PL166859B1

PL166859B1 - Uklad i sposób przetwarzania szerokopasmowego sygnalu cyfrowego PL PL

Info

Publication number: PL166859B1
Application number: PL91290201A
Authority: PL
Inventors: Ramond N J Veldhuis; Gerrit J Keesman
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1995-06-30
Also published as: EP0457390A1; DE69106580D1; JPH04250722A; KR0185998B1; PL290201A1; TW221539B; NL9001127A; HK44596A; DE69106580T2; KR910021053A; EP0457390B1; JP2931696B2; ATE117143T1

Abstract

1 . Uklad do przetwarzania szerokopasmowego sygnalu cyfrowego, zwlaszcza sygnalu akustycznego, zawierajacy przylacze wejsciowe dla wpro- wadzania cyfrowego sygnalu cyfrowego, blok rozszczepiania sygnalu dla wytwarzania, na podstawie szerokopasmowego sygnalu cyfrowego, zespolu P sygnalów podpasm, blok kwantyzacji, dla kwantowania odpowiednich sygnalów podpasm blok po bloku, przy czym skwantowany sygnal m podpas- ma sklada sie z kolejno po sobie nastepujacych bloków sygnalowych, z których kazdy zawiera q próbek, przy czym kazda z q próbek w bloku sygnalu m podpasma reprezentowana jest przez nm bitów, blok wyznaczania zapotrze- bowania bitowego dla wyznaczania zapotrzebowania bitowego bm odpowied- nich bloków sygnalów podpasm, przy czym zapotrzebowanie bitowe jest to liczba bitów potrzebnych dla reprezentacji próbek bloku sygnalowego w sygnale m podpasma; oraz blok przydzialu bitów, dla przydzielania osiagalnej liczby B bitów do odpowiednich bloków sygnalów róznych podpasm, w zaleznosci od zapotrzebowama bitowego pokreslonego przez blok wyzna- czania zapotrzebowania bitowego tak, aby otrzymac wartosci nm , gdzie m zawiera sie w zakresie od 1 do P, znamienny tym, ze blok przydzialu bitów zawiera zespól okreslania wartosci najwiekszego zapotrzebowania bitowego, zespól sprawdzajacy czy bit zostal juz uprzednio przydzielony do bloku sygnalowego w sygnale j podpasma, o najwiekszym zapotrzebowaniu bito- wym bj, dla wytwarzania pierwszego sygnalu sterujacego w przypadku, jezeli bit zostal juz do bloku sygnalowego przydzielony, oraz drugiego sygnalu sterujacego, jezeli bit jeszcze me zostal przydzielony, zespól arytmetyczny, w pierwszym rodzaju pracy, przy wystepowaniu drugiego sygnalu sterujace- go, sluzacy do przypisania wartosci a1 do n j( odjecia wartosci a 2 od bj, odjecia wartosci a1 q + x od B, oraz w drugim rodzaju pracy, przy wystepowaniu pierwszego sygnalu sterujacego, sluzacy do dodania wartosci c1do nj, odjecia wartosci C 2 od bj, odjecia wartosci c1 q od B, przy czym q i x sa liczbami calkowitymi wiekszymi od jednosci, nm i bm sa zmiennymi, z których nm jest wieksze, lub równe zeru, a , a2, c1 i c2 sa liczbami wiekszymi od zera, a B jest liczba calkowita wieksza od zera, mjest zmienna calkowita, a 1 jest wieksze od c 1, a a i jest wieksze lub równe c2. FIG 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ i sposób przetwarzania szerokopasmowego sygnału cyfrowego.

Znany, na przykład z opisu europejskiego zgłoszenia patentowego nr 289 080, układ do przetwarzania szerokopasmowego sygnału cyfrowego, zawiera koder podpasm dla kodowania podpasm cyfrowego sygnału akustycznego o określonej częstotliwości próbkowania Fs. Koder

166 859 podpasm obejmuje zespół rozszczepiania sygnału, generujący na podstawie szerokopasmowego sygnału cyfrowego, zespół sygnałów podpasm z redukcją częstotliwości próbkowania. W tym celu zespół rozszczepiania sygnału rozdziela szerokopasmowy sygnał cyfrowy na kolejno po sobie następujące podpasma, które powiększają się z częstotliwością. Układ kodowania zawiera ponadto zespół kwantowania blok po bloku odpowiednich sygnałów podpasm. Skwantowany sygnał podpasma składa się z kolejno po sobie następujących bloków sygnałowych. Każdy blok sygnałowy zawiera q próbek, a każda z q próbek w bloku sygnałowym sygnału m podpasma jest reprezentowana przez nm bitów. Zespół kwantowania zawiera blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego bm odpowiednich bloków sygnałowych podpasm. Zapotrzebowanie bitowe jest to liczba bitów potrzebnych dla reprezentacji próbek bloku sygnałowego w sygnale m podpasma. Zespół kwantowania zawiera zespół przydziału bitów, dla przydzielenia osiągalnej liczby bitów do odpowiednich bloków sygnałowych różnych podpasm, w zależności od zapotrzebowania bitowego określonego przez zespół wyznaczania zapotrzebowania bitowego. Ponadto, znany układ kodowania obejmuje zespół rozmieszczający pewną ilość bitów skwantowanych próbek w blokach sygnałowych w ramce wtórnego sygnału cyfrowego mającego kolejno po sobie następujące ramki. Zespół rozmieszczający służy ponadto do rozmieszczania w ramce informacji o współczynniku skalowania, która to informacja zawiera słowa x-bitowe, a słowo-x-bitowe reprezentuje współczynnik skalowania przypisany do próbek w bloku sygnałowym. Może być tu rozważane kodowanie podpasm pojedynczego sygnału, takiego jak sygnał monofoniczny lub lewa albo prawa składowa sygnału stereofonicznego. Zespół rozszczepiania sygnału wytwarza wówczas w każdym podpaśmie jeden sygnał stereo, który jest poddany kodowaniu podpasm. W takim przypadku zespół rozszczepiania sygnału generuje dwa sygnały podpasm w każdym podpaśmie, to jest lewy i prawy sygnał podpasma.

Układ według wynalazku do przetwarzania szerokopasmowego sygnału cyfrowego, zwłaszcza sygnału akustycznego, zawiera przyłącze wej ściowe dla wprowadzania cyfrowego sygnału cyfrowego; blok rozszczepiania sygnału dla wytwarzania , na podstawie szerokopasmowego sygnału cyfrowego, zespołu P sygnałów podpasm; blok kwantyzacji, dla kwantowania odpowiednich sygnałów podpasm blok po bloku, przy czym skwantowany sygnał m podpasma składa się z kolejno po sobie następujących bloków sygnałowych, z których każdy zawiera q próbek, przy czym każda z q próbek w bloku sygnału m podpasma reprezentowana jest przez nm bitów; blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego dla wyznaczania zapotrzebowania bitowego bm odpowiednich bloków sygnałów podpasm, przy czym zapotrzebowanie bitowe jest to liczba bitów potrzebnych dla reprezentacji próbek bloku sygnałowego w sygnale m podpasma; oraz blok przydziału bitów, dla przydzielania osiągalnej liczby B bitów do odpowiednich bloków sygnałów różnych podpasm, w zależności od zapotrzebowania bitowego określonego przez blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego, tak aby otrzymać wartości n,_n, gdzie m zawiera się w zakresie od 1 do P. Układ tego rodzaju charakteryzuje się tym, że blok przydziału bitów zawiera zespół określania wartości najA^i^^i^^^go zapotrzebowania bitowego, zespół sprawdzający czy bit został już uprzednio przydzielony do bloku sygnałowego w sygnale j podpasma, o największym zapotrzebowaniu bitowym bj, dla wytwarzania pierwszego sygnału sterującego w przypadku, jeżeli bit został już do bloku sygnałowego przydzielony, oraz drugiego sygnału sterującego, jeżeli bitjeszcze nie został przydzielony; zespół arytmetyczny, w pierwszym rodzaju pracy, przy występowaniu drugiego sygnału sterującego, służący do przypisania wartości ai do n,, odjęcia wartości a2 od bj, odjęcia wartości ai.q + x od B, oraz w drugim rodzaju pracy, przy występowaniu pierwszego sygnału sterującego, służący do dodawania wartości ci do % odjęcia wartości c2 od bj, odjęcia wartości ci.q od B, przy czym q i x są liczbami całkowitymi większymi od jedności, n_ra i b_m są zmiennymi, z których nm, nmjest większe, lub równe zeru, ai, a2, ci i c2 są liczbami większymi od zera, a B jest liczbą całkowitą większą od zera, m jest zmienną całkowitą, ai jest większe od ci, a a2 jest większe lub równe c2.

Zespół arytmetyczny dodatkowo przystosowany jest do przypisywania wartości Ako do nk, odjęcia wartości Aki od bk, odjęcia wartości Ako q + x od B, w przypadku bloku sygnału k podpasma, w trybie pracy z ustawianiem wstępnym, przy czym Ako i Aki są liczbami większymi od zera.

166 859

Zespół przydziału bitów zawiera dodatkowo generator wartości flagi, dla przypisywania wartości flagi blokowi sygnałowemu jednego lub wielu sygnałów podpasm w trybie pracy z ustawianiem wstępnym.

