DE1912981A1

DE1912981A1 - Codierer fuer Pulscodemodulation und differentielle Pulscodemodulation

Info

Publication number: DE1912981A1
Application number: DE19691912981
Authority: DE
Inventors: Mcdonald Henry Stanton
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-03-18
Filing date: 1969-03-17
Publication date: 1969-10-16
Also published as: SE340295B; BE729857A; GB1196885A; DE1912981B2; FR2004130A1; US3526855A; NL6904079A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY, INC. McDonald, H. S. 6 NEW YORK N. Y. 10007, USA C/3

Codierer für Pulscodemodulation und differentielle Pulscodemodulation

Die Erfindung betrifft Pulscodemodulations-Codierer zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die Amplitudenänderungen aufeinander folgender Signalabtastungen darstellende Codeelemente umfassen.

Abtast- und Codierverfahren sind in vielerlei Variationen bekannt. Ein als Pulscodemodulation (PCM) bekanntes Verfahren beinhaltet eine Quantisierung jeder Signalabtastung, wobei jede quantisierte Abtastung durch eine feste Anzahl binärer Codeelemente dargestellt wird. Der Grad der Quantisierung bestimmt dabei die Anzahl der Codeelemente, die in jeder codierten Abtastung auftreten. Die für jede Abtastung erforderliche Anzahl von Codeelementen ist v/i ede rum ein Hauptfaktor für die Bestimmung des Wirkungsgrades, mit der sich eine solche Information übertragen läßt.

Im Hinblick auf die Verbesserung des Übertragungswirkungsgrades ist für den Fall, daß die Unterschiede zwischen den quantisierten Abtastungen verhältnismäßig klein sind, ein anderes Verfahren entwickelt worden, das als differentielle Pulscodemodulation (DPCM) bekannt ist. Dabei wird unter Beibehaltung der Über-

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tragungsqualität die erforderliche Anzahl von Codeelementen verringert. Speziell sieht die differentielle Pulscodemodulation die Übertragung von Codeelementen vor, die Änderungen der quantxsierten Amplituden darstellen, Empfangsseitig werden diese Änderungen zur Synthetisierung der ursprünglichen Abtastung addiert.

Zur Codierung in Form einer Pulscodemodulation und differentiellen Pulscodemodulation ist eine Anzahl von Anordnungen vorgeschlagen worden. Eine naheliegende DPCM-Anordnung codiert jede Abtastung und überträgt dann die Differenz zwischen aufeinanderfolgend codierten Abtastungen. Eine weitere, naheliegende DPCM-Anordnung leitet die Amplitudendxfferenz zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen ab und quantisiert dann diese Differenz. Eine weitere Anordnung, die in der USA-Patentschrift 2 605 361 (29. 7. 1952) beschrieben ist, stellt eine Kombination der vorstehend erwähnten Anordnungen dar. Diese und weitere bekannte PCM- und DPCM-Anordnungen sind jedoch so kompliziert, daß ihre vorteilhaften Merkmale häufig beeinträchtigt sind.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Probleme und Schwierigkeiten zu überwinden und einen Pulscodemodulations-Codierer zu schaffen, der verhältnismäßig einfach, billig und leicht zu warten ist. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von

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einem Codierer der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abtast- und Codiervorrichtung vorgesehen ist, die ein Analogsignal periodisch abtastet und für jede Abtastung ein Ausgangssignal erzeugt, die je von einem ersten oder einem zweiten Typ sind und zur Erzeugung von Amplitudenerhöhungen und -Verringerungen eines wieder hergestellten Analogsignals verwendet werden können, daß eine zweite Codiervorrichtung an die erste Codiervorrichtung angeschaltet ist und nach jedem Intervall einer Folge von gleichen Zeitintervallen Ausgangssignale mit η Codeelementen von a verschiedenen Typen erzeugt, wobei jedes Ausgangssignal mit η Codeelementen die Differenz zwischen der Anzahl der von der ersten Codiervorrichtung während des vorhergehenden Zeitintervalls erzeugten Ausgangssignale des ersten und zweiten Typs darstellt,und daß Zeitsteuerungschaltungen an die zweite Codiervorrichtung angeschaltet sind, um die gleichen Zeitintervalle zeitlich so zu steuern, daß sie mit einer Frequenz auftreten, die wenigstens gleich der K\^rquist-Frequenz des Analogsignals ist, und ferner an erste Abtast- und Codiervorrichtung angeschaltet ist, um deren Abtastfrequenz so zu steuern, da3 sie Mreni fastens gleich a mal der Frequenz der gleichen Zeitintervalle ist.

Erfindungsgemäß werden ein Analogsignal abgetastet und Delta-Codemodulationssignale nix einer Frequenz

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erzeugt, die ein vielfaches der Nyquist-Frequenz des Signals ist. Die binären Delta-Modulationscodeelemente werden dann in Intervallen summiert, die mit wenigstens der Nyquist-Frequenz des Analogsignals auftreten. Die s& erzeugten Summen sind DPCM-DarStellungen des Analogsignale. PCM-Darstellungen des Analogsignals werden durch Summierung der DPCM-Darsteilungen erzeugt._

Ein Merkmal der Erfindung ist die Verwendung der Delta-Modulation. Diese Operation wandelt das Analogsignal unmittelbar in eine digitale Form um, so daß alle nachfolgenden Verarbeitungen mit Hilfe von digitalen Schaltungen durchgeführt werden können. Diese Schaltungen sind zusammen mit dem Delta-Modulator alle verhältnismäßig einfach, billig und leicht zu warten, so daß sich eine Gesamtkombination mit den gleichen Eigenschaften ergibt. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erf i

Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen üblichen Delta-Modulator 11, dem ein analoges Eingangssignal zugeführt wird und der binäre Ausgangssignale erzeugt. Diese Ausgangssignale werden während vorbestimmter Zeitintervalle in einem Akkumulator 12 angesammelt. Am Ende ,jedes vorbestimmten Zeitintervalls wird das Akkumulator-Ausganp-ssignal zeitweilig in einem

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Register 13 gespeichert. Das dort gespeicherte Akkumulator-Ausgangssignal wird dann an einen Umsetzer 14 angelegt, dessen Ausgangssignal das DPCM-Ausgangssignal des Ausführungsbeispiels darstellt. Der Modulator 11, der Akkumulator 12, das Register 13 und der Umsetzer 14 werden alle durch eine Zeitsteuerungsschaltung 15 auf eine noch zu beschreibende Weise gesteuert.

Wie bereits erwähnt, ist der Modulator 11 auf übliche Weise ausgebildet. Seine binären oder aus zwei Typen von Elementen bestehenden Ausgangssignale können in Form vorhandener und nicht vorhandener Impulse oder positiver und negativer Impulse vorliegen. Es ist bekannt, daß bei der Delta-Modulation ein Element je Abtastung eines analogen Eingangssignals erzeugt wird. Diese Elemente werden bei der Wiederherstellung des Analogsignals*zur Erzeugung einer Amplitudenerhöhung oder -verringerung benutzt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel tritt die Abtastung mit einer Frequenz auf, die wenigstens gleich (a ) mal der Nyquist-Frequenz des analogen Eingangssignals ist, wobei a gleich der Anzahl der Typen von Codeelementen und η gleich der Anzahl von Codeelementen in jedem DPCM-Ausgangssignal ist.

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Der Akkumulator 12 gibt Ausgangssignale ab, die codierte Darstellungen der numerischen Differenz zwischen den beiden Typen von Modulator-Ausgangssignalen sind, welche während des jeweils vorhergehenden Zeitintervalls auftreten. Der Akkumulator kann einen Vorwärts-IiückwärtszäHer enthalten, der auf beide Typen von Modulator-Ausgangssignale anspricht. Er kann auch einen Zähler enthalten, der nur auf einen Typ der Modulator-Ausgangssignale anspricht. Im letztgenannten Fall kann der Zähler eine voreingestellte Ausführung sein oder von einer Subtrahierschaltung gefolgt werden, die die Hälfte des maximal möglichen Zählwertes von dem tatsächlichen Zählwert abzieht. Es läßt sich leicht einsehen, daß jede dieser Anordnungen für ein gegebenes Eingangssignal zu einem anderen codierten Ausgangssignal führt. Dies ist jedoch ohne Bedeutung, da die viahl des Codier-Schemas willkürlich ist.

Das Register 13 stellt einen Kurzzeitspeicher dar, der zeitlich so gesteuert ist, daß er jeweils immer nur ein Akkumulator-Ausgangssignal speichert.

Der Umsetzer 14 gibt das im Register 13 gespeicherte Akkumulator-Ausgangssignal an eine Ausgangsleitung oder -leitungen ab. Der Umsetzer 14 kann in Form einer Vielzahl von Gattern verwirklicht werden, die durch die Zeitsteuerungsschaltung 15 wiederholt und sequentiell

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betätigt werden, so daß sie jeweils nur ein Codeelement gleichzeitig abgeben. Die Elemente erscheinen dann am Ausgang in Serienform.

Erfindungsgemäß werden PCM-Ausgan;rssi?nale durch Summieren der DPCM-Ausgangssignale in einem zweiten Akkumulator erzeugt. In der Zeichnung ist dies der Akkumulator .16, der die DPCH-Ausgangssignale algebraisch ansammelt. Das Ausgangssignal des Akkumulators 16 wird über einen Umsetzer 17 abgegeben, der auf ähnliche Weise wie der Umsetzer 14 arbeitet.

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Claims

Patentanspruch

Γ"

Codierer zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die Amplitudenänderungen aufeinander folgender Signalabtastungen darstellende Codeelemente umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abtast- und Codiervorrichtung (11) vorgesehen ist, die ein Analogsignal periodisch abtastet und für Jede Abtastung ein Ausgangssignal erzeugt, die je von einem ersten oder einem zweiten Typ (binäre 1 oder 0) sind und zur Erzeugung von Amplitudenerhöhungen und —Verringerungen eines wieder hergestellten Analogsignals verwendet werden können, daß eine zweite Codiervorrichtung (13 und 14) an die erste Codiervorrichtung angeschaltet ist und nach jedem Intervall einer Folge von gleichen Zeitintervallen Ausgangssignale mit η Codeelementen von a verschiedenen Typen erzeugt, wobei jedes Ausgangssignal mit η Codeelementen die Differenz zwischen der Anzahl der von der ersten Codiervorrichtung während des vorhergehenden Zeitintervalls erzeugten Ausganssignale des ersten und zweiten Typs darstellt, und daß Zeitsteuerschaltungen (15) an die zweite Codiervorrichtung angeschaltet sind, um die gleichen Zeitintervalle zeitlich so zu steuern, daß sie mit einer Frequenz auftreten,die wenigstens gleich der Nyquist-Frequenz des Analogsignals ist, und ferner an die erste Abtast- und Codiervorrichtung angeschaltet ist, um deren Abtastfrequenz so zu steuern, daß sie wenigstens gleich a mal der Frequenz der gleichen Zeitintervalle ist.

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