtheid S in het resulterende PCM-signaal op de uitgangstransmissieweg 16. Beide figuren verschaffen in wezen dezelfde informatie met alleen dit verschil dat in beide figuren verschillende schaalverdelingen zijn toegepast. In figuur 2A is zowel voor de horizontale als voor de verticale as een lineaire schaalverdeling gekozen. In figuur 2B zijn dezelfde curven als in figuur 2A getekend, nu echter met een logaritmische verdeling langs zowel de horizontale als de verticale as. In beide figuren is de vermogensdichtheid S uitgezet als functie van de frequentie voor een aantal verschillende situaties, die in het volgende nog ter sprake komen.

De rechte lijn I geldt voor het geval dat er geen enkele filter-actie in de 1-bit codeereenheid wordt gerealiseerd. In dat geval ontstaat een uniform ruisspectrum over het gehele frequentiegebied. In figuur 2A is er van uitgegaan dat de ruisvermogensdichtheid in dat geval een waarde P heeft. In figuur 2B valt de corresponderende curve I samen met de Ο-dB lijn.

Wordt echter een 1-bit codeereenheid toegepast, waarin een terugkoppelfilter van de eerste orde is gerealiseerd op de wijze als bijvoorbeeld geïllustreerd is in figuur 1 dan ontstaat een vermogensdichtheidsprofiel II, welk profiel een oplopend karakter heeft met een helling van 6 dB/octaaf. Uit de figuren 2A en 2B blijkt duidelijk dat een belangrijk deel van het ruisvermogen nu verschoven is naar de lagere frequenties. In het bijzonder figuur 2B laat zien dat de verbetering van de signaalruisverhouding in het bijzonder bij de lagere frequenties aanzienlijk is. Het vermogensdichtheidsniveau van de ruis in het lagerfrequente deel van de basisband is sterk gedaald.

Aangezien het menselijk gezichtsvermogen (de ogen gecombineerd met de verwerkingscapaciteit van de menselijke hersenen) relatief ongevoelig is voor hoogfrequente videosignaalaandelen en dankzij de filteractie in de 1-bit codeereenheid het grootste deel van de ruis nu juist in het hoogfrequente deel van de videobasisband te vinden is, levert een omcodering van het PCM-ingangssignaal op deze wijze een uitgangssignaal op met een gelijkblijvende perceptiekwaliteit ondanks het feit dat het aantal bits per woord drastisch is verminderd.

Met een in de praktijk geteste schakeling bleek het mogelijk te zijn om een 8-bit lineair gecodeerd PCM-videosignaal met een uniform ruisspectrum om te vormen naar een 5-bit PCM-signaal met een niet uniform ruisspectrum zonder merkbare verslechtering van de perceptiekwaliteit.

Een nog verder gaande vermindering van de hoeveelheid bits werd bij een andere in de praktijk geteste schakeling gerealiseerd waarmee een 8-bit lineair gecodeerd PCM-videosignaal met een uniform ruisspectrum werd omgevormd tot een 3-bit PCM-signaal met een niet-uniform ruisspectrum. Weliswaar trad daarbij een zichtbare verslechtering op van de perceptiekwaliteit, maar het beeld was nog altijd voldoende gedetailleerd en voor velerlei toepassingen zeer acceptabel. Het gerealiseerde beeld was voor bewakingsdoeleinden zeker voldoende. In aanmerking nemend dat voor een 3-bit PCM-signaal uitgaande van een standaardbemonsteringsfrequentie van 13,5 MHz een bitrate van ongeveer 40 Mbit/sec al voldoende is, leidt toepassing van de uitvinding op deze wijze bij bewakingssystemen tot de mogelijkheid om relatief eenvoudige en daarmee goedkope kabels en verbindingslijnen om naar verhouding langzame logica te gebruiken. Toepassen van een 3-bit PCM-signaal leidt verder tot een beeld waarin de contouren sterk zijn afgezwakt. Deze contourverzwakking is het gevolg van het feit dat er in het beeld als het ware enige beweging zit, omdat niet elk beeldpunt door het 3-bit PCM-signaal telkens eenduidig wordt gedefinieerd. Daarmee wordt inherent bereikt, dat het inbranden van het beeldscherm wordt tegengegaan.

