CN1251467C - 具有特定的第一取样频率的数字信息信号的传输 - Google Patents
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Abstract
公开一种发射机，经过传输媒介发送具有特定第一取样频率(fs1)的数字信息信号。该数字信息信号被低通滤波(10)和下降取样(12)，以便得到该数字信息信号的低频成分。这个信号经过该传输媒介(TRM)发送。而且该低频成份被上升取样(22)和滤波(28)并随后从原始数字信息信号中被减去(34)。这样得到的差信号也被发送。
Description
本发明涉及发送具有特定的第一取样频率的数字信息信号的发射机；用于接收来自传输媒介的传输信号并且从中产生数字信息信号的接收机；当以设备的形式用于在记录载体上记录信息时，利用该发射机所获得的记录载体；以及涉及传输方法。
现有技术发射机目的在于发送具有特定的第二取样频率的数字信息信号，第二取样频率小于上述第一取样频率。相应的接收机能够从该传输信号中检索具有第二取样频率的数字信息信号并提供该信号给一个输出，例如经过一个或几个扬声器进行再生。
本发明的目的在于提供该传输信号格式的扩展，使得第一取样频率的数字信息信号的传输是可能的，而现有技术的接收机仍然能够以第二取样频率接收和处理该数字信息信号。
根据本发明的发射机包括：
输入装置，用于接收具有特定的第一取样频率的数字信息信号，
第一滤波装置，用于低通滤波和下降取样该数字信息信号，以便得到具有比第一取样频率小的特定第二取样频率的低通滤波型的数字信息信号，
第二滤波装置，用于执行对数字信息信号的信号处理，它等效于由第一滤波装置对该数字信息信号执行的信号处理，接着上升取样具有特定第二取样频率的低通滤波型的数字信息信号，以便得到具有特定的第三取样频率的上升取样型的数字信息信号，第三取样频率基本上等于第一取样频率，
第三滤波装置，用于对上升取样型的数字信息信号执行滤波，以便得到第二滤波型的数字信息信号，
第一信号组合装置，用于组合该数字信息信号与第二滤波型的数字信息信号，以便得到一个差信号，
第二信号组合装置，用于组合低通滤波型的数字信息信号与该差信号，以便得到经过传输媒介传输的传输信号。
根据本发明的接收机，包括：
检索装置，用于从该传输媒介检索该传输信号，
多路分用器装置，用于从该传输信号导出低通滤波型的数字信息信号和该差信号，
上升取样装置，用于上升取样低通滤波型的数字信息信号，以便得到具有特定的第三取样频率的上升取样型的数字信息信号，该第三取样频率实质上等于第一取样频率，
滤波装置，用于对上升取样型的数字信息信号执行滤波，以便得到滤波型的数字信息信号，
信号组合装置，用于组合该滤波型的数字信息信号与该差信号，以便得到所述数字信息信号。
本发明是基于以下的认识。根据本发明的发射机低通滤波并下降取样该数字信息信号，该数字信息信号具有fs1的第一取样频率(或取样率)，以便得到低通滤波的和下降取样型的数字信息信号，该数字信息信号具有小型fs1的第二取样频率fs2。作为一个例子，fs2可选择等于fs1/2。这个经低通滤波并下降取样的信号经过该传输媒介发送，并且可由现有技术接收机接收和处理，该现有技术接收机能够接收和处理具有第二取样频率的数字信息信号。
另外，该发射机装备第二滤波装置。这个第二滤波装置能够对该数字信息信号执行信号处理，该处理等效于由第一滤波装置对该数字信息信号执行的信号处理，接着上升取样具有特定的第二取样频率的低通滤波型的数字信息信号，以便得到具有特定的第三取样频率的上升取样型的数字信息信号，第三取样频率基本上等于第一取样频率。实现这个处理的一些组成部分对第一和第二滤波装置可能是共同的。
这样得到的上升取样信号随后提供给第三滤波装置，以便得到该滤波的信号。取决于第三滤波装置的实现，或者产生原始数字信息信号的低通频率成分的复制或者产生一个信号，它更接近地类似该数字信息信号本身。这个信号随后从该原始数字信息信号中减去以便得到该差信号。该差信号的数据内容一般相对地小。甚至可对这个差信号执行数据压缩，以便进一步减少该数据内容。该差也经过该传输媒介发送。