Korzystnym rozwiązaniem jest, jeśli Ako jest równe ai a Ak1 jest równe a2, przy czym aj jest równe a2 a ci jest równe C2.

Układ dodatkowo zawiera blok wyznaczania współczynnika skalowania, przy czym współczynnik skalowania jest x-bitowym słowem cyfrowym przypisanym każdemu z bloków sygnałowych.

Ponadto układ dodatkowo zaopatrzony jest w nadajnik skwantowanych sygnałów podpasm i informacji o przydziale bitów.

W korzystnym rozwiązaniu, układ według wynalazku dodatkowo zaopatrzony jest w nadajnik skwantowanych sygnałów podpasm, współczynników skalowania i informacji o przydziale bitów.

Nadajnik zawiera korzystnie blok zapisowy, a blok zapisowy jest blokiem zapisu magnetycznego.

Sposób według wynalazku, dla przetwarzania szerokopasmowego sygnału cyfrowego, obejmuje etapy, w których wprowadza się szerokopasmowy sygnał cyfrowy, rozszczepia się szerokopasmowy sygnał cyfrowy na zespół P sygnałów podpasm; kwantuje się blok po bloku odpowiednie sygnały podpasm, przy czym skwantowany sygnał m podpasma składa się z kolejno po sobie następujących bloków sygnałowych, z których każdy zawiera q próbek, a każda z q próbek w bloku sygnału m podpasma reprezentowana jest przez n_m bitów; wyznacza się zapotrzebowanie bitowe bm odpowiednich bloków sygnałów podpasm, będącego liczbą bitów potrzebnych dla reprezentacji próbek bloku sygnałowego w sygnale m podpasma; oraz przydziela się osiągalną liczbę bitów do odpowiednich bloków sygnałów różnych podpasm, w zależności od zapotrzebowania bitowego określonego przez układ wyznaczania zapotrzebowania bitowego, tak aby otrzymać wartości nm, gdzie m zawiera się w zakresie od 1 do P. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że w etapie przydziału bitów wyróżnia się etap Si, obejmujący podetapy, w których wyznacza się bj, które jest największym z zapotrzebowań bitowych; sprawdza się czy bity były już uprzednio przydzielone do bloku sygnałowego odpowiadającego największemu zapotrzebowaniu bitowemu bj, i jeżeli nie, to przypisuje się wartości ai do % odejmuje się wartości a2 od bj, odejmuje się wartości ai.q + x od B, a jeżeli były przydzielone, to dodaje się wartości ci do nj, odejmuje się wartości C2 od bj, odejmuje się wartości ci.q od B, przy czym etap przydziału bitów obejmuje sekwencję przynajmniej dwóch wystąpień etapu Si, przy czym q i x są liczbami całkowitymi większymi od jedności, nm i bm są zmiennymi, z których nmjest większe, lub równe zeru, ai, a2 ci i c2 są liczbami większymi od zera, a B jest liczbą całkowitą większą od zera, m jest zmienną całkowitą, ai jest większe od ci, a a2 jest większe lub równe c2.

Etap przydziału bitów obejmuje etap So wstępnego ustawiania, poprzedzający etapy Si, przy czym etap So składa się z podetapów obróbki bloku sygnału k podpasma, w którym przypisuje się wartości Ako do nk, odejmuje się wartości Aki od bk, odejmuje się wartości Ako · q + x od B, a ponadto Ako i Akisą liczbami większymi od zera.

Etap wstępnego ustawiania, obejmuje dodatkowo podetap, w którym przypisuje się wartość flagi blokowi sygnałowemu jednego lub wielu sygnałów podpasm, przy czym wartość flagi wskazuje, że do rozpatrywanego bloku sygnałowego nie mają być przydzielane bity.

W korzystnym rozwiązaniu Ako jest równe ai, a Aki jest równe a2, przy czym ai jest równe a2, a ci jest równe c2.

Sposób według wynalazku korzystnie dodatkowo obejmuje etap, w którym wyznacza się współczynniki skalowania, przy czym współczynnik skalowania jest x-bitowym słowem cyfrowym przypisanym każdemu z bloków sygnałowych. —

Korzystnie, sposób dodatkowo obejmuje etap, w którym nadaje się skwantowane sygnały podpasm i informacje o przydziale bitów, ewentualnie dodatkowo obejmuje etap, w którym nadaje się skwantowane sygnały podpasm, współczynniki skalowania i informacje o przydziale bitów.

166 859

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku etap nadawania stanowi etap, w którym zapisuje się informacje na ścieżce nośnika zapisu. Korzystnie etap zapisywania informacji stanowi etap, w którym zapisuje się informacje na magnetycznym nośniku zapisu. Rozwiązanie według wynalazku objaśnione zostanie w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ przetwarzania sygnału według wynalazku, fig. 1 a - bloki sygnałowe sygnałów podpasm SB1 do SBm, przy czym każdy blok sygnału zawiera q próbek, fig. 2 - kwantowanie trzybitowego odwzorowania dwójkowego, fig. 3 - położenia zapotrzebowanych bitów bi, b2... wzdłuż osi liczbowej, fig. 4 - sposób wyznaczenia zapotrzebowania bitowego bi...bp, fig. 5 sposób przydzielania bitów do bloków sygnałowych w podpasmach, fig. 6 - wstępny przydział bitów, fig. 7 - tabelę poprawek stosowaną przy dodawaniu liczb przy wykorzystaniu logarytmicznego odwzorowania liczb, fig. 8 - schemat układu wyznaczania zapotrzebowania bitowego, fig. 9 - schemat układu przydziału bitów, fig. 10 - schemat blokowy nadajnika zawierającego blok zapisu skwantowanych sygnałów podpasm na magnetycznym nośniku zapisu, fig. 11,12 i 13 przedstawia różne etapy przydziału w zależności od wartości zasilania Vi, a fig. 14 przedstawia schemat zespołu wytwarzającego sygnały sterujące dla różnych etapów przydzielania.

Przykład z rysunku dotyczy kodowania podpasm pojedynczego sygnału cyfrowego, zwłaszcza sygnału monofonicznego lub kodowania podpasm tylko prawej lub lewej składowej sygnału stereofonicznego. Oznacza to, że P równa się M, a w każdym sygnale podpasma występuje tylko jeden sygnał podpasma.

W przypadku sygnału stereofonicznego, P równa się 2M, a w każdym podpaśmie występują dwa sygnały podpasm.

Na figurze 1 przedstawiono układ przetwarzania sygnału cyfrowego według wynalazku. Szerokopasmowy sygnał cyfrowy doprowadzony jest do przyłącza wejściowego 1. Może być rozważany sygnał akustyczny o szerokości pasma około 20 kHz.

Do wejścia 1 doprowadzane są na przykład 16-bitowe próbki sygnału akustycznego, przy częstotliwości próbkowania 44 kHz. Sygnał akustyczny doprowadzono do kodera podpasm 2, który obejmuje blok rozszczepiania sygnału. Koder podpasm 2 rozdziela sygnał akustyczny na M podpasm za pomocą filtrów, to znaczy filtru dolnoprzepustowego LP, M-2 środkowoprzepustowego filtru BP i filtru górnopr^^^j^t^.st^o^^^go HP. M korzystnie jest równe 32. Częstotliwość próbkowania M sygnałów podpasm jest zmniejszana w blokach oznaczonych przez 9. W blokach tych częstotliwość próbkowania jest redukowana przez współczynnik M. Otrzymane w ten sposób sygnały są osiągalne na wyjściach 3.1, 3.2,...3.M. Na wyjściu 3.1 osiągalny jest sygnał w podpaśmie najmniejszym SBu Na wyjściu 3.2 osiągalny jest sygnał w drugim po najniższym podpaśmie SB 2. Na wyjściu 3.M osiągalny jest sygnał w podpaśmie najwyższym SBm. Sygnały na wyjściach 3.1 do 3.M mają strukturę kolejno po sobie następujących próbek wyrażonych w liczbach 16 bitowych lub większych, na przykład 24. W rozważanym przykładzie wykonania wszystkie podpasma SB1 do SBm mają taką samą szerokość, jednak nie jest to konieczne. Zazwyczaj stosowany jest podpodział na zespoły podpasm, których szerokości pasm odpowiadają w przybliżeniu szerokości pasm krytycznych ludzkiego układu słuchu w odpowiednich zakresach częstotliwości. Działanie kodera podpasm 2 jako znane, nie będzie tu szeroko wyjaśniane. Sygnały podpasm zespolone są w kolejno po sobie następujące bloki sygnałowe q kolejno po sobie następujących próbek (fig. 1a) i są doprowadzone do odpowiadających kwantyzerów Q1 do Qm. W kwantyzerach Q_m próbki są kwantowane, do postaci próbek skwantowanych mających liczbę bitów nm mniejszą od 16.

