NO833096L - Rask dpcm-koder. - Google Patents

Description

Rask DPCM-koder

Oppfinnelsen angår en rask DPCM-koder, omfattende et kvantiseringsledd og en regneenhet som tjener til å bestemme estimert verdi og inneholder addisjonsledd, subtraksjonsledd og multiplikasjonsledd.

Ved digital overføring eller lagring av signaler be-nyttes ofte en modulasjonsmetode med .en differanse-pulskode. Der blir da utfra forutgående samplingsverdier s^_^ beregnet

en estimert verdi s. for den aktuelle samplingsverdi s.. Differansen As^= s^-^blir kvantisert og derpå overført. Hensikten med metoden er å anvende ord av mindre lengde for

As^enn hva som skal til for å representere PCM-signalverdien s^. Den nødvendige overføringsrate resp. lagerplassbehovet blir derved mindre. På fig. 1 er der vist en enkel DPCM-sløyfe hvis funksjon vil bli forklart mer inngående senere. Beregningen av estimert verdi s\ skjer i fire skritt. Disse fire regneskritt må gjennomføres i løpet av en tid som tilsvarer tidsavstanden mellom to på hinannen følgende PCM-signalverdier s^, Ved høye datarater står det bare kort tid til rådighet for disse fire regneoperasjoner, så det blir vanskelig eller umulig å realisere dem selv ved anvendelse av de mest moderne koblingskretsteknikker.

Oppfinnelsens oppgave er å gi anvisning på en DPCM-koder med kort behandlingstid.

Med utgangspunkt i det innledningsvis belyste stadium av teknikken blir denne oppgave løst ved

at der er forkoblet kvantiseringsleddet tre subtraksjons-• ledd,

at der ved kvantiseringsleddet finnes minst to utganger,

at den første utgang, hvor der avgis en kvantisert DPCM-signalverdi.multiplisert, med.kvadratet av en forutsigelsesfaktor, er ført til subtraksjonsinngangen til første sub-traks jonsledd,

at kvantiseringsleddets annen utgang, hvor der avgis en kvantisert DPCM-signalverdi multiplisert med forutsigelses-

faktoren, er ført til subtraksjonsinngangen til tredje sub-traks jonsledd,

at annen utgang fra kvantiseringsleddet dessuten multiplisert via en regneenhet til bestemmelse av estimert verdi med kvadratet av forutsigelsesfaktoren.

er forbundet med subtraksjonsinngangen til annet subtraksjonsledd.

Ved denne DPCM-koder skjer beregningen av DPCM-signal-verdiene ved parallell beregning av mellomverdier som sammen-knyttes med de ved koblingsanordningens inngang opptredende PCM-signalverdier, i tre på hinannen følgende regneoperasjoner inntil man får det DPCM-signal som ennå gjenstår å kvantisere. Etter to og to på hinannen følgende regneoperasjoner foreligger en ny kvantisert DPCM-signalverdi ved kvantiseringsleddets utgang. Denne kobling kan realiseres slik at annet hvert suksessivt regneelement arbeide-r med samme takt. Til rådighet for hver regneoperasjon står derfor halve pulsperioden av de PCM-signalverdier som skal behandles.

Det er hensiktsmessig om kvantiseringsleddet har en tredje utgang hvor de kvantiserte DPCM-signalverdier avgis.

Ved denne løsning kan det kvantiserte DPCM-signal tas ut direkte ved utgangen fra kvantiseringsleddet.

For å minske behovet for utstyr kan det være hensiktsmessig å anordne et ekstra multiplikasjonsledd som er tilkoblet kvantiséringsleddets første eller annen utgang og ved multiplikasjon med —reller til enhver, tid utregner den kvantiserte

A

DPCM-signalverdi As.

Ved denne løsning blir det kvantiserte DPCM-signal beregnet utfra et av de to signaler som avgis av kvantiseringsleddet.

Det er gunstig.at regneenheten inneholder et. addisjonsledd hvis første inngang er tilkoblet annen utgang fra kvantiserings-léddet,

at addisjonsleddets utgang er forbundet.med første inngang til et første multiplikasjonsledd hvis annen inngang får forutsigelsesfaktoren tilført, og hvis utgang er ført til addisjonsleddets annen inngang og dessuten forbundet med første inngang til et annet multiplikasjonsledd hvis annen inngang likeledes

får forutsigelsesfaktoren tilført,

og at utgangen fra annet multiplikasjonsledd danner regneenhetens utgang.

Den i og for seg kjente regnesløyfe til å bestemme estimert verdi s. blir her benyttet til beregning av den forlangte verdi

*2 ~ 1

A • s . , .

i-l

Med tanke på behovet for utstyr er det gunstig om der som kvantiseringsledd er anordnet en eller flere fritt adresserbare lagerbyggestener.

