RU2130651C1 - Method and device for precise analog division of instantaneous frequency of signals - Google Patents
Method and device for precise analog division of instantaneous frequency of signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2130651C1 RU2130651C1 RU97101590A RU97101590A RU2130651C1 RU 2130651 C1 RU2130651 C1 RU 2130651C1 RU 97101590 A RU97101590 A RU 97101590A RU 97101590 A RU97101590 A RU 97101590A RU 2130651 C1 RU2130651 C1 RU 2130651C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- signals
- output
- input
- frequency
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области приборостроения, может быть использована при передаче звуковых сигналов, при их записи и воспроизведении и предназначена для точного аналогового деления мгновенной частоты звуковых сигналов без возникновения заметных на слух искажений у восстановленных сигналов и заметного уменьшения отношения сигнал/шум, что например, необходимо при реализации изобретения по а.с. СССР N 1644212. The group of inventions relates to the field of instrumentation, can be used in the transmission of audio signals, during their recording and reproduction and is intended for accurate analog division of the instantaneous frequency of audio signals without the occurrence of noticeable distortions in the recovered signals and a noticeable decrease in the signal-to-noise ratio, for example, necessary when implementing the invention as. USSR N 1644212.
Известен способ деления частоты, предложенный Марку П. и Дагэ Ж. [1,2,3] . A known method of frequency division proposed by Mark P. and Dage J. [1,2,3].
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, а именно: точного аналогового деления мгновенной частоты без заметных на слух искажений у восстановленных сигналов и заметного уменьшения отношения сигнал/шум относится то, что хотя авторы записывали деление мгновенной частоты на передающей стороне канала и умножение ее на приеме, но на самом деле делали не то, что записывали [3]. На наш взгляд в качестве объяснения достаточно сказать, что непрерывное изменение мгновенной частоты при обработке сигналов по этому методу заменялось ступенчатым уже на передающей стороне. Этим объясняются возникавшие искажения, потеря части информации в процессе передачи. The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known method, namely, accurate analog division of the instantaneous frequency without audible distortion in the recovered signals and a noticeable decrease in the signal-to-noise ratio include the fact that although the authors recorded the division of the instantaneous frequency on the transmitting side of the channel and multiplying it by the reception, but actually they didn’t do what they wrote down [3]. In our opinion, as an explanation, it suffices to say that the continuous change in the instantaneous frequency during signal processing using this method was replaced by a step one already on the transmitting side. This explains the distortions that have occurred, the loss of part of the information during transmission.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному в группе изобретений по совокупности признаков является способ, реализованный в устройстве по а.с.СССР N 714473. The closest method of the same purpose to the one claimed in the group of inventions by the totality of features is the method implemented in the device according to A.C. USSR no. 714473.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа и устройства для его осуществления, принятых за прототип, относится то, что для деления мгновенной частоты звукового сигнала необходимо:
- во-первых, выделить эту модулирующую функцию в виде пропорционального напряжения (или тока);
- во-вторых, масштабно уменьшить это напряжение в необходимое число раз;
- в-третьих, синтезировать по этой уменьшенной мгновенной частоте требуемый звуковой сигнал.For reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known method and device for its implementation, adopted as a prototype, is that to divide the instantaneous frequency of the sound signal, you must:
- firstly, highlight this modulating function in the form of a proportional voltage (or current);
- secondly, to significantly reduce this voltage by the required number of times;
- thirdly, synthesize the desired sound signal from this reduced instantaneous frequency.