Na figurze 2 przedstawiono kwantowanie 3-bitowym odwzorowaniem dwójkowym. W trakcie procesu kwantowania bloki (grupy) sygnałowe q kolejnych próbek sygnałów podpasm są każdorazowo skwantowane liczbą bitów, którą w przykładzie z fig. 2 jest liczba 3. Na przykład q jest równe 12. Ponadto, q próbek w bloku sygnałowym zostaje znormalizowanych. Normalizacja ta jest przeprowadzana przez dzielenie amplitud q próbek przez amplitudę próbki mającej największą wartość bezwzględną w bloku sygnału. Amplituda próbki mającej największą amplitudę w bloku sygnału podpasma SBm prowadzi do współczynnika skalowania SFm. Następnie amplitudy znormalizowanych próbek, które są usytuowane w zakresie amplitud od -1 do +1, są kwantowane zgodnie z fig. 2.

166 859

Oznacza to, że próbki w zakresie amplitudy pomiędzy -1 i -0,71 skwantowane są 3 bitową liczbą 000; próbki w zakresie amplitudy od -0,71 do 0,42 skwantowane są przez 001; próbki w zakresie amplitudy od 0,42 do 0,14 skwantowane są przez 010; próbki w zakresie amplitudy od -0,14 do 0,14 skwantowane są przez 001; próbki w zakresie amplitudy od 0,14 do 0,42 skwantowane są przez 100; próbki w zakresie amplitudy od 0,42 do 0,71 skwantowane są przez 101; a próbki w zakresie amplitudy od 0,71 do 1,00 skwantowane są przez 110. Skwantowane próbki w podpasmach SB1 do SBm są więc osiągalne na wyjściach 4.1 do 4.M.

Wyjścia 3.1 do 3.M kodera podpasm 2 są dołączone do wejść 5.1 do 5.M bloku wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6. Blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6 wyznacza zapotrzebowanie bitowe bm dla bloków sygnałowych równoważnego czasu q próbek w podpasmach SB1 do SBm Zapotrzebowanie bitowe bm jest liczbą odniesioną do liczby bitów, którymi q próbek w q próbkowym bloku sygnału w sygnale podpasma powinno być skwantowane. Zapotrzebowanie bitowe b1 do bM wyprowadzone przez blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6, doprowadzane są do bloku przydziału bitów 7. Blok przydziału bitów 7 odpowiadających bloków sygnałowych podpasm SB1 do SBm jest skwantowanych. Sygnały sterujące odpowiadające liczbom n do nM doprowadzane są do odpowiednich kwantyzerów Q1 do Qm liniami 8.1 do 8.M tak, że kwantyzery mogą kwantować próbki przy prawidłowych liczbach bitów.

Wyjaśnione zostanie działanie bloku wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6 i bloku przydziału bitów 7. Zapotrzebowanie bitowe dla bloków sygnałowych równoważnego czasu z q próbek w sygnałach podpasm SB1 do SBm wyprowadzono z oszacowania dla zasilania vm i współczynnika skalowania SFm w bloku sygnału w sygnale podpasma SBm. Zasilanie v_m można obliczyć na przvkład ze wzoru:

¹ V 2 ^vm = - X S, q ,=1 gdzie: s1 jest amplitudą i tej próbki w q-próbkowym bloku sygnału w podpaśmie SBm. Współczynnik skalowania SFm był równy amplitudzie próbki w bloku sygnału mającej największą wartość bezwzględną. W kontekście tym należy zauważyć, że oszacowanie zasilania Vm bloku sygnału w podpaśmie SBm można również otrzymać zakładając, że Vm jest równe kwadratowi współczynnika skalowania SFm. Dla wszystkich odpowiednich bloków sygnałowych w sygnałach podpasm SB1 do SBm określono w ten sposób zasilanie Vm i współczynnik skalowania SDF_m. Zasilania te są uporządkowane jako wektor {v}. Mnożąc ten wektor {v} przez macierz [D] MxM, otrzymuje się wektor {w} wykorzystując następujący wzór:

{w} = [D]{v} + {w_r}

We wzorze tym [D] jest macierzą, której składowe d oznaczają współczynnik, przez który mnoży się zasilanie vj bloku sygnału q-próbkowego w sygnale podpasma SBj, aby obliczyć zamaskowane zasilanie w podpaśmie SBi, wywołane przez sygnał w bloku sygnału q-próbki w sygnale podpasma SBj, a wr, jest składową wektora {wr}, która oznacza próg maskowania w podpaśmie SBi. Tak więc w_rm ma związek z maksymalnym sygnałem zasilania sygnału w podpaśmie SBm, który nie jest słyszalny.

Wektor {w} ma składowe w_n które są oszacowaniami skwantowanego szumu w każdym podpaśmie SB,. Skwantowany szum w podpaśmie SB1, którego zasilanie jest mniejsze od w, jest więc niesłyszalny. Składowe d,j macierzy [D] obliczono w znany sposób. Zapotrzebowanie bitowe b1 do bM można obliczyć ze wzoru:

lub ogólnej:

bm^K,1 -^(^/2:3^+1) bm = Kl² · log (K₂^SFm²/wM + K3)

I66 859

Zależność poprzednia może być łatwo wyprowadzona z ostatniej zależności przy założeniu:

K2 = I/V;3 i K3 = i. Ki, K2 i K3 są stałymi, dla których Ki jest korzystnie równe w przybliżeniu i, K2 jest korzystnie równe w przybliżeniu i/73. K3 ma szerszy zakres możliwości. Można przyjąć, że K3 jest mniejsze od io, przy czym korzystnie przyjmuje się K3=i, lub może być pominięte. W dodatku w tym ostatnim przypadku będzie wprowadzone łatwiejsze obliczenie. Współczynniki (zapotrzebowanie bitowe) bi do bM otrzymane w ten sposób znajdują się w określonym zakresie amplitudy. Współczynniki te mogą być ujemne lub niecałkowite. Współczynnik bm ma związek z liczbą bitów, którą powinny być kwantowane próbki w q-próbkowym bloku sygnału podpasmowego SBm tak, aby utrzymać, że jeśli bmi dla sygnału podpasmowego SBmi jest większe od b_m2 dla sygnału podpasma SBm2, to liczba bitów, którymi powinno być skwantowanych q próbek w bloku sygnału w sygnale podpasma SBmi musi być większa od liczby bitów, którymi powinny być skwantowane q próbek równoważnego czasowo bloku sygnału w sygnale podpasma SB_m2.

Przedstawiono to w zależnościach jakościowych w odniesieniu do fig. 3. Na fig. 3 wykreślono wzdłuż osi liczbowej siedem zapotrzebowań bitowych bi do bs, b_max i bmin · bmaxjest zapotrzebowaniem bitowym mającym największą wartość, a bmin jest zapotrzebowaniem bitowym mającym najmniejszą wartość. Można zauważyć, że bmm, b2 i bs są ujemne, a ponadto spełniona jest zależność: bmin < bs < b2 < b4 < b3 < bmax Można przyjąć, w zależnościach jakościowych, że sygnał podpasma SBm z bm = Bmm powinien/może być skwantowany z najmniejszą liczbą bitów, a sygnał podpasma SBm z bm = bmax z największą liczbą bitów.

Na figurze 4 przedstawiono sieć działań bloku wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6. Przedstawiono tu program wyznaczania zapotrzebowań bitowych bi do bM dla równoważnych w czasie q-próbkowych bloków sygnałowych w sygnałach podpasm SB 1 do SBm. Rozważono w tym przypadku tylko pojedynczy q-próbkowy blok sygnału w sygnale podpasma. Dla kolejnego q-próbkowego bloku sygnału w sygnale podpasma oraz bloków sygnałowych innych sygnałów podpasm odpowiadających tym blokom sygnałów (w przypadku równoległo-czasowego doprowadzania sygnału podpasma) działanie odwzorowane na fig. 4 zostanie przedstawione jeszcze raz. Działanie to rozpoczyna się w bloku io. Najpierw zmienna bieżąca m ustawiana jest na i (blok i2). Następnie wprowadzanych jest q próbek Si...Sq bloku sygnału w sygnale podpasma SSBm (blok i 4) i obliczane jest zasilanie Vm (blok i6). Określany jest również współczynnik skali SFm (blok i8). Bloki i4, I6 i I8 są powtarzane dla wszystkich sygnałów podpasm w pętli poprzez bloki 2o i 22. Po wyznaczeniu wartości Vm i SFm dla wszystkich odpowiednich bloków sygnałowych przeprowadzane są obliczenia macierzowe, aby otrzymać wektor {w} (blok 24). Następnie m jest powtórnie ustalane na i (blok 26) i zapotrzebowanie bitowe (bm) określane jest (blok 28) dla wszystkich podpasm w pętli poprzez bloki 3o i 32, po których działanie jest wstrzymywane (blok 34). Zapotrzebowania bitowe bm określane są w bloku 28 według podanej poprzednio zależności, podczas gdy stałe Ki, K2 i K3 przyjęto odpowiednio równe i, i/V3 i o.