根据本发明的接收机能够检索所发送的两个信号成分并且从中再生该数字信息的复制。
本发明的这些和其它目的从参照附图所述的实施例的进一步说明中变得清楚了，其中：
图1表示发射机的第一实施例，
图2表示接收机的第一实施例，
图3表示用于接收由图1的发射机产生的传输信号的现有技术的接收机，
图4表示发射机的第二实施例，
图5表示接收机的第二实施例，
图6表示该发射机的数据压缩单元的另一个实施例，
图7表示该接收机的数据扩展单元的另一个实施例，
图8表示一个呈现记录设备状态的发射机，和
图9表示一个呈现再生设备形式的接收机。
图1表示发射机的实施例。发射机有一个输入端1，用于接收以第一取样频率fs1取样的数字信息信号，诸如宽带数字音频信号。这个数字信息可通过将具有fs1/2带宽的模拟型数字信息信号提供给A/D变换器4的输出2得到。A/D变换器4以取样频率fs1取样加到其输入2的信号并且提供数字化的样值到发射机的输入端1。输入端1接到低通滤波器和下降取样单元8的输入6。单元8包括一个低通滤波器10和一个下降取样器12，该低通滤波器具有载止频率fp。低通滤波器10滤波加到其输入的信号并且传送在该信号中出现的低于fp的信号成分到其输出。低通滤波的信号仍具有取样频率fs1。下降取样器12每次从加在其输入的信号中的连续组的N个连续样值中删除N-1个连续样值并提供剩余的样值给单元8的输出14。在输出14的输出信号具有取样频率fs2，其中fs2＝fs1/N。
作为一个例子，fs1可选择等于192KHz和N＝2，所以fs2等于96KHz。因此，fp最大应等于48KHz，但是同样可选择较低的载止频率。
出现在输出14的低通滤波并且下降取样的信号提供给组合单元20的输入18以及上升取样器22的输入，上升取样器22以系数N上升取样加在其输入的信号。即：在加在上升取样器22输入的信号中每两个连续样值之间***N个0幅度样值。这样出现在上升取样器22的输出24的信号具有与原始数字信息信号相同的取样频率。上升取样器22的输出24连接到滤波单元28的输入26。
在这里应注意，部件10、12和22的电路结构可以以其它方式实现。作为一个例子，能够使滤波单元8中的部件10和12的顺序颠倒。在另一个例子中，部件10和12的顺序为图1所示的方式，上升取样单元22可用其输入接到滤波器10的输出16的一个单元代替，并且该单元每次设置滤波器10的输出信号的连续组的N个连续样值中的N-1个连续样值为0幅度。这个信号处理具有与串联安排的下降取样器12及上升取样器22相同的效果。
滤波单元28的输出30接到信号组合单元34的第一输入32，该信号组合单元34在本例子中为一个减法器的形式。组合单元34的第二输入36接到该发射机的输入端1。组合单元34的输出38接到信号组合单元20的输入46。信号组合单元20组合加到其输入18和46的信号为一个串行数据流，该串行数据流适于经过传输媒介TRM传输。在组合单元20中的这个信号组合步骤可包括本领域公知的信道编码步骤。
滤波单元28可以是一个固定滤波器。但是滤波单元28也可能是本领域公知的自适应预测滤波器的形式。在这种情况下，滤波单元28将产生预测滤波系数，该系数也应该发送，以便控制该发射机中相应的自适应预测滤波器，这将在后面叙述。当滤波单元28为自适应预测形式时也具有一个输出48，它接到组合单元20的另一个输入50，以便提供该滤波系数给组合单元20，经过传输媒介TRM传输该系数。