Een verbetering van de op zichzelf al zeer bruikbare inrichting volgens figuur 1 kan worden gerealiseerd door helling in het ruisprofiel sterker te maken, met andere woorden een nog sterkere verschuiving van het ruisvermogen naar de hogere frequenties teweeg te brengen. Een 1-bit codeereenheid met een sterkere filterwerking is getoond in figuur 3. De codeereenheid 22 uit figuur 3 is tussen de ingang 20 en de uitgang 21 voorzien van een sommeerpunt 19, een eerste sommator 23, een tweede sommator 24, een comparator 26 en een tijdvertragingselement 25. Het somsignaal van de eerste sommator 23 wordt via een tijdvertragingselement 27 teruggevoerd naar de tweede ingang van de sommator 23. Het somsignaal van de sommator 24 wordt via een tijdvertragingselement 28 en via een verzwakkingselement 29 toegevoerd aan de tweede ingang van de sommator 24. Het uitgangssignaal van het tijdvertragingselement 25 wordt teruggekoppeld naar het sommeerpunt 19.

Zoals in figuur 3 boven het kader 22 is aangegeven, wordt met behulp van de eerste lus, die gevormd wordt door de sommator 23 met vertragingselement 27 een filterfunctie gerealiseerd die in Z-transformatie kan worden genoteerd als (1-Z-1)_1. De tweede lus, omvattende de sommator 24, het vertragingselement 28 en het verzwakkingselement 29, realiseert eveneens een filterfunctie die in Z-transformatie kan worden genoteerd als (1-aZ-)-1. Wordt voor a een waarde gekozen die ligt in het traject: 0 i a < 1/2 dan wordt bij toepassing van deze 1-bit codeereenheid een profilering van de ruis bereikt, waarbij een helling mogelijk is van 9 dB/octaaf. In de figuren 2A en 2B is het mogelijke ruisprofiel aangeduid met de curve III. De verbetering van het ruisprofiel komt vooral in figuur 2B duidelijk tot uiting.

Uit de stand der techniek (US 4,593,271) is een cascadeschakeling bekend van twee in serie geschakelde 1-bit codeereenheden. Een soortgelijke cascaseschakeling kan ook binnen het kader van de uitvinding worden toegepast. Figuur 4 toont een dergelijke uitvoeringsvorm die in het volgende nader zal worden besproken.

In figuur 4 is een cascadeschakeling getoond van twee 1-bit codeereenheden 32 en 42 beide voorzien van een register 34 respectievelijk 44 en beide voorzien van een sommator 33 respectievelijk 43. Verder is de inrichting voorzien van een ingangsregister 30 bestemd om de K-bits ingangswoorden die via de ingangstransmissieweg 31 worden aangevoerd, tijdelijk op te slaan. Zowel het register 30 als de registers 34 en 44 worden geschakeld met dezelfde klokpulsfrequentie fa, welke klokpulsfrequentie gelijk is aan de herhalingsfrequentie die in het PCM-ingangssignaal wordt gebruikt.

Het register 30 heeft, evenals het register 10 in figuur 1, verder als functie het scheiden van de K-L laagstwaardige bits van de L hoogstwaardige bits. De K-L laagstwaardige bits worden toegevoerd aan de 1-bit codeereenheid 32 en de werking van dit deel van de schakeling uit figuur 4 is geheel identiek aan de werking van de codeereenheid 12 in figuur 1. Het carry-bit aan de uitgang van de sommator 33 wordt, op soortgelijke wijze als in figuur 1, toegevoerd aan een sonunator 35 en gecombineerd met de L hoogstwaardige bits tot een nieuw L-bit uitgangssignaal dat, zoals getoond is in figuur 4 wordt toegevoerd aan een sommator 36. Het uitgangssignaal van de sommator 33 wordt, met uitzondering van het carry-bit toegevoerd aan een tweede 1-bit codeereenheid 42. In deze 1-bit codeereenheid 42 wordt dit signaal nogmaals onderworpen aan een 1-bit codering en het daaruit resulterende carry-bit wordt toegevoerd aan een filterschakeling 37 die gevormd wordt door een register 38 en een verschilpunt 39. Uitgedrukt in een Z-transformatie voert de deelschakeling 37 de filterfunctie (1—2“1) uit.

De twee daaruit resulterende bits worden in de sommeereenheid 36 gecombineerd met het uitgangssignaal van de sommeereenheid 35 met als resultaat het gewenste PCM-uitgangssignaal van L-bits, dat afgegeven wordt op de uitgangstransmissieweg 40. Opgemerkt wordt, dat ook het register 38 wordt geschakeld met dezelfde herhalingsfrequentie fa waarmee ook de woorden in het ingangssignaal op de ingangstransmissieweg 31 worden aangeboden.