Sposób z fig. 4 przedstawia nieprzerwane w czasie obliczenia składowych Vm wektora {v}, porównaj pętlę poprzez blok 22 w programie, a sposób ten przedstawia nieprzerwane w czasie obliczanie zapotrzebowań bitowych bi do bM, porównaj pętlę poprzez blok 32. Jest to sposób bardzo odpowiedni, w szczególności jeśli odpowiednie bloki sygnałowe z próbkami Si do s_q dla kolejnych podpasm SBi, SB2,.. . SBm-ι SBm doprowadzane są szeregowo. Jeśli bloki sygnałowe doprowadzane są równolegle, to obliczanie składowych Vm może być przeprowadzone równolegle dla wszystkich podpasm i wówczas omija się pętlę w bloku 22. Podobnie zapotrzebowania bitowe bi do bM mogą być obliczane równolegle i to spowoduje, że pętla w bloku 32 będzie zbędna. Wyjaśnione zostanie działanie układu przydziału bitowego 7. W tym celu będzie wykorzystany schemat z fig. 5. Program określa wartości nido nMz zapotrzebowań bitowych bido Bm dla równoważnych w czasie q-próbkowych bloków sygnałowych w sygnałach podpasm SBi do SBm. Tu także ważny jest pojedynczy blok sygnału z g próbkami w sygnale podpasma. Sposób z fig. 5 zostanie przeprowadzony dla bezpośrednio kolejnego q-próbkowego bloku sygnału w sygnale podpasma i równoważnych w czasie bloków sygnałowych w innych sygnałach podpasm. Załóżmy, że po skwantowaniu jest dostępnych Bo bitów dla przekazania ogólnej i66 859 informacji związanej z M blokami sygnałowymi z q próbkami, na przykład każda po 24 bity. Przyjmując, że po skwantowaniu jest dostępnych R bitów na próbkę, przeciętnie w podpasmach, to obowiązuje, że Bo jest równe największej liczbie całkowitej mniejszej od M.q.R. Przekazywane są nie tylko skwantowane próbki, ale również współczynniki skalowania SFi do SFm (informacja współczynnika skalowania)i informacja o przydziale bitów, to znaczy informacja, która ma związek z liczbą bitów, którymi są skwantowane próbki w bloku sygnałowym w sygnale podpasma, to znaczy wartości ni do nM. Informacja przydziału bitów jest wówczas odwzorowana przez y=4 bity dla każdego nM. A więc wynika z tego, że tylko B=Bo-y M bitów jest dostępnych dla przesłania M bloków sygnałowych skwantowanych sygnałów podpasm i informacji współczynnika skalowania. Ponadto y-bitowa liczba (y=4) oooo w informacji przydziału bitów oznacza, że żadne próbki nie są przesyłane w związanym podpaśmie. W przypadku tym również nie będą przesyłane żadne informacje współczynnika skalowania dla tego podpasma. Informacja współczynnika skalowania dla podpasma jest przedstawiona za pomocą x-bitowej liczby (x=6).

Sposób przydziału bitów jest następujący. Sposób ten zaczyna się w bloku 4o, fig. 5. Następnie wszystkie liczby nm są najpierw ustalane na zero. Wówczas przeprowadzany jest wstępny przydział bitów w bloku 44. Później określane jest największe zapotrzebowanie bitowe bj. W przykładzie z fig. 3 będzie to bmax. Następnie rozważane jest czy nj jest większe czy równe pewnej wartości n_max (blok48). W prezentowanym przykładzie nmax jest równe i6. Oznacza to, że skwantowane próbki mogą być tylko odwzorowane przez liczby dwójkowe z maksimum i6 bitami. Jeśli ni jest większe lub równe nmax, to q-próbkowy blok sygnałowy w podpaśmie j będzie wyłączony z przydziału dalszych bitów. W tym celu zapotrzebowanie bitowe bj ustala się na tak zwaną wartość flagi (blok 66). Wartość flagi jest odwzorowana na fig. 3 i ma wartość mniejszą od najmiieeszego zapotrzebowania bitowego bmin. Jeśli ci w bloku 56 jest większe od jedności, to nj może być większe od nmax. W dodatku przyjmuje się wówczas w bloku 66, że njest równe max. Jeśli nj równa się zeru (blok 5o) to program przechodzi przez bloki 52 i 54. W bloku 54 przydziela się wstępnie ai bitów do podpasma SBj. Oznacza to nj = ai. Ogólna liczba B dostępnych bitów maleje teraz o ai.q+x. Każda z q skwantowanych próbek bloku sygnałowego w sygnale podpasmowym SBj jest odwzorowana przez ai bitów, w dodatku dodawany jest współczynnik skali SFj x-bitowej długości. Ponadto, w bloku 54 zmniejsza się zapotrzebowanie bitowe bj o wartość a2. Jeśli n, nie jest równe zeru, to program przechodzi przez blok 56. Liczba bitów nj jest teraz zwiększona o ci. Ogólna liczba B dostępnych bitów zmniejszona jest teraz o ci q, ze względu na fakt, że q skwantowanych próbek w w bloku sygnałowym jest teraz odwzorowanych przez dodatkową liczbę ci bitów. Przydział bitów ma miejsce tylko wtedy, jeśli jest jeszcze wystarczająca ilość dostępnych bitów. Dlatego występuje blok 52. Jeśli jest niewystarczająca ilość dostępnych bitów, to program przechodzi do bloku 66, w którym odpowiednie zapotrzebowanie bitowe bj jest ustawione na wartość flagi. Blok sygnału w rozważanym podpaśmie jest wówczas wyłączony z dalszego przydziału bitów. Program powraca w pętli 62 do bloku 46 dla następnego obliczenia naawiększego zapotrzebowania bitowego tak długo, jak długo są zapotrzebowania bitowe, które mają wartości większe od wartości flagi (blok 58) i tak długo, jak długo jest wystarczająca ilość dostępnych bitów (blok 6o). Jeśli wszystkie zapotrzebowania bitowe bm są mniejsze lub równe wartości flagi, to program zostaje przerwany. Program będzie również przerwany jeśli jest niewystarczająca ilość bitów do przydzielania (blok 6o).

Sposób ten charakteryzuje się tym, że po przeprowadzeniu pierwszego przydziału bitów (blok 54), liczba przydzielonych bitów (ai) jest większa od liczby bitów jednego lub więcej przydziałów następnych (blok 56) (ci), wyrażoną różnicowo ai> ci. Ponadto obowiązuje, że a2 jest większe lub równe i. Korzystnie ai jest równe a2 i ci równe c2 . ai, a2, ci i c2 są liczbami większymi od zera.ai i ci są korzystnie liczbami całkowitymi. Ale nie jest to niezbędne, co ilustruje przykład. Przyjęto, że pożądane jest skwantowanie próbek w bloku sygnałowym w pięciu poziomach. Do tego celu są potrzebne 3 bity na próbkę. Jednak nie jest to kodowanie efektywne, ponieważ 3 bitami jest możliwy podpodział na siedem poziomów. Jeśli jednak połączone zostaną trzy próbki, to te trzy próbki z pięcioma poziomami sygnału będą stanowić 125 opcji. Te i25 opcji może być odwzorowanych za pomocą 7 bitowej liczby binarnej, a więc nie więcej niż 7/3 bitów na próbkę. nm byłoby w tym przypadku równe 7/3. Zapewnia to bardziej

166 859 efektywne kodowanie. Po przesłaniu skwantowanych próbek zostają łącznie przesłane informacje o współczynniku skalowania i przydziale bitów. Informacje współczynnika skalowania mają postać słów x-bitowych, z których każde słowo x-bitowe oznacza współczynnik skalowania SFm należący do q próbek w bloku sygnału w podpaśmie SBm. Informacje przydziału bitów mają postać słów y-bitowych, z których każde słowo y-bitowe oznacza liczbę bitów n_m, przez którą odwzorowano próbkę w bloku sygnału w podpaśmie SB m. Jeśli w bloku wytwarzania zapotrzebowania bitowego 6 wykorzystuje się tylko współczynnik skali SFm do obliczenia zasilania Vm, to znaczy, że ponieważ przyjęto Vm równe kwadratowi SFm, to informacja przydziału bitów nie musi być transmitowana łącznie. Po stronie odbiorczej zapotrzebowania bitowe b do bM mogą być wyprowadzone z przesłanych współczynników skalowania SFm oraz na podstawie tych zapotrzebowań wielkości m do nM, po zastosowaniu przedstawionego już sposobu obliczeń. Tak więc odbiornik zawiera blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego, który określa zasilanie Vm ze współczynników skalowania SFm i wyprowadza z tych zasilań zapotrzebowania bitowe bm, oraz zawiera również blok przydziału bitów, który oblicza wielkości n do πμ na podstawie zapotrzebowań bitowych bm ilości dostępnych bitów, która w tym przypadku jest równa Bo. Ponieważ B=Bo-y M, to przedstawiony sposób jest korzystny w tym sensie, że może być przydzielonych więcej bitów do podpasm. Czasem może być konieczne wstępne przydzielenie szeregu bitów do bloku sygnałowego w podpaśmie SBm, na przykład w przypadku, gdy istnieją bloki sygnałowe, które nie powinny być skwantowane przez zero bitów, bez względu na ich zapotrzebowanie bitowe. Powodem tego jest to, że bloki sygnałowe nie powinny być włączone lub wyłączone w sposób niekompetentny. Spowodowałoby to efekty słyszalne. Powyższe wskazuje również, że czasem może być konieczne lub użyteczne wyłączenie bloku sygnałowego z przydziału bitów. W tym celu wstawiono blok 44 w programie z fig. 5. Na fig. 6 objaśniono przetwarzanie w bloku 44. Odwzorowano tu dwa bloki sygnałowe w podpasmach SBk i SBu do których wstępnie przydzielono szereg bitów Ako lub Aio. Wynika z tego, że nk = Ako i n = Am. Od zapotrzebowań bitowych bk i b odjęto odpowiednie wartości Ak1 i An, a pozostałą liczbę bitów B zmniejszono odpowiednio o Ako . q-x i Aio . q-x. Dla Ako i Ad obowiązuje to samo co dla a2. Korzystnie Ak1 = A11 = a2.