Anvendes f.eks. et ROM som kvantiseringsledd, er de nød-vendige utgangssignaler innskrevet som data. DPCM-signalet As^opptrer som adresse i kvantiseringsleddet. Ved tilstrekkelig ordlengde hos ROM'et (PROM, EPROM, RAM) kan alle ønskede data oppkalles samtidig. F.eks. utgjør ordbredden av det kvantiserte DPCM-signal As. 4 bits, mens de andre utleverte data hver er 6 bits brede. I såfall måtte ROM'ets ordbredde utgjøre 16 bits.

Der kan selvsagt også anvendes flere lagre som påstyres parallelt.

Ytterligere gunstige utforminger er angitt i øvrige under-krav.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsens gjenstand vil bli belyst nærmere under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser en kjent DPCM-koder og

fig. 2 en DPCM-koder.i henhold til oppfinnelsen.

Den DPCM-koder som er vist på fig. 1, inneholder et sub-traks jonsledd 1 hvis inngang 1^utgjør inngangen E til'koblingsanordningen. Utgangen 1^ fra subtraksjonsleddet 1 ér forbundet med inngangen 8^ til kvantiseringsleddet 8, hvis utgang 8^ utgjør

DPCM-koderens utgang hvor .det kvantiserte DPCM-signal As.

. i/q blir avgitt. Utgangen fra kvantiseringsleddet 8 er forbundet med en første inngang 51til et addisjonsledd 5 hvis utgang 5^er forbundet med første inngang.6 til et multiplikasjonsledd 6^hvis utgang 6^ så er forbundet med annen inngang ^ til subtraksjonsleddet og med annen inngang 52til addisjonsleddet 5. Annen inngang 6_ til multiplikasjonsleddet får.en konstant forutsigelsesfaktor A •= 1 tilført. Koblingens inngang får PCM-signalverdier s.^ tilført. Indeksen V" karakteriserer den

kronologiske rekkefølge av signalene.

DPCM-koderen arbeider på den måte at der utfra forutgående samplingsverdier blir utregnet en estimert verdi s\. Utfra differansen mellom den opptredende PCM-signalverdi s^ og den estimerte verdi s\ utregnes differansen As^, som først blir kvantisert og så overført. Denne kvantiserte DPCM-signalverdi er betegnet med As.. Det kronologiske forløp av beregningen av en DPCM-signalverdi skjer i fire skritt:

1) inntil tidspunkt t^: beregning av As^= s^-s\ ,

2) inntil tidspunkt t.^: kvantisering av As^— > Asi ,

3) inntil tidspunkt t0: addisjon av s.+As. ,

3 J i i,q

4) inntil tidspunkt t.: multiplikasjon: A* (s.+As. )=s.,,.

± i,q l+l Disse fire regneskritt må gjennomføres i løpet av en tid tA svarende til tidsavstanden mellom to på hinannen følgende

PCM-signalverdier s., s.,,.

3 i' l+l

DPCM-koderen er vist rent skjematisk. Det ble antatt at utgangssignalet fra koblingselementene til enhver tid opptrer på tidspunktene t^til t^. Dette kan man oppnå ved valg av passende byggestener eller også ved hjelp av ekstra gangtidsledd eller egnede mellomlagre (bistabile kipptrinn).

Den DPCM-koder som er vist på fig. 2, inneholder et kvantiseringsledd 4 med tre utganger til ^4*Foran inngangen 4^ til kvantiseringsleddet 4 sitter tre seriekoblede subtraksjonsledd 1-3. Inngangen 1^til første subtraksjonsledd utgjør koblingsanordningens inngang E hvor de PCM-signalverdier som skal behandles, opptrer. Første utgang 4^fra kvantiseringsleddet 4 er forbundet med annen inngang. 1^ til første subtraksjonsledd. Ved de innganger til subtraksjonsleddet som er betegnet med indeks 2, foreligger den respektive signalverdi som skal subtraheres. Annen utgang 4^ fra kvantiseringsleddet 4 er forbundet med inngangen 32til tredje subtraksjonsledd og via en regneenhet 10 med inngangen 22til annet.subtraksjonsledd. Regneenheten.10 inneholder et addisjonsledd 5

hvis første inngang 5^er forbundet med annen utgang 4^fra kvantiseringsleddet.. Utgangen 5^ fra addisjonsleddet 5 er forbundet med første inngang 6^til et første multiplikasjons-

ledd 6. På den annen inngang 6^ til multiplikasjonsleddet 6 opptrer den såkalte forutsigelsesfaktor A. Denne forutsigelsesfaktor A er..lik eller mindre enn 1. Utgangen 6^fra første multiplikasjonsledd er forbundet med annen inngang 5^til addisjonsleddet 5.og med første inngang 7^ til et annet multiplikasjonsledd 7.~som likeledes ved sin annen inngang 7^får forutsigelsesfaktoren A tilført. Utgangen 7^ fra annet multiplikasjonsledd 7 utgjør utgangen fra regneenheten 10 og er forbundet med subtraksjonsinngangen 2^ til annet subtraksjonsledd 2.