上述发射机功能如下。数字信息信号以取样速率fs1加到输入端1并且以每秒fs1样值的速率加到下降取样单元8。在这个例子中，假定fs1等于192KHz。低通滤波器10有一个截止频率fp，假定该截止频率最大为48KHz。因此低通滤波器10滤除数字信息信号的低频成分并且以每秒fs1样值的速率提供这个低通滤波型给下降取样器12。下降取样器12假定以系数2下降取样加在其输出的信号，即删除每两个样值中的一个值样。下降取样器12以fs1/2的速率即96KHz提供下降取样型的低通滤波型给组合单元20的输入18和上升取样器22的输入。在本例子中上升取样器22以系数2上升取样加到其输入的信号，使得它恢复取样速率为fs1。
滤波单元28具有至少预测加到输入端1的数字信息信号低频成分的功能，以响应加在其输入26的信号。信号组合单元34从加在输入26的宽带数字信息信号中减去由预测滤波单元28产生的低频成分。结果，只有该数字信息信号的高频成分出现在信号组合单元34的输出38作为差信号。
该数字信息信号的高频成分一般具有低信息内容，所以要求传输媒介带宽的相对小的部分来发送高频成分。
如果滤波单元28为自适应预测形式，则滤波单元28还意味着产生该数字信息信号本身的预测。为了实现这样的功能，滤波单元28要求有关该数字信息信号本身的信息来产生这样的预测，或者为了使差信号最小的原因，要求有关该差信号的信息。这样得到的差信号具有更小的信息内容。
如前面已经说过的，如果滤波单元28是一个自适应预测滤波器，则该滤波器计算它自己的滤波系数并且提供该滤波系数(以任何形式)给其输出48和因而提供给信号组合单元20的输入50。
组合单元20组合加在其输入的信号为适合于经过传输媒介TRM传输的串行数据流。由于信号组合单元20的功能是本领域众所周知的，将不再详细地叙述信号组合单元20。
传输媒介TRM可以是广播频道或记录载体，诸如磁的或光的记录载体。传输信号经过传输媒介TRM发送到接收机。
图2表示用于接收该传输信号并且从中再生原始数字信息信号的复制的一个接收机的实施例。
传输媒介TRM经过多路分用器单元62的输入60接收。多路分用器单元62能够从该传输信号检索低通滤波和下降取样型的数字信息信号并且以取样速率fs2即96KHz提供这个信号给上升取样器70。上升取样器70以系数2上升取样加在其输入的信号，使得它恢复该信号的取样速率为fs1。这样得到的信号加在滤波单元72的输入。滤波单元72的输出76接到加法器单元形式的信号组合单元80的第一输入78。
多路分用器单元62的另一个输出66接到加法器单元80的第二输入82。多路分用器单元62能够从该传输信号中检索差信号和提供这样检索的信号到输出66。加法器单元80的输出86接到接收机的输出90，如果需要的话，经过D/A变换器88接到接收机输出90。该接收机可另外装备未示出的第二个D/A变换器，该变换器有接到多路分用器单元62的输出64的一个输入和一个输出，接到另一个输出端，未示出。
图2的接收机功能如下。多路分用器单元62检索该数字信息信号的下降取样低频成分并且在输出64上提供这个信号。
具有取样速率fs2的下降取样低频成分提供给上升取样单元70。通过在加到其输入的信号的每两个连续样值之间增加一个0值样值，上升取样器单元72再以系数2上升取样加在其输入的信号。此时在其输出产生的信号具有取样率fs1。
与发射机的滤波单元28相同的方式的滤波单元72响应加到其输入的信号而具有至少预测原始数字信息信号的低频成分的功能。这样得到的并具有取样率fs1的信号提供给加法器单元80的输入78。
如果滤波单元72是一个自适应预测滤波器，则它要求滤波器系数设置该滤波器为其合适形状。在这样的接收机实施例中，多路分用器单元62也能够从该传输信号中检索如由该发射机的预测滤波器28产生的滤波系数并且提供该系数到输出68，输出68接到预测滤波器72的输入96。
多路分用器单元62也能够从该传输信号中检索与该数字信息信号的高频成分相关的差信号和提供该差信号给加法器单元80的输入82。加法器单元80组合加在其输入78和82的信号成分并且以取样率fs1提供原始数字信息信号的复制给其输出86。可能存在的D/A变换器88由频率fs1控制，并且变换该数字信息信号的复制为具有带宽fs1/2的模拟信号。