Bloki sygnałowe w podpasmach SBk i SBi mogą, naturalnie jeśli potrzeba, mieć przydzielonych więcej bitów w bloku 56 według sposobu przedstawionego na fig. 5.

Ponadto w bloku 44 z fig. 6 pokazano, że blok sygnałowy w podpaśmie SB f jest wyłączony z przydziału bitów. W tym celu zapotrzebowanie bitowe bf dla tego bloku sygnałowego ustalono jako równe wartości flagi.

Figura 11,12 i 13 przedstawiają sytuacje, w których jest wstępny przydział bitów oraz, w których nie ma wstępnego przydziału bitów dla podpasm. Figury te pokazują kolejne przydziały czasowe ΔΤ, w których jest przetwarzana grupa M bloków sygnałowych z M podpasm. W każdym przedziale czasowym określone jest zasilanie v, (t) i wielkość w, (t) dla każdego podpasma Sbj. Jeśli v, (t) jest większe od w, (t), to będzie wstępny przydział bitów do podpasma SBi. Jak to jest widoczne z fig. 11 obowiązuje to dla okresów czasowych usytuowanych przed t=t1. Na fig. 14 przedstawiono układ za pomocą którego, na podstawie wielkości v(t) i Wi (t), mogą być wyprowadzone sygnały sterujące oznaczające czy wstępny przydział bitów ma miejsce, kiedy wyjście przerzutnika 14o reprezentuje poziom wysoki lub logiczną 1, lub czy przydział bitów nie występuje, kiedy wyjście przerzutnika 141 ma poziom wysoki, lub czy wstępny przydział bitów nie występuje, kiedy wyjście licznika 142 ma poziom wysoki. W tym ostatnim przypadku bity mogą być ciągle przydzielone do rozważanego podpasma, ale przydział wówczas nastąpi w bloku 54 i może również nastąpić w bloku 56. Sygnały sterujące mogą być wówczas doprowadzone do bloku 44 z fig. 6, a określają one jakie działanie będzie przeprowadzone w tym bloku. W chwili t=t1, Vi (t) staje się mniejsze od w, (t). Wyjście 144 komparatora 143 reprezentuje poziom niski podczas gdy wyjście 145 tego komparatora reprezentuje poziom wysoki. Ten sygnał o wysokim poziomie doprowadzony jest poprzez bramkę LUB 147 do bramki I 148 tak, że impulsy zegarowe przechodzą do bramki I 149 z prędkością f równą 1/ΔΤ. Ponieważ sygnał o wysokim poziomie doprowadzono do drugiego wejścia bramki 1149 poprzez inwerter 15o, to impulsy zegarowe przechodzą do wejścia 15. Licznik 142 odlicza teraz od początkowego stanu 5 (dziesiętnie) pod wpływem impulsów zegarowych (fig. 11). Ponieważ

166 859 wejście licznika 142 pozostaje na niskim poziomie, to stan przerzutnika 140 nie zmienia się tak, że utrzymanyjest wstępny przydział bitów. W następnym przedziale czasowym Vi (t) jest większe od wi (t). Na wejściu 144 komparatora 143 występuje poziom wysoki, co powoduje, że narastające zbocze zasila wejście ustalające licznika 142 poprzez bramkę LUB 152. Zliczenie licznika 142 jest ustawione na 5 (dziesiętnie). W chwili t2 (fig. 11) Vi (t) staje się znowu mniejsze od wi (t). Teraz Vi (t). pozostaje mniejsze od wi (t) przez dostatecznie długi okres czasu, tak że staje się możliwe odliczanie licznika 142 w dół, aż osiągnięte będzie 0 (dziesiętnie). Osiąga się to w chwili t = t3 (fig. 11). W chwili tej wyjście licznika 142 jest na poziomie wysokim. Przerzutnik 140 jest zerowany. Działanie zliczające licznika 142 jest blokowane przez inwerter 150 i bramkę I 149 tak, że utrzymuje się zliczenie 0. Wstępne bity nie są już przydzielone do tego podpasma. W chwili t = t4, Vi (t) staje się znowu większe od w, (t). Licznik 142 zostaje przestawiony do zliczenia 5, a ponadto przerzutnik 140 zostaje ustawiony w taki sposób , że wstępne bity są znowu przydzielane.

Figura 12a przedstawia sytuację, w której v, (t), tuż przed wyzerowaniem licznika 142, stało się mniejsze od określonej wartości progowej v_thr. W chwili t = t5 wyjście 145 komparatora 143 ma ponownie poziom niski, a wyjście 146 wysoki. Ponieważ inwerter 153 doprowadza sygnał o wysokim poziomie do jednego wejścia bramki 1154, to ten wysoki poziom sygnału jest przeniesiony do bramki 1148 poprzez bramkę 1154 i bramkę LUB 147. Licznik 142 ciągle zlicza. Faza wstępnego przydziału bitów jest więc utrzymana aż osiągnięte będzie zliczenie 0 (dziesiętne). Wyjście licznika 142 narasta. Powoduje to, że przerzutnik 141 zostaje ustawiony przez bramkę 1155. Wysoki poziom sygnału wyjściowego przerzutnika 141 jest doprowadzony przez bramkę 1156 i bramkę LUB 152 do wejścia ustalaj ącego licznika 142, który natychmiast skacze do zliczenia 5 (dziesiętnie). Dalsze odliczanie licznika 142 jest blokowane, ponieważ inwerter 153 doprowadza sygnał o niskim poziomie do jednego wejścia bramki I 154. Od chwili t6 nie ma przydziału bitów do żadnego odnośnego podpasma.

Figura 12b przedstawia sytuację, w której Vi (t) pozostaje w zakresie pomiędzy v_thr i wi (t) dostatecznie długo, tak że rozpoczyna się faza bez wstępnego przydziału bitów. W chwili t7, Vi będzie mniejsze od v_thr. W chwili tej wejście 145 ma poziom niski, a wejście 146 wysoki. W chwili tej przerzutnik 141 jest ustawiony przez bramkę I 155, a licznik 142 jest przestawiony na zliczanie 5 przez bramkę I 156 i bramkę LUB 152. Wyjście licznika 142 ma więc poziom niski, wyjście przerzutnika 141 ma poziom wysoki. Nie ma żadnego przydziału bitów.

Figura i3 pokazuje sytuację, w której vi (t) znowu wzrasta. W tej chwili tg, vi (t) staje się większe od v_thr· Wyjście 145 przyjmuje poziom wysoki, tak że licznik 142 może odliczać w następnym przedziale czasowym v, (t) jest znowu mniejsze od v_thr. Wyjście 146 przyjmuje znowu poziom wysoki, tak że licznik jest przestawiany na zliczenie przez bramkę 1156 i bramkę LUB 152. Jeśli v, (t) jest większe od v_th- przez dostatecznie długi okres czasu, to licznik 142 może odliczać od zera. Przy t = ts wyjście z licznika 142 przyjmuje poziom wysoki. Przerzutnik 14 zostaje przestawiony przez bramkę I 159, do której doprowadzony jest sygnał o wysokim poziomie przez inwerter 158, tak że w chwili tej przerwana zostaje faza bez przydziału bitów i zmieniona na fazę bez wstępnego przydziału bitów.

Obecnie wyjaśnione zostanie uproszczone obliczenie zapotrzebowania bitowego bm. W obliczeniu tym wykorzystuje się logarytmiczne odwzorowanie różnych wielkości, które odgrywają rolę w obliczeniu. Jest to możliwe, ponieważ mamy do czynienia ze względną, a nie bezwzględną dokładnością zapotrzebowań bitowych w odniesieniu do obliczeń zapotrzebowań bitowych bi do bm. W odwzorowaniu logarytmicznym liczba g jest przybliżona przez g=r^k, gdzie r jest ustaloną podstawą większą od jedności, a wykładnik k wybrano jako liczbę całkowitą. Liczba g jest przybliżona w możliwie najlepszy sposób przez właściwy wybór k. Liczba całkowita k jest stosowanajako odwzorowanie g. W obliczeniach zapotrzebowania bitowego bm znajduje się zarówno mnożenie dwóch liczb jak i dodawanie dwóch liczb. Mnożeniu w odwzorowaniu logarytmicznym odpowiada dodawanie potęg. To znaczy, jeśli gi = r*i i g2 = r^ to odwzorowanie logarytmiczne gi.g2 będzie równe ki + k2. Dla odwzorowania logarytmicznego dodawania tych dwóch liczb gi i g2 obowiązuje co następuje. Zakładając, że gi > g2 obowiązuje, że gi+ g2 = r^kl + T(ki-k2). Logarytmiczne odwzorowanie gi+g2 jest więc równe ki+ T(ki-k2). T(ki-k2) jest współczynnikiem poprawkowym w postaci liczby całkowitej, która może być

I2

I66 859 wyprowadzona z tabeli. Fig. 7 przedstawia tabelę tego typu dlar=2i^/16. Wartość dla r równającego się 2i’⁶ można otrzymać z analizy dokładności zapotrzebowań bitowych bm. Obliczenia zapotrzebowań bitowych bm w odwzorowaniu logarytmicznym przy właściwie wybranej podstawie r, zamiast zwykłych obliczeń w stałoprzecinkowym odzworowaniu liniowym istotnie zmniejszają szerokość słowa liczb. W dodatku nie jest konieczny kumulator mnożnikowy dla obliczenia wektora {w}, a tylko prosty kumulator i tabela z ograniczoną liczbą elementów. Tabela z fig. 7 odgranicza się od dołu do pamięci stałej mającej zawartość mniejszą od 0,5 kbitów. Seria liczb przechowywanych w pamięci stałej jest stosunkowo mała. Ponadto liczy te ustawiono w określonym porządku. Dlatego jest możliwe zmniejszenie przeszukiwania tabeli jeszcze bardziej, kosztem pewnej logiki. Należy zauważyć, że odwzorowanie logarytmiczne dodawania dwóch liczb jest znane pod nazwą logarytmu Zecha.

Blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6 i blok przydziału bitów 7 mogą być ujęte w oprogramowaniu. Jednak konstrukcje urządzeń są również możliwe. Na przykład na fig. 8 przedstawiono schemat bloku wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6. Na fig. 8 przedstawiono odpowiednie bloki sygnałowe w sygnałach podpasm SBi do SBm, które są doprowadzone szeregowo do wejścia 70. Pierwsza próbka si z podpasma SBi jest doprowadzana pierwsza, a ostatnia próbka sq z podpasma SBm jest doprowadzana jako ostatnia. Największa próbka SFm jest określana dla każdego bloku sygnałowego w zespole określającym próbkę największą 7i, a wartość ta jest następnie przechowywana w pamięci 72. Próbki są podnoszone do kwadratu w zespole potęgującym 73, po czym dostarczane są do wejścia sumatora 74. Wyjście sumatora 74 jest połączone z wejściem pamięci 75. Wyjście tej pamięci 75 jest połączone zarówno do drugiego wejścia sumatora 74 jak i do wejścia dzielnika 76. Elementy oznaczone przez 74,75 i 76 określają wielkość Vm dla każdego bloku sygnałowego. W tym celu pierwsza próbka si bloku sygnałowego jest podnoszona do kwadratu w sygnale podpasmowym SBmw zespole potęgującym 73, a w sumatorze 74 jest dodawana do wartości przechowywanej w pamięci 75, która to wartość jest chwilowo zero, po czym jest przechowywana w pamięci 75. Następnie druga próbka S2 jest podnoszona do kwadratu, dodawana do wartości przechowywanej w pamięci 75, a następnie zapisana w tej pamięci. Kontynuowane jest to aż ostatnia próbka Sq zostanie podniesiona do kwadratu i dodana do wartości przechowywanej w pamięci 75. Otrzymana w ten sposób suma w ^pam^ięc^{i 75} jes^t równa q

Σί i = 1 która następnie po podzieleniu przez q w dzielniku 76 zapisana jest jako składowa v_m w pamięci 77. Podobne obliczenia wykonywane są dla odpowiednich bloków sygnałowych dalszych podpasm, aż wszystkie składowe wektora {v} zostaną zapisane w pamięci 77. Blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6 obejmuje oprócz tego pamięć 78 dla przechowywania składowych macierzowych dmi macierzy [D] i pamięć 79 dla przechowywania składowych wrm wektora {w}. Wyjścia pamięcią 77 i 78 dołączone są do wejść mnożnika 80. Wyjście mnożnika dołączone jest do pierwszego wejścia sumatora 8i, którego jedno wyjście dołączone jest do wejścia pamięci 82. Wyjście pamięci 82 dołączone jest zarówno do drugiego wejścia sumatora jak i do pierwszego wejścia sumatora 83. Elementy oznaczone jako 80,8I i 82 przeznaczone są do przeprowadzania mnożenia macierzowego [D] {v}. W trakcie tej operacji wartość dmi z pamięci 78 jest mnożona przez wartość vi z pamięci 77 dla określonego podmasma m, a wynik jest dodawany w sumatorze 81 do wartości istniejącej w tej chwili w pamięci 82, która jest zero oraz następnie zapisany w pamięci 82. Następnie dm2 jest mnożone przez V2 i wynik jest dodawany do wartości zapisanej w pamięci 82. Kontynuowane jest to, aż dmM zostanie pomnożone przez vm i wynik doda się do wartości zapisanej w pamięci 82. W tej chwili wartość

ΜΣ dmiVi zostaje zapisana w pamięci 82. Wartość wrmzapisana w pamięci 79 jest dodawana do 1=1 tego wyniku w sumatorze 83. Otrzymana tak wartość wm jest zapisana w pamięci 84. Procedura ta jest powtórnie iterowana dla odpowiednich bloków sygnałowych w dalszych podpasmach, aż wszystkie składowe wektora {w} zostaną zapisane w pamięci 84. Następnie, dla każdego podpasma SBm odczytywane są wartości SFm i wm z pamięci 72 i 84 i doprowadzone są do zespołu obliczającego, który w końcu określa zapotrzebowanie bitowe bm. To zapotrzebowanie

166 859 bitowe jest zapisane w pamięci 86. Obliczenia te są również przeprowadzane dla dalszych podpasm, aż wszystkie zapotrzebowania bitowe bi do bM zostaną zapisane w pamięci 86. Procedura ta może być powtórnie iterowana dla kolejnych serii M bloków sygnałowych. Układ pokazany na fig. 8 wykorzystuje również fakt, że informacje są dostarczane szeregowo. Gdyby bloki sygnałowe były dostarczane równolegle, to obliczenia mogłyby być w dużej mierze przeprowadzane równolegle. Znaczy to na przykład, że obwód zawierający elementy 7i, 73,74, 75 i 76 mogłyby pojawić się M razy w urządzeniu. Obwód zawierający elementy 80,81,82 i 83 mógłby podobnie pojawiać się M razy.

Na figurze 9 przedstawiono schemat bloku przydziału bitów 7. Blok przydziału bitowego zawiera pamięć 9o, w której zapisano liczbę bitów B jeszcze przydzielanych, pamięć 91, w której zapisano wartości ni do nm i pamięć 92, w której zapisano zapotrzebowania bitowe bi do bM. Pamięć 92 może odpowiadać pamięci 86 z fig. 8. Na początku cyklu przydzielania zapisywana jest początkowa wartość B w pamięci 9o, która to wartość jest dostępna na złączu 94. Ponadto, początkowe wartości zapotrzebowań bitowych bm zapisano w pamięci 92, podczas gdy pamięć 9i przechowuje wszystkie zera dostarczone do zacisku 93 za pomocą sygnałów zerujących. Następnie, detektor 95 określa największą wartość zapotrzebowań bitowych zapisanych w pamięci 92. Może to być zrealizowane, na przykład przez kolejne odczytywanie wszystkich zapotrzebowań bitowych bi do bM z wyjścia 96 i doprowadzenie tych zapotrzebowań bitowych linią 97 do wejścia 98 detektora 95. Na wyjściu 99 detektor 95 dostarcza indeks naawiększego zapotrzebowania bitowego bj. Indeks j używany jest jako adres dla zaadresowania przez linię ioo miejsc w pamięci 9i i 92 w jakich zapamiętywane są odpowiednie wartości nj, bj, tak że wartości te są dostępne na poszczególnych wyjściach ioi i 96. Wyjście ioi połączone jest z wejściem detektora nj= o i02. Jeśli detektor 102 rozpozna n,=o, to dostarczy na wyjściu io3 sygnał sterujący, który jest doprowadzony do wejść sygnałów sterujących sterowalnych przełączników Si, S2 i S3, przełączniki te przyjmują wówczas inne położenia od przedstawionych na rysunku. Powoduje to, że w zespole odejmującym 105 wartość aiq+k jest odejmowana od wartości B dostępnej na wyjściu io6 z pamięci 9o, a ta nowa wartość jest znowu doprowadzona do wejścia io7 tej pamięci przez linię I04 tak, że ta nowa wartość jest zapisana w pamięci 9o. Ponadto liniami I08 i I09 wartość ai dostępna na zacisku iio- doprowadzona jest do wejścia iii pamięci 91. Przełącznik S4 ma wówczas położenie pokazane na rysunku. Wartość ai zapisywana jest w pamięci 9i jako nowa wartość na nj. W zespole odejmującym 112 wartość a2 jest odejmowana od wartości bj dostępnej na wyjściu 96 z pamięci 92. Otrzymana w ten sposób wartość jest doprowadzona do wejścia 115 przez linie 113 i 114, gdy przełącznik S5 ma położenie pokazane na rysunku tak, że nowa wartość bj może być zapisana w miejscu pamięci bj w pamięci 92. Jeśli detektor 102 rozpozna, że nj nie jest równe zero, to żaden sygnał sterujący nie jest wytworzony. Przełączniki Si, S2 i S3 mają wówczas położeniajak pokazano na rysunku. Wartość ciq jest teraz odejmowana od wartości B zapisanej w pamięci 9o, a wynik tak otrzymany zostaje zapisany w pamięci 9o. W sumatorze 117 wartość ci jest dodawana do wartości nj odczytanej z pamięci 91 przez wyjście ioi. Liniami io8 i io9 ta nowa wartość nj zostaje doprowadzona do wejścia 111 pamięci 91 i zapisana w tej pamięci 91. Ponadto, w zespole odejmującym 112, wartość c2 jest odejmowana od wartości bj występującej na wejściu 91. Otrzymana w ten sposób wartość jest doprowadzana liniami 113 i 1i4 do wejścia 115 pamięci 92. Opisany sposób odpowiada blokowi 56 sposobu przedstawionego na fig. 5. W sposobie z fig. 5 przedstawiono dalej, że blok decyzyjny 48, nj > nmax?, zapewnia, że bj jest ustalone na wartość flagi (blok 66 z fig. 5), a nj na wartość nmax· W układzie z fig. 9 funkcji tej odpowiada detektor nj > nmax 118. Jeśli detektor 118 rozpoczyna sytuację, w której nj > nmax to wytworzy na swoim wyjściu 119 sygnał sterujący, który jest doprowadzony do wejścia sterującego przełącznika sterowalnego, S4, a przez braMką LUB 12o do wejścia sterującego przełącznika sterowalnego S5. Przełączniki te przyjmują wówczas położenie różne od przedstawionych na rysunku. Wartość nmax doprowadzona do zacisku 12, zostaje doprowadzona do wejścia 111 pamięci 91 nmax zostaje więc zapisane w pamięci 91 w miejscu pamięci nj. Stosownie do tego wartość flagi (blok 122) jest doprowadzona do wejścia 115 pamięci 92 i zapisana w miejscu pamięci b. Z układem współpracuje oczywiście nie przedstawiony centralny zespół sterujący, który rozpoznaje sygnały wyjściowe detektora 118, a po wykryciu tych sygnałów dostarcza impulsy ładujące tylko do pamięci 91 i