Ved tredje utgang 4^fra kvantiseringsleddet avgis de kvantiserte DPCM-signaler As.. Indeksen q tjener her som i,q J kjennetegn på at der finnes en kvantiseringsfeil ved hvert ut-levert signal.

For å gjøre rede for koblingsanordningen på relativt enkel måte skal det igjen antas at alle regneelementene og kvantiseringsleddet er taktet, dvs. at de på et bestemt tidspunkt ved sin utgang avgir det signal som skal behandles, og som forblir opprettholdt frem til neste arbeidstakt. PCM-signalet ved inngangen E skifter i samsvar med en arbeidstakt t^. En annen arbeidstakt t2har samme periode, men er faseforskjøvet 180°. Subtraksjonsleddene 1 og 3 såvel som addisjonsleddet 5 og multiplikasjonsleddet 7 arbeider med første arbeidstakt t1, mens alle andre regneelementer såvel som kvantiseringsleddet arbeider med annen arbeidstakt t2. I koblingsskjemaet ses signalene for tidsintervallet etter arbeidstakt t^. Etter neste arbeidstakt opptrer det kvantiserte DPCM-signal As. ved kvantiseringsleddets utgang 0.

Hver estimert verdi s. blir beregnet utfra de forutgående verdier. Således bereg3 nes den estimerte verdi sl. +l, utfra

s.,, = A(s.+As. ) = A-s. + A-As.

l+l i l,q i i,q

På tilsvarende måte skjer beregningen av de estimerte verdier til é\+nutfra de kronologisk forutgående estimerte verdier og kvantiserte DPCM-signaler:

Ligning 2.0

s .. = A(s .,+As. _ )

i-l 1-2 i-2,q

Ligning 2.1

s.<=>A(si_1+As._1/q) = A(A(s._2+:As._2^q)+As._1/q)

Ligning 2.2

§._,, = A(s.+As. ) = A(A(s..+As. , )+As. )

l+l i i,q i-l i-l,q i,q

Ligning 2.3

s., -=A(s\ n+As_ , ) = A(A(s\ 0+As.x „ )+As.^ , ) i+n i+n-1 i+n-l,q i+n-2 i+n-2,q i+n-l,q

Beregningen av den estimerte verdi s\+^behøver den like før frembragte differanse As^ såvel som de verdier s\_^ og Asl. -l, ,q (Ligning 2.2) som allerede står til rådighet ett tids-intervall ta (svarende til perioden av to suksessive PCM-signalverdier si's^+^ve<^ DPCM-koderens inngang E) tidligere. Koblingen på fig. 2 er derfor lagt opp slik at signalverdien s^+^allerede er sammenknyttet med As^_^og s\_^, før PDCM-signalverdien As^ blir utregnet i en tredje sløyfe.

For å gjøre det mulig å forklare koblingsfunksjonen nøyere kan man følge PCM-signalverdien s^ fra inngangen E til utgangen 0 fra DPCM-koderen. Før et tidspunkt t1 .. opptrer PCM-signalverdien s^ ved inngangen E til første subtraksjonsledd 1. På subtraksjonsi2nngangen 1» til første subtraksjonsledd opptrer den verdi A «As^_2 som avgis av kvantiseringsleddet 4. Etter neste takt t^ ^ avgis ved utgangen 1^fra

første subtraksjonsledd mellomverdien:

Lig3 ning r 3.1 Z1. ,1 , = si . - A 2Asi. -2-,q

Ved inngangene til annet subtraksjonsledd 2 foreligger nå henholdsvis den nettopp utregnede mellomverdi Z. , og mellomverdien A *s^_2, hvor A betegner forutsigelsesfaktoren

< 1. Etter neste takt t2 ^ opptrer der-ved utgangen fra annet subtraksjonsledd en annen mellomverdi Z.

i,z

2 2

Ligning 3.2 Z. » = s. - A As. _ - A s. »

y 3 i,2 i i-2,q 1-2

Med ligning 2.0 fås:

Ligning 3.21 Z^ 2 = si~^i-1

Etter arbeidstakten 20 . foreligger allerede ved annen utgang 4^fra kvantiseringsleddet 4 den angitte regneverdi A*Asi. -l, ,q . Etter neste arbeidstakt t1, ,2 opptrer der således ved utgangen fra tredje subtraksjonsledd 3 en tredje mellomverdi Z. _:

i,3

Ligning 3.3 Z. -, = s. - As. , - A-As. ,

3vi,3 1 i-l i-l/q

Med ligning 2.1 fås for Z. :

1, j

Ligning 3.31 Z . _ = s . - s . = As .