Door toepassing van de cascadeschakeling van twee 1-bit codeer-eenheden 32 en 42 wordt een profilering van de ruisvermogensdichtheid S bereikt met een helling van +12 dB/octaaf. In de figuren 2A en 2B is het bereikte ruisprofiel aangeduid met de curve IV. Dankzij de nog sterkere verschuiving van het ruisvermogen naar het hoger frequente deel van het spectrum en dankzij de relatieve ongevoeligheid van het menselijk waarnemingsvermogen voor dit hoger frequente deel kan met de schakeling uit figuur 4 een PCM-videosignaal met een relatief laag aantal bits worden geproduceerd, terwijl toch de perceptiekwaliteit van dit signaal, in vergelijking met het oorspronkelijke PCM-signaal niet of nauwelijks is beïnvloedt. Door toepassing van twee 1-bit codeereenheden in cascade wordt tevens bereikt dat de quantisatieruis nagenoeg geheel ongecorreleerd met het ingangssignaal is geworden.

In een variant van figuur 4 kan de 1-bit codeereenheid 42 worden vervangen door een uitvoeringsvorm van een codeereenheid als geïllustreerd is in figuur 3. Daarmee wordt een nog steiler verloop van het ruisprofiel gerealiseerd en kan een helling van +15 dB/octaaf worden bereikt. Het in dat geval verkregen ruisprofiel is in de figuren 2A en 2B geïllustreerd met de curve V. De figuren 3 en 4 bieden voor de vakman voldoende aanknopingspunten om een dergelijke schakeling te kunnen realiseren en derhalve is een dergelijke uitvoeringsvorm niet in een afzonderlijke figuur geïllustreerd.

In het bovenstaande is er vanuit gegaan dat de woorden, die vanaf de uitgang van de optelIer 33 worden toegevoerd aan de ene ingang van de opteller 43 een gemiddelde waarde 0 hebben. Bevatten deze woorden een groot aantal bits en wordt een sterke mate vein oversampling toegepast, zoals het geval is in de bovengeciteerde stand der techniek, dan is deze veronderstelling tot op een zeer kleine tolerantie juist. Wordt echter een digitale getallenrepresentatie gebruikt met een relatief klein aantal bits en wordt geen oversampling toegepast, zoals het geval is in de inrichting volgens de uitvinding, dan is deze veronderstelling niet juist. Wordt gebruik gemaakt van het 2-complement dan zullen de woorden, die vanaf de opteller 33 worden toegevoerd aan de opteller 41 een gemiddelde waarde krijgen van minus een half LSB (Least Significant Bit). Het gevolg daarvan is dat er toch nog meer ruis in het lager-frequente deel van de basisband achterblijft dan verwacht mocht worden. Om dit nu te corrigeren verdient het derhalve de voorkeur om bij de woorden die vanaf de opteller 33 worden toegevoerd aan de opteller 43 telkens permanent de waarde van een half LSB op te tellen. Een uitvoeringsvorm van de inrichting waarin deze optelling is gerealiseerd is geïllustreerd in figuur 5.

De uitvoeringsvorm van figuur 5 is voor het grootste deel gelijk aan de uitvoeringsvorm van figuur 4. Een eerste verschil is te vinden in de signaalweg waarover de restwaardewoorden vanuit de 1-bit codeereenheid 32 worden getransporteerd naar de 1-bit codeereenheid 42. In figuur 5 is in deze signaalweg een verdere opteller 41 opgenomen, die ten doel heeft een constante waarde van een half bit op te tellen bij de digitale waarden die vanaf de codeereenheid 32 naar de codeereenheid 42 toegevoerd worden. Het optellen van half bit gebeurt door afwisselend niets dan wel een laagstwaardig bit bij de woorden in de signaalstroom op te tellen. Een verder verschil tussen de figuren 4 en 5 wordt gevormd door het toepassen van slechts één enkele sommator 35/36 in plaats van beide optellers 35 en 36 in figuur 4. Het zal duidelijk zijn dat het combineren van de beide optellers kan leiden tot een hardware-matige besparing. Verder wordt opgemerkt dat er bij toepassing van de schakeling volgens figuur 5 geen ekele correlatie meer bestaat tussen de quantisatieruis en het ingangssignaal.