图3所示的现有技术接收机装备一个多路分用器单元62’，它能够从经过传输媒介TRM发送的传输信号中检索具有取样频率fs2的数字信息信号的低频成分。该接收机有一个D/A变换器92，它由频率fs2控制，所以具有带宽fs2/2的模拟型数字信息信号的低频成分提供给输出94。
图4表示发射机的另一个实施例。图4的发射机表示与图1的发射机很相似。除了图1所示的部件外，图4的发射机示出接在信号组合单元34的输出与组合单元20的输入46之间的一个数据压缩单元42。数据压缩单元42实现对加在其输入的信号的数据压缩，以便得到更低数据内容的数据压缩的差信号。
数据压缩单元42可包括一个熵编码器，诸如本领域公知的霍夫曼编码器。在图6所示的数据压缩单元42的另一个精心制作产品中，压缩单元42’包括一个预测滤波器56和一个霍夫曼编码器58。
如上所述的，在压缩单元42或42’中实现的数据压缩公知称为无衰耗压缩。
发射机还可装备接在滤波单元8的输出14与组合单元20的输入18之间的数据压缩单元52，以实现对该数字信息信号的下降取样的低频成分的数据压缩。
数据压缩单元52可包括一个熵编码器，诸如本领域公知的霍夫曼编码器，或者一个预测滤波器与一个霍夫曼编码器的组合，如上面参照图6所述的。
图5表示接收机的另一个实施例。图5的接收机表示与图2的接收机很相似。除了图2中所示的部件外，图5的接收机示出在多路分用器单元62的输出66与加法器单元80的输入82之间的一个数据扩展单元84。数据扩展单元84实现对加在其输入的信号的数据扩展，以便得到数据扩展的差信号。
数据扩展单元84可包括一个熵解码器，诸如本领域公知的霍夫曼解码器。在图7所示的数据扩展单元84的另一个精心制作产品中，扩展单元84’包括一个霍夫曼解码器98和一个预测滤波器100。
接收机可进一步装备接在解码器单元62的输出64与上升取样器70的输入之间的一个数据扩展单元102，以便实现对该数字信息信号的数据压缩的下降取样的低频成分的数据扩展。
数据扩展单元102可包括一个熵解码器，诸如本领域公知的霍夫曼解码器，或者一个霍夫曼解码器与一个预测滤波器的组合，如上面参照图7所述的。
图8示出了一个呈现用于在记录载体上记录该数字信息信号的设备状态的发射机。图8中所示的电路方框102代表图1或图4的电路图。因此图8的记录设备的输入端1等效于图1和4中的输入端1，而图8中的端子21等效于图1和4中信号组合单元20的输出21。该记录设备还包括写装置104，用于将在端子21出现的输出信号写在记录载体108上。记录载体108可以是磁性类型的。在这个情况下，写装置104包括一个或几个磁头106，用于在记录载波的磁轨上写该信息。在另一个实施例中，记录载体108是光记录载体。这时写装置包括一个光写头，用于在该记录载体的轨迹上写入该信息。写装置一般包括一个频道编码单元，在记录之前用于频道编码要记录的信号。
图9表示一个呈现用于从该记录载体中再生数字信息信号的设备状态的接收机。图9所示的电路方框114代替图2或图5的电路图。因此图9的再生设备的端子60等效于图2和5中的多路分用器单元62的输入60，而图9的输出端90等效于图2和5的接收机的输出端90。该再生设备还包括读装置112，用于读出记录在记录载体108上的信号和用于提供读出的信号给输入60。记录载体108可以是磁性类型的。在这种情况下，读装置112包括一个或几个磁头110，用于从该记录载体磁道中读出该信息。在另一个实施例中，记录载体108是光记录载体。这里读装置112包括一个光读头，用于从记录载体的轨道中读出该信息。读装置112一般包括一个频道解码单元，在进一步处理所述信号之前，用于频道解码从记录载体读出的信号。
上面叙述的根据本发明的措施在收到时可检索不同频率范围的输出信号的意义上落入一般的频率可量测性的名义下。
虽然本发明已参照其优选实施例叙述了，但是应该懂得，这些不是限制的例子。因此，各种修改对于本领域的技术人员可变得显而易见而不脱离由权利要求书所限定的本发明的范围。