1,311 1

Tredje mellomverdi Z^ ^ tilsvarer således DPCM-signalverdien As^. For dette tidspunkt er som allerede nevnt, alle regne- og mellomverdier angitt på fig. 3. Etter neste arbeidstakt t_ 0 foreligger det kvantiserte DPCM-signal As. ved

z, / 1, q DPCM-koderens utgang 0. De signalverdier som er innført på fig. 2, refererer seg til tidspunktet t^2*

Koblingsanordningen kan oppbygges såvel med taktede som med ikke taktede regneelementer. Ved anvendelse av ikke taktede regneelementer må der selvsagt tas hensyn til gang-tidene, eventuelt ved innkobling av gangtidsledd, f.eks. ved beregningen av den estimerte verdi s\ i regneenheten- 10. Også bruk av taktede og ikke taktede regneelementer i blanding vil kunne gi gunstige utførelser.

En DPCM-koder vil selvsagt kunne realiseres etter isamme prinsipp.

Claims (9)

1. Rask DPCM-koder med et kvantiseringsledd og med en regneenhet som tjener til å bestemme estimert verdi og inneholder addisjonsledd, subtraksjonsledd pg multiplikasjonsledd, karakterisert ved at der foran kvantiseringsleddet (4) er innkoblet tre subtraksjonsledd (1-3), at der ved kvantiseringsleddet (4) er anordnet minst to utganger (42, 43), at første utgang (49),-hvor der avgis en kvantisert DPCM-signalverdi (A 2• As^ ) multiplisert med kvadratet av en forut-sigelsesf aktor (A) , er ført til .subtraksjonsinngangen d2) til første subtraksjonsledd (1), at kvantiseringsleddets (4) annen utgang (4^ ), hvor der av gis en kvantisert DPCM-signalverdi (A* s. ) multiplisert med i,q forutsigelsesfaktoren (1), er ført til subtraksjonsinngangen (32 ) til annet subtraksjonsledd (3), og at kvantiseringsleddets (4) annen utgang (4^ ) dessuten er forbundet med annet subtraksjonsledds subtraksjonsinngang (22 ) via en regneenhet (10) til å bestemme estimert verdi (s.) 21^ multiplisert med kvadratet av forutsigelsesfaktoren (A *s\).

2. DPCM-koder som angitt i krav 1, karakterisert ved at kvantiseringsleddet (4) har en tredje utgang (44 .) hvor de kvantiserte DPCM-signalverdier (As1 . , CJ ) avgis.

3. DPCM-koder som angitt i krav 1, karakterisert ved at der finnes et ekstra multiplikasjonsledd som er koblet til kvantiseringsleddets første eller annen utgang (4„ eller 4,) og til enhver tid utregner.den kvantiserte z 6 11 DPCM-signalverdi (As. ) ved multiplikasjon med —eller - r i/q A^ •

4. DPCM-koder som. angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at regneenheten (10) inneholder et addisjonsledd (5) hvis første.inngang (5^) er tilkoblet kvantiseringsleddets (4) utgang (43 ), at addisjonsleddets (5) utgang (5^) er forbundet med første inngang (6^ ) til et første multiplikasjonsledd (6) hvis annen inngang (62 ) får forutsigelsesfaktoren (A) tilført, og hvis utgang (6^ ) er ført til annen inngang (52 ) til addisjonsleddet (5) og dessuten er forbundet med første inngang (7^ ) til et annet multiplikasjonsledd (7) hvis annen inngang (72 ) likeledes får forutsigelsesfaktoren tilført, og at utgangen (7^ ) fra annet multiplikasjonsledd (7) danner regneenhetens (10) utgang).

5. DPCM-koder som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at der er anordnet taktede regneelementer (addisjonsledd, multiplikasjonsledd, subtraksjonsledd, kvantiseringsledd).

6. DPCM-koder 'som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved gangstidsledd innføyet mellom regneelementene.

7. DPCM-koder som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at der som kvantiseringsledd (4) er anordnet en eller flere fritt adresserbare lagerbyggestener.

8. DPCM-koder som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at der istedenfor subtraksjonsleddene (1-3) er anordnet addisjonsledd som får det signal som skal subtraheres, tilført som komplement.

9. DPCM-koder som angitt i et av kravene 1-8, karakterisert ved at den er realisert som integrert kobling.