In het bovenstaande is er verder vanuit gegaan dat de optelling van 1-bit bij de L hoogstwaardige bits in de opteller 15 (figuur 1) dan wel in de optellers 35 en 36 (figuren 4 en 5) leidt tot een resultaat dat eveneens L-bit groot is. De optelling in de opteller 15 (figuur 1) of de opteller 35 (figuur 4) kan echter leiden tot een maximale waarde aan de uitgang van de betreffende opteller gelijk aan 2=, met andere woorden 1 bit meer dan gewenst is. Omdat het verschilpunt 39 een waarde kan afgeven die absoluut gezien varieert tussen -1 en +2 kan de optelling in de opteller 36 leiden tot een hoogste waarde 2=+1 dan wel een laagste waarde -1. Om een eindresultaat te verkrijgen dat maximaal L-bit groot is, verdient het in de uitvoeringsvorm van figuur 1 de voorkeur dat de L-bits, die in het register 10 van de inkomende K-bits worden afgescheiden, een getallenbereik bestrijken, dat gevormd wordt door de binaire waarden: (0, 1, 2, ....., (2=--2)).

Na de opteller 15 resulteert dan het gewenste getallenbereik: {0, 1, 2, ..... (2=--1)}

In de uitvoeringsvorm van de figuren 4 en 5 verdient het in dat verband de voorkeur om het bereik van waarden dat bestreken wordt door de L-bits, die in dit register 30 van de inkomenden K-bits worden afgescheiden, te beperken tot: (1, 2, ..... (2=-3)}.

Ook in dat geval resulteert na de opteller 36 (dan wel 35/36 in figuur 5) het gewenste getallenbereik: (0, 1, 2, ..... (2=-1)}

Alhoewel de uitvinding in het bovenstaande in detail is beschreven aan de hand van een aantal bijzondere uitvoeringsvormen zal het duidelijk zijn dat de uitvinding hier niet toe beperkt is en dat diverse modificaties en wijzigingen binnen het kader van de uitvinding mogelijk zijn.

Claims (6)

1. Inrichting voor het omvormen van een PCM ingangssignaal met een uniform ruisspectrum, bestaande uit een reeks digitale woorden van elk K-bits optredend met een voorafbepaalde herhalingsfrequentie, in een PCM uitgangssignaal met een niet-uniform ruisspectrum, bestaande uit een reeks digitale woorden van elk L-bits, waarbij L kleiner is dan K, welke inrichting voorzien is van tenminste een 1-bit codeereenheid, die zodanig is uitgevoerd dat een geprofileerd ruisprofiel wordt verkregen en waarmee de K-L laagstwaardige bits van elk woord uit het ingangssignaal worden omgevormd tot een reeks van 1-bit woorden en een accumulator waarmee de genoemde 1-bit woorden gecombineerd worden met de L hoogstwaardige bits resulterend in het gewenste PCM uitgangssignaal, met het kenmerk, dat de frequentie waarmee de genoemde K-L laagstwaardige bits van de woorden uit het ingangssignaal door de genoemde 1-bit codeereenheid worden omgevormd gelijk is aan de eerder genoemde herhalingsfrequentie.

2. Inrichting volgens conclusie 1, verder voorzien van een tweede 1-bit codeereenheid, die zodanig is uitgevoerd dat een geprofileerd ruisprofiel wordt verkregen en waarmee de restwaardewoorden, die naast de genoemde 1-bit woorden ontstaan in de eerste 1-bit codeereenheid worden omgevormd tot een tweede reeks van 1-bit woorden, een differentietrap voor het differentiëren van de tweede reeks van 1-bit woorden en een tweede sommator waarin de gedifferentieerde 1-bit woorden gecombineerd worden met de woorden geproduceerd door de eerste tot het gewenste PCM uitgangssignaal, welke inrichting volgens de uitvinding het kenmerk heeft dat ook de frequentie waarmee de restwaardewoorden door de tweede 1-bit codeereenheid worden omgevormd gelijk is aan de eerder genoemde herhalingsfrequentie.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de 1-bit codeereenheid volgens conclusie 1, respectievelijk de tweede 1-bit codeereenheid volgens conclusie 2, tussen de in- en uitgang ervan is voorzien van een serieschakeling van een sommeerpunt, twee in cascadegeschakelde, elk via een register teruggekoppelde optellers, waarbij in de terugkoppelweg van de tweede opteller naast het betreffende register tevens een verzwakkingselement is opgenomen, een comparator en een tijdvertragingselement, waarbij de uitgang van de comparator, teruggekoppeld is naar het genoemde sommeerpunt.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het verzwakkingselement tijdens bedrijf wordt ingesteld op een verzwakking tussen 0 en 1/2.

5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste en tweede sommator in een enkele optelschakeling zijn gecombineerd.

6. inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat tussen de eerste en de tweede 1-bit codeereenheid een verdere opteller is aangebracht waarmee de waarde van een half minst significant bit opgeteld wordt bij elk restwaardewoord dat vanaf de uitgang van de eerste 1-bit codeereenheid toegevoerd wordt aan de ingang van de tweede 1-bit codeereenheid.