Сам по себе факт частотной демодуляции приводит к уменьшению помехоустойчивости сигнала, как действие, обратное частотной модуляции, которая, как известно, позволяет получить выигрыш в помехоустойчивости. То есть отношение мощности полезного сообщения к мощности шума на выходе ЧМ демодулятора больше, чем то же отношение, но на входе приемника [4]. Другими словами, частотно-модулированный сигнал меньше искажается шумами в канале передачи, чем, например, сигналы с амплитудной модуляцией. Установлено [4], что мгновенная частота суммы сигнала и шума практически равна мгновенной частоте того колебания, которое больше по величине. В паузах звучаний в канале передачи кроме шума нет ничего. Поэтому на выходе частотного демодулятора мы получаем не только мгновенную частоту сигнала. На выходе частотного демодулятора мгновенные частоты сигнала и шума сменяют друг друга с частотой следования пауз, так как паузы являются неотъемлемой частью звуковых сигналов. Кроме того, за счет подавления слабого сигнала более сильным искажены оказываются частоты сигналов при переходных процессах, а это не только начало и конец каждого звука, но иногда и самая его середина. Это объясняет заметные на слух искажения, возникающие у восстановленных сигналов, и заметное понижение отношения сигал/шум. The fact of frequency demodulation in itself leads to a decrease in the noise immunity of a signal, as an action opposite to frequency modulation, which, as you know, allows to obtain a gain in noise immunity. That is, the ratio of the power of the useful message to the noise power at the output of the FM demodulator is greater than the same ratio, but at the receiver input [4]. In other words, a frequency-modulated signal is less distorted by noise in the transmission channel than, for example, signals with amplitude modulation. It was established [4] that the instantaneous frequency of the sum of the signal and noise is almost equal to the instantaneous frequency of that oscillation, which is larger in magnitude. There is nothing but noise in the pauses of sounds in the transmission channel. Therefore, at the output of the frequency demodulator, we get not only the instantaneous frequency of the signal. At the output of the frequency demodulator, the instantaneous signal and noise frequencies replace each other with the repetition rate of pauses, since pauses are an integral part of audio signals. In addition, due to the suppression of a weak signal, the signal frequencies during transients are more distorted, and this is not only the beginning and end of each sound, but sometimes its very middle. This explains the noticeable distortion that arises in the recovered signals, and a noticeable decrease in the signal / noise ratio.
Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.
Единая задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, заключается в повышении качества передачи широкополосных звуковых сигналов по узкополосным каналам. В частности по каналам с записью сигналов на движущийся носитель (например, магнитную ленту, кинопленку). The single task to be solved by the claimed group of inventions is to improve the quality of transmission of broadband audio signals through narrow-band channels. In particular, through channels with the recording of signals on a moving medium (for example, magnetic tape, film).
Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений, заключается в точном аналоговом делении в К раз (например в 10 раз) мгновенной частоты звуковых сигналов без возникновения заметных на слух искажений у восстановленных сигналов и заметного уменьшения отношения сигнал/шум. The only technical result that can be obtained by implementing the group of inventions is the exact analog division by K times (for example, 10 times) of the instantaneous frequency of sound signals without the occurrence of noticeable distortions in the recovered signals and a noticeable decrease in the signal-to-noise ratio.
Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что как и в известном способе, исходный звуковой сигнал дополняют сигналом, сопряженным с ним по Гильберту, выделяют огибающую выходного сигнала, определяя квадратный корень суммы квадратов каждого из пары сопряженных по Гильберту сигналов, но в отличие от прототипа для формирования сопряженных по Гильберту сигналов при выделении огибающей выходного сигнала используют сигнал, полученный после преобразования выходного сигнала путем умножения его мгновенной частоты в К-1 раз, входной сигнал делят на полученную огибающую выходного сигнала, а выходной сигнал с частотой, в К раз меньшей частоты входного сигнала, получают в результате суммирования сигналов, каждый из которых получен перемножением соответствующих из указанных пар сигналов, сопряженных по Гильберту. The specified single technical result in the implementation of the group of inventions according to the object-method is achieved by the fact that, as in the known method, the original sound signal is supplemented with a Hilbert-conjugated signal, the envelope of the output signal is extracted, determining the square root of the sum of squares of each of the Hilbert-conjugated pairs signals, but unlike the prototype, to generate the Hilbert-conjugated signals, using the envelope of the output signal, use the signal obtained after converting the output signal of the input signal by multiplying its instantaneous frequency by K-1 times, the input signal is divided by the received envelope of the output signal, and the output signal with a frequency K times less than the frequency of the input signal is obtained by summing the signals, each of which is obtained by multiplying the corresponding of these pairs Hilbert conjugate signals.
В качестве примера реализации заявляемого способа предлагается устройство. As an example of the implementation of the proposed method, a device is provided.
Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное устройство, которое включает первый фазовращатель, реализующий преобразование Гильберта, демодулятор огибающей, состоящий из двух квадратичных детекторов, сумматора и блока извлечения квадратного корня, два перемножителя и делитель аналоговых сигналов, дополнительно снабжено сумматором однополосного модулятора, вторым фазовращателем и блоком умножения мгновенной частоты в К-1 раз, причем первым входом делителя аналоговых сигналов образован вход устройства, второй вход упомянутого делителя соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, а выход - с входом первого фазовращателя, два выхода которого соединены с первыми входами перемножителей, выходы последних - с входами сумматора однополосного модулятора, выход которого через блок умножения мгновенной частоты в К-1 раз подключен к входу второго фазовращателя, два выхода которого подключены к вторым входам перемножителей и входам квадратичных детекторов, выходы которых соединены с входами сумматора в демодуляторе огибающей, а выход последнего - с входом блока извлечения квадратного корня, при этом выходом сумматора однополосного модулятора образован выход устройства. The specified single technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the known device, which includes a first phase shifter that implements the Hilbert transform, an envelope demodulator, consisting of two quadratic detectors, an adder and a square root extractor, two multipliers and an analog signal divider, is additionally equipped with a single-band adder the modulator, the second phase shifter and the instant frequency multiplier block K-1 times, with the first input of the analog signal divider a device input is developed, the second input of the said divider is connected to the output of the square root extraction unit, and the output is connected to the input of the first phase shifter, two outputs of which are connected to the first inputs of the multipliers, the outputs of the latter are connected to the inputs of the adder of a single-band modulator, the output of which is via the instantaneous frequency multiplier in K-1 times connected to the input of the second phase shifter, the two outputs of which are connected to the second inputs of the multipliers and the inputs of the quadratic detectors, the outputs of which are connected to the inputs of the adder in the demodule the envelope of the torus, and the last output - to an input of a square root extraction unit, wherein the output of the adder is formed by a single-sideband modulator output device.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог как для способа, так и для устройства, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам как способа, так и устройства заявленной группы изобретений, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue for both the method and the device, characterized by features identical to all the essential features of both the method and device of the claimed group of inventions, and the determination of the number of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of features, allowed us to determine the set of essential in relation to the technical result when Nakov claimed in object set forth in the claims.
Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует требованию "новизна" действующего законодательства. Therefore, each of the objects of the claimed group of inventions meets the requirement of "novelty" of the current legislation.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня, заявителем проведен дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с признаками, отличительными от прототипа, результаты которого показали, что каждый из объектов изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. To verify the compliance of the claimed invention with the requirements of the inventive step, the applicant carried out an additional search for known solutions in order to identify signs that match the signs distinctive from the prototype, the results of which showed that each of the objects of the invention does not follow explicitly from the prior art, as from the prior art determined by the applicant, the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of of technical result.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательской уровень" действующего законодательства. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" of the current legislation.
На чертеже представлена структурная схема заявляемого устройства, где 1 - делитель аналоговых сигналов; 2 и 3 - соответственно первый и второй фазовращатели; 4 и 5 - перемножители сигналов; 6 и 7 - квадратичные детекторы; 8 и 9 - сумматоры; 10 - блок умножения мгновенной частоты в (К-1) раз; 11 - блок извлечения квадратного корня. The drawing shows a structural diagram of the inventive device, where 1 is a divider of analog signals; 2 and 3 - respectively, the first and second phase shifters; 4 and 5 - signal multipliers; 6 and 7 are quadratic detectors; 8 and 9 - adders; 10 - block multiplication of instantaneous frequency (K-1) times; 11 is a block of square root extraction.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result are as follows.
Примем в качестве математической модели входного сигнала
Sвх(t)=S(t)cos x(t), (1)
где S(t) - огибающая, то есть модулирующая функция, которая определяет в каждый момент времени амплитуду сигнала, x(t) - текущая фаза, которая равна 
Причем текущая фаза представляет собой функцию мгновенной частоты ω(t), которая определяет частотные свойства реальных звуковых сигналов.We take as a mathematical model of the input signal
S in (t) = S (t) cos x (t), (1)
where S (t) is the envelope, that is, the modulating function, which determines the amplitude of the signal at each moment of time, x (t) is the current phase, which is equal to
Moreover, the current phase is a function of the instantaneous frequency ω (t), which determines the frequency properties of real sound signals.