168 859

92, dla zapisania tam nmax i wartości flagi. Żaden impuls ładujący nie jest wówczas doprowadzony do pamięci 90, ponieważ wartość B w tej pamięci pozostaje bez zmian. Ponadto wartość flagi jest przydzielona do bj, jeśli zarówno nj jest równe zeru i B > a1. q+x (bloki 50, 52 i 66 z fig. 5). Obwód z fig. 9 obejmuje detektor 123 i bramkę I 124. Po pojawieniu się sygnałów sterujących dwóch detektorów 103 i 123, przełącznik S5 zostaje ponownie ustawiony w innym położeniu niż położenie przedstawione na fig. 9, a wartość flagi bp zostaje zapisana w pamięci 92 w miejscu j. W tym przypadku procesor wytwarza impuls ładujący tylko dla pamięci 92, bez żadnych impulsów ładujących dla pamięci 90 i 91. Początkowy przydział bitów opisany w odniesieniu do fig. 6, może być tu również spełniony, na przykład sterowany przez niezbędne sygnały sterujące i adresowe z centralnego sterownika. Nie będzie to dalej wyjaśnione, ponieważ można przyjąć, że jest to oczywiste dla znawców tej dziedziny.

Na figurze 10 przedstawiono zastosowanie kodera podpasm w nadajniku, zwłaszcza w nadajniku w postaci urządzenia rejestrującego skwantowane sygnały podpasm, na jednej lub więcej ścieżkach na magnetycznym nośniku zapisu. Zespół oznaczony przez 130 jest koderem podpasm, który wytwarza skwantowane sygnały na wyjściach 4.1 do 4.M. Zespół oznaczony przez 131 przetwarza te sygnały na wtórny sygnał cyfrowy, który jest dostępny na wyjściu 132. Ten wtórny sygnał cyfrowy zawiera kolejno po sobie następujące ramki, których format jest znany. Również budowa zespołu 131 jest znana. Zespół oznaczony przez 133 przetwarza wtórny sygnał cyfrowy, aby nadawał się do rejestracji na nośniku zapisu, na przykład, magnetycznym nośniku zapisu 134. Zespół 133 zawiera przetwornik 8-na-10. W przetworniku tego typu

8-bitowe słowa danych w szeregowym strumieniu informacji zostają przekształcone na 10-bitowe słowa kodu. Ponadto, może występować przeplatanie. Wszystko to ma na celu umożliwienie korekcji błędów informacji odebranych po stronie odbiorczej (przy odtwarzaniu nośnika zapisu). Sygnał wyjściowy zespołu 133 jest doprowadzony do zespołu rejestracji 135, w którym sygnał zostaje zapisywany na jednej lub więcej wzdłużnych ścieżkach nośnika zapisu 134. Zespół rejestracji 135 zawiera jedną lub więcej głowic rejestrujących 136.

Rozwiązanie według wynalazku nie jest ograniczone tylko do przedstawionych przykładów. Różne zmiany są możliwe do wprowadzenia, bez odejścia od istoty wynalazku określonej w zastrzeżeniach patentowych. Przedstawiono określanie zapotrzebowania bitowego i przydziału bitów dla szeregu M sygnałów podpasm, gdy występował zawsze pojedynczy sygnał podpasma (na przykład sygnał mono) w każdym podpaśmie.

Jednak wynalazek można również zastosować do kodera podpasm, sygnału stereo. Wówczas występują dwa sygnały podpasma w każdym podpaśmie, to znaczy lewy i prawy sygnał podpasma. Rozpatrzone zostaną dwa dowolne sposoby kodowania podpasm sygnału stereo. Pierwszy wariant, to oddzielne przetwarzanie lewego i prawego sygnału podpasma w przedstawiony sposób. Sygnały podpasm SB1 do SBm stanowią wówczas na przykład M lewych sygnałów podpasm. Sposób wyjaśniony uprzednio zostaje więc przeprowadzony dla tych sygnałów podpasm. W bloku wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6 najpierw określa się zapotrzebowanie bitowe bu do bMi. Następnie liczby przydzielonych bitów, to jest nu do nMi, określa się w bloku przydziału bitów 7. W przedstawiony wyżej sposób i wyjaśniony w odniesieniu do fig. 5, wykorzystano wartość B dla przydziału bitów. B było wówczas równe liczbie dostępnych bitów. W przedstawionym przypadku połowa liczby dostępnych bitów B jest wykorzystana dla określenia m do nMi. Druga połowa liczby dostępnych bitów zostaje wykorzystana dla przydziału bitów prawych sygnałów podpasm.

Urządzenie dla kodowania podpasm sygnału stereo według pierwszej opcji zawiera dwa urządzenia przedstawione na fig. 1. Druga część tego urządzenia zawiera zespół rozszczepiania sygnału 2, dla wytworzenia M prawych sygnałów podpasm. Ponadto występuje blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego 6, który określa zapotrzebowanie bitowe bir do bMr oraz blok przydziału bitów 7, który wyprowadza pr^^<^:z^elone bity nu do nMr. Połowa faktycznej liczby dostępnych bitów jest osiągalna.

Według drugiej opcji kodowania podpasm sygnału stereo, wyznaczone zostają zapotrzebowania bitowe bi 1 do bM1 i bir do bMr, takjak w pierwszej opcji. W przeciwieństwie do pierwszej opcji, w której przydział bitów dla lewego i prawego sygnału podpasma przeprowadzono oddzielnie, w wariancie drugim 2M zapotrzebowań bitowych bu do bM1 i bir do bMr dopro166 859 wadzono do bloku przydziału bitów bloku 7, który ma 2M wejść. W bloku tym 2M liczb nu do nM1 i nu do nMr wyprowadzono w podobny sposób jak to przedstawiono w odniesieniu do fig. 5, na podstawie dostępnej liczby bitów. W tym celu blok przydziału bitów ma 2M wyjść. Można ponadto zauważyć, że po zakodowaniu sygnału stereo, rozważanych jest 2M wartości dla informacji przydziału bitów, a każdej odpowiada y bitów. Znaczy to, że dla procedury przydziału bitów sygnału stereo, dostępnych jest nie więcej niż B=Bo - 2.y.M bitów.

FIG.2 bmin t>5 ^2 &4 l>1 t>3 bmax }-l·,--Δ,-pJ,—\j--V wartość |ΐΛθ^ι θ

FIG.3 i66 859

SFm •18 m>M ⁷

( STOP •34

FIG.4

166 859

166 8S9

ⁿk = ^Ak 0 ^bk^=b k ^_Ak1	——- ί ⁿl ^ϊΑΙ0 ! ^bi =^bi-^An	“i—:-’— J ! ! ΐ — bf- 1— — — —
Β = Β-Α^θς-χ	j B= B-A_l0q-x l	\| 1 /4λχ^Ο(*^γΛ [ —i-i--- !