Допустим, что на выходе предлагаемого устройства, реализующего операции предлагаемого способа деления мгновенной частоты, формируется колебание
Sвых(t)=Z(t)cos y(t), (3)
причем должны выполняться следующие условия:
Z(t)=S(t) и y(t)=x(t)=x(t)/K, (4)
Покажем это.Suppose that at the output of the proposed device that implements the operations of the proposed method for dividing the instantaneous frequency, an oscillation is formed
S o (t) = Z (t) cos y (t), (3)
and the following conditions must be met:
Z (t) = S (t) and y (t) = x (t) = x (t) / K, (4)
Show it.
Примечание. Note.
Поскольку время не трансформируется, то последнее равенство означает, что в К раз должна уменьшиться мгновенная частота. Since time does not transform, the last equality means that the instantaneous frequency should decrease by a factor of K.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.
Сигнал на выходе делителя аналоговых сигналов (1)
Sдел(t)=[S(t)/Z(t)]cos x(t), (5)
На выходах ФВ1 (2) этот сигнал (5) дополняется сопряженным с ним по Гильберту сигналом
Каждый из этих сигналов перемножается (4,5) с соответствующим ему сигналом из пары сопряженных по Гильберту колебаний, формируемых ФВ2 (3). Мгновенная частота выходных колебаний умножается в К-1 раз блоком умножения мгновенной частоты БУМЧ (10).Signal at the output of the divider of analog signals (1)
S affairs (t) = [S (t) / Z (t)] cos x (t), (5)
At the outputs of PV1 (2), this signal (5) is supplemented by a signal coupled to it according to Hilbert
Each of these signals is multiplied (4.5) with the corresponding signal from a pair of Hilbert-conjugated oscillations generated by PV2 (3). The instantaneous frequency of the output oscillations is multiplied K-1 times by the multiplier block of the instantaneous frequency BUMCH (10).
Таким образом, на выходе перемножителя (4). Thus, the output of the multiplier (4).
[S(t)/Z(t)] [cos x(t)] Z(t)[cos(K-1)y(t)]=S(t)[cos x(t)] [cos(K-1)y(t)]. (7)
Аналогично на выходе перемножителя (5)
S(t)[sinx(t)][sin(K-1)y(t)]. (8)
Сигналы (7) и (8) складываются в сумматоре однополосного модулятора (8). При этом формируется выходной сигнал в соответствии с известной формулой: [cosa cosb + sina sinb = cos(a-b)],
Sвых(t)=S(t)cos[x(t) - K-1)y(t)], (9)
который в то же время должен быть равен (3), так как кольцо обратной связи замкнуто. Откуда следуют равенства в каждый момент времени:
- амплитуд Z(t)=S(t) и
- текущих фаз x(t) - (K-1)y(t) = y(t), то есть y(t) = x(t)/K, что и требовалось доказать.[S (t) / Z (t)] [cos x (t)] Z (t) [cos (K-1) y (t)] = S (t) [cos x (t)] [cos (K -1) y (t)]. (7)
Similarly, at the output of the multiplier (5)
S (t) [sinx (t)] [sin (K-1) y (t)]. (eight)
Signals (7) and (8) are added to the adder of a single-band modulator (8). An output signal is generated in accordance with the well-known formula: [cosa cosb + sina sinb = cos (ab)],
S o (t) = S (t) cos [x (t) - K-1) y (t)], (9)
which at the same time should be equal to (3), since the feedback ring is closed. Whence the equalities at each moment of time follow:
- amplitudes Z (t) = S (t) and
- current phases x (t) - (K-1) y (t) = y (t), that is, y (t) = x (t) / K, as required.
Таким образом выходное колебание равно
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующих условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, именно в технике связи, звукозаписи на движущийся носитель;
- для заявленного изобретения, в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и метолов.Thus, the output oscillation is equal to
Thus, the above information indicates the fulfillment of the following conditions when using the claimed invention:
- a tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely in communication technology, sound recording on a moving medium;
- for the claimed invention, in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the above-described in the application or known to the priority date means and methods is confirmed.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.
Литература
1. Marcou P. , Daguet J. New Methods of Speech Trasmission (Centre National d^Etudes des Telecommunications, Franse) (1955).Literature
1. Marcou P., Daguet J. New Methods of Speech Trasmission (Center National d ^ Etudes des Telecommunications, Franse) (1955).
2. Марку П., Дагэ Ж. Новые методы передачи речи. Сборник статей. Теория передачи сообщений. (Труды третьей международной конференции). Под ред. В.И. Сифорова. - М.:Изд. иностранной лит., 1957, с.158-178. 2. Mark P., Dage J. New methods of speech transmission. Digest of articles. Theory of messaging. (Proceedings of the Third International Conference). Ed. IN AND. Siforova. - M.: Publishing House Foreign lit., 1957, p. 158-178.
3. Сапожков М.А. Речевой сигнал в кибернетике и связи.- М.:Связьиздат, 1963. 3. Sapozhkov M.A. A speech signal in cybernetics and communications.- M.: Svyazizdat, 1963.
4. Виницкий А. С. Модулированные фильтры и следящий прием ЧМ.-М.:Советское радио, 1969. 4. Vinitsky A. S. Modulated filters and servo-receiving. Ch.M.-M.: Soviet Radio, 1969.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101590A RU2130651C1 (en) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Method and device for precise analog division of instantaneous frequency of signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101590A RU2130651C1 (en) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Method and device for precise analog division of instantaneous frequency of signals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97101590A RU97101590A (en) | 1999-03-20 |
| RU2130651C1 true RU2130651C1 (en) | 1999-05-20 |
Family
ID=20189570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97101590A RU2130651C1 (en) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Method and device for precise analog division of instantaneous frequency of signals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2130651C1 (en) |
-
1997
- 1997-02-04 RU RU97101590A patent/RU2130651C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4090147A (en) | Interferometric amplifier | |
| US6204735B1 (en) | Geometrically modulated waves | |
| US6205169B1 (en) | Spread spectrum pulse position modulation communication system | |
| EP0716526B1 (en) | Method of producing modulating waveforms with constant envelope | |
| EP0076095A1 (en) | Direct conversion radio receiver for F.M. signals | |
| JPS59181864A (en) | Microwave receiving chain including direct microwave demodulator | |
| US4028490A (en) | MSK digital data synchronization detector | |
| Ball | A real-time fading simulator for mobile radio | |
| US3991377A (en) | Differential phase shift keying demodulator | |
| Poletti | The homomorphic analytic signal | |
| RU2130651C1 (en) | Method and device for precise analog division of instantaneous frequency of signals | |
| KR100249586B1 (en) | Digital fm demodulator | |
| US3746996A (en) | Asynchronous single-sideband demodulation | |
| US4594575A (en) | Digital processor for speech signals | |
| RU2152075C1 (en) | Method and device for simultaneous execution of precise division of instantaneous frequency and precise power calculation for acoustic signal envelope | |
| RU2371783C2 (en) | Method of transmitting speech signals and device to this end | |
| RU2797027C1 (en) | Device for measuring arrival time and duration of non-coherent sequence of ultra-wideband quasi radio signals of arbitrary form | |
| US3510597A (en) | Frequency bandwidth compression and expansion system | |
| RU2287217C1 (en) | Amplitude-modulated and frequency-telegraphy signal demodulator | |
| Lindsey | Optimum coherent linear demodulation | |
| JPH0622290B2 (en) | SSB modulation / demodulation method | |
| Watt et al. | Reduction of adjacent-channel interference components from frequency-shift-keyed carriers | |
| JPH06216650A (en) | Digital circuit for extracting phase signal and envelope signal of single-sideband signal | |
| Cohen et al. | Comments on" Spectral Properties of Single-Sideband Angle Modulation | |
| JPS5967733A (en) | Demodulator |