FIG.6

k_rk₂ Tl·)	kl-k₂1l· )	k,-k₂11 ·)	kj-k₂T( ·)	ki-k₂ I( )	lq-k₂ Tl ··)
0	16	15	10	30	6	45	3	60	2	75	1
1	16	16	9	31	5	46	3	61	2	76	1
2	15	17	9	32	5	47	3	62	2	77	1
3	15	18	9	33	5	48	3	63	1	78	1
4	14	19	8	34	5	49	3	64	1	79	1
5	14	20	8	35	5	50	3	65	1	80	1
6	13	21	8	36	4	51	2	66	1	81	1
7	13	22	8	37	4	52	2	67	1	82	1
8	12	23	7	38	4	53	2	68	1	83	1
9	12	24	7	39	4	54	2	69	1	84	1
10	12	25	7	40	4	55	2	70	1	85	1
n	11	26	6	41	4	56	2	71	1	86	1
12	11	27	6	42	3	57	2	72	1	87	1
13	10	28	6	43	3	58	2	73	1	88	1
14	10	29	6	44	3	59	2	74	1	89	0

FIG.7

FIG.8

166 859

1(6)859

130

131

133

135

5 4 5 5 4 3 2 1 0 0 0 5 5 .ΔΤ.

u ι ς <A ^{1 1} * ], »2 ;^ł3 ; *4 “»ł«Pⁿy_w«Hp»y pnycUal bitów Mmm pfcyirfajnT bttiw

FIG.11

-W-f ^U-T—TT r τ___, wj(t) _y /-5Z=»-^ythf wstępny razi

FIG. 12α »6

5 5 nr bitu

Ν' •t nr nr rz^aziol | przydziału **ipy Λ wstępny przydział bitCj przydział bitów

FIG.12 b

I66 859

FIG.13

FIG.14

FIG.1

SB]	—.s,	H.......	........s«	Si.......	......-Sq	Si......	.......S,	Si. ····
sb₂		St..........	.........*1	Si........	.....·««	Si........	·' ·’ι	sr--
SBm	····.$,	St......	........-^sq	Si........	• Λ	S\|.	.......	s,,··

FIG. Ια

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do przetwarzania szerokopasmowego sygnału cyfrowego, zwłaszcza sygnału akustycznego, zawierający przyłącze wejściowe dla wprowadzania cyfrowego sygnału cyfrowego; blok rozszczepiania sygnału dla wytwarzania, na podstawie szerokopasmowego sygnału cyfrowego, zespołu P sygnałów podpasm; blok kwantyzacji, dla kwantowania odpowiednich sygnałów podpasm blok po bloku, przy czym skwantowany sygnał m podpasma składa się z kolejno po sobie następujących bloków sygnałowych, z których każdy zawiera q próbek, przy czym każda z q próbek w bloku sygnału m podpasma reprezentowana jest przez nm bitów; blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego dla wyznaczania zapotrzebowania bitowego bm odpowiednich bloków sygnałów podpasm, przy czym zapotrzebowanie bitowe jest to liczba bitów potrzebnych dla reprezentacji próbek bloku sygnałowego w sygnale m podpasma; oraz blok przydziału bitów, dla przydzielania osiągalnej liczby B bitów do odpowiednich bloków sygnałów różnych podpasm, w zależności od zapoatrzebowania bitowego pokreślonego przez blok wyznaczania zapotrzebowania bitowego tak, aby otrzymać wartości nm, gdzie m zawiera się w zakresie od 1 do P, znamienny tym, że blok przydziału bitów zawiera zespół określania wartości największego zapotrzebowania bitowego; zespół sprawdzający czy bit został już uprzednio przydzielony do bloku sygnałowego w sygnale j podpasma, o największym zapotrzebowaniu bitowym bj, dla wytwarzania pierwszego sygnału sterującego w przypadku, jeżeli bit został już do bloku sygnałowego przydzielony, oraz drugiego sygnału sterującego, jeżeli bit jeszcze nie został przydzielony; zespół arytmetyczny, w pierwszym rodzaju pracy, przy występowaniu drugiego sygnału sterującego, służący do przypisania wartości ai do j odjęcia wartości a2 od bj, odjęcia wartości aiq + x od B, oraz w drugim rodzaju pracy, przy występowaniu pierwszego sygnału sterującego, służący do dodania wartości cido nj, odjęcia wartości C2 od bj, odjęcia wartości ciq od B, przy czym q i x są liczbami całkowitymi większymi od jedności, nmi bm są zmiennymi, z których nmjest większe, lub równe zeru, ai, a2, ci i c2 są liczbami większymi od zera, a B jest liczbą całkowitą większą od zera, m jest zmienną całkowitą, ai jest większe od ci, a a2 jest większe lub równe c2.
2. Układ według zastrz. i, znamienny tym, że zespół arytmetyczny przystosowany jest do przypisania wartości Ako do nk, odjęcia wartości Aki od bk, odjęcia wartości Ako q + x od B, w przypadku bloku sygnału k podpasma, w trybie pracy z ustawianiem wstępnym, przy czym Ako i Aki są liczbami większymi od zera.
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zespół przydziału bitów zawiera generator wartości flagi, dla przypisywania wartości flagi blokowi sygnałowemu jednego lub wielu sygnałów podpasm w trybie pracy z ustawianiem wstępnym.
4. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że Ako jest równe ai, a Aki jest równe a2.
5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że ai jest równe a2, a ci jest równe c2.
6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że zawiera blok wyznaczania współczynnika skalowania, przy czym współczynnik skalowania jest x-bitowym słowem cyfrowym przypisanym każdemu z bloków sygnałowych.
7. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że zaopatrzony jest w nadajnik skwantowanych sygnałów podpasm i informacji o przydziale bitów.
8. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że zaopatrzony jest w nadajnik skwantowanych sygnałów podpasm, współczynników skalowania i informacji o przydziale bitów.
9. Układ według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że nadajnik zawiera korzystnie blok zapisowy.

165859
10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że blok zapisowy jest blokiem zapisu magnetycznego.
11. Sposób przetwarzania szerokopasmowego sygnału cyfrowego, obejmujący etapy, w których wprowadza się szerokopasmowy sygnał cyfrowy, rozszczepia się szerokopasmowy sygnał cyfrowy na zespół P sygnałów podpasm; kwantuje się blok po bloku odpowiednie sygnały podpasm, przy czym skwantowany sygnał m podpasma składa się z kolejno po sobie następujących bloków sygnałowych, z których każdy zawiera q próbek, z każda z q próbek w bloku sygnału m podpasma reprezentowanajest przez nm bitów; wyznacza się zapotrzebowanie bitowe bm odpowiednich bloków sygnałów podpasm, będącego liczbą bitów potrzebnych dla reprezentacji próbek bloku sygnałowego w sygnale m podpasma; oraz przydziela się osiągalną liczbę bitów do odpowiednich bloków sygnałów różnych podpasm, w zależności od zapotrzebowania bitowego określonego przez układ wyznaczania zapotrzebowania bitowego, tak, aby otrzymać wartości nm, gdzie m zawiera się w zakresie od 1do P, znamienny tym, że w etapie przydziału bitów wyróżnia się etap Si, obejmujący podetapy, w których wyznacza się bj, które jest największym z zapotrzebowań bitowych; sprawdza się czy bity były już uprzednio przydzielone do bloku sygnałowego odpowiadającego największemu zapotrzebowaniu bitowemu bj, a jeżeli nie, to przypisuje się wartości a1 do nj, odejmuje się wartości a2 od bj, odejmuje się wartości a1 q + x od B, a jeżeli były przydzielone, to dodaje się wartości ci do nj, odejmuje się wartości C2 od bj, odejmuje się wartości ci q od B, przy czym etap przydziału bitów obejmuje sekwencje przynajmniej dwóch wystąpień etapu Si, przy czym q i x są liczbami całkowitymi większymi od jedności, nm i bm są zmiennymi, z których nmjest większe, lub równe zeru, ai, a2, ci i c2 są liczbami większymi od zera, a B jest liczbą całkowitą większą od zera, m jest zmienną całkowitą ai jest większe od ci, a a2 jest większe lub równe c2.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że etap przydziału bitów obejmuje etap So wstępnego ustawiania, poprzedzający etapy S1, przy czym etap So składa się z podetapów obróbki bloku sygnału k podpasma, w którym przypisuje się wartości Ako do nk, odejmuje się wartości, Aki od bk, odejmuje się wartości Ako q + x od B, a ponadto Ako i Aki są liczbami większymi od zera.
13.Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że etap So wstępnego ustawiania, obejmuje podetap, w którym przypisuje się wartość flagi blokowi sygnałowemu jednego lub wielu sygnałów podpasm, przy czym wartość flagi wskazuje, że do rozpatrywanego bloku sygnałowego nie mają być przydzielane bity.
14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że Ako jest równe ai, a Aki jest równe a2.
15 Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że ai jest równe a2, a ci jest równe C2.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje etap, w którym wyznacza się współczynniki skalowania, przy czym współczynnik skalowania jest x-bitowym słowem cyfrowym przypisanym każdemu z bloków sygnałowych.
17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje etap, w którym nadaje się skwantowane sygnały podpasm i informacje o przydziale bitów.
18. Sposób według zastrz. 16. znamienny tym, że obejmuje etap, w którym nadaje się skwantowane sygnały podpasm, współczynników skalowania i informacje o przydziale bitów.
19. Sposób według zastrz. 17 albo 18, znamienny tym, że etap nadawania stanowi etap, w którym zapisuje się informacje na ścieżce nośnika zapisu.

2θ. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że etap zapisywania informacji stanowi etap, w którym zapisuje się informacje na magnetycznym nośniku zapisu.