而且，本发明在于每一个新颖的特性或特性的组合。
Claims (22)
1.经过传输媒介发送具有特定的第一取样频率的数字信息信号的发射机，该发射机包括：
输入装置，用于接收具有特定的第一取样频率的数字信息信号，
第一滤波装置，用于低通滤波和下降取样该数字信息信号，以便得到具有比第一取样频小的特定的第二取样频率的低通信号，
第二滤波装置，用于对该数字信息信号进行信号处理，该处理等效于由第一滤波装置对该数字信息信号进行的信号处理，接着上升取样具有特定的第二取样频率的低通信号，以便得到具有特定的第三取样频率的上升取样信号，该第三取样频率等于第一取样频率，
第三滤波装置，对上升取样信号进行滤波，以便得到第二数字信息信号，
第一信号组合装置，用于组合该数字信息信号与第二数字信息信号，以便得到一个差信号，
第二信号组合装置，用于组合低通信号与该差信号，以便得到经过该传输媒介传输的传输信号。
2.根据权利要求1的发射机，其特征在于：提供数据压缩装置(42)，用于数据压缩该差信号以便得到数据压缩的差信号，第二信号组合装置适用于组合低通信号与数据压缩的差信号，以便得到经过该传输媒介传输的所述传输信号。
3.根据权利要求1的发射机，其特征在于：提供数据压缩装置(52)，用于数据压缩该低通信号，以便得到数据压缩的低通信号，第二信号组合装置适用于组合该数据压缩的低通信号与该差信号，以便得到经传输媒介传输的所述传输信号。
4.根据权利要求1、2或3的发射机，其中第三滤波装置是自适应预测滤波装置。
5.根据权利要求4的发射机，其中该自适应预测滤波装置适用于产生预测滤波系数，第二信号组合装置(20)还适合于组合预测滤波系数，以便得到所述传输信号。
6.根据权利要求2或3的发射机，其中该数据压缩装置包括熵编码装置。
7.根据权利要求2或3的发射机，其中该数据压缩装置包括第二预测滤波装置和熵编码装置。
8.根据权利要求6的发射机，其中所述熵编码装置为霍夫曼编码器。
9.根据权利要求1、2或3的发射机，其中所述第一取样频率为192KHz和所述第二取样频率为96KHz。
10.根据权利要求1的发射机，其特征在于它还包括信道编码装置，在传输之前，用于信道编码该传输信号。
11.用于将具有特定的第一取样频率的数字信息信号记录到记录载体上的装置，该装置包括：
输入装置，用于接收具有特定的第一取样频率的数字信息信号，
第一滤波装置，用于低通滤波和下降取样该数字信息信号，以便得到具有比第一取样频小的特定的第二取样频率的低通信号，
第二滤波装置，用于对该数字信息信号进行信号处理，该处理等效于由第一滤波装置对该数字信息信号进行的信号处理，接着上升取样具有特定的第二取样频率的低通信号，以便得到具有特定的第三取样频率的上升取样信号，该第三取样频率等于第一取样频率，
第三滤波装置，对上升取样信号进行滤波，以便得到第二数字信息信号，
第一信号组合装置，用于组合该数字信息信号与第二数字信息信号，以便得到一个差信号，
第二信号组合装置，用于组合低通信号与该差信号，以便得到记录在信息载体上的组合信号。
12.从传输媒介接收传输信号并且从中产生具有第一取样频率的数字信息信号的接收机，该传输信号由权利要求1的的发射机产生，该接收机包括：
检索装置，用于从该传输媒介中检索该传输信号，
多路分解装置，从该传输信号中导出低通信号和该差信号，
上升取样装置，上升取样低通信号，以便得到具有特定的第三取样频率的上升取样信号，该第三取样频率等于第一取样频率，
滤波装置，对上升取样信号进行滤波，以便得到滤波型的数字信息信号，
信号组合装置，用于组合该滤波型的数字信息信号与该差信号，以便得到所述数字信息信号。
13.根据权利要求12的接收机，所述多路分解装置适用于从该传输信号中检索数据压缩的差信号，该接收机还装备数据扩展装置，以便得到数据扩展的差信号。
14.根据权利要求12的接收机，所述多路分解装置适于从该传输信号中检索数据压缩的低通信号，该接收机还装备数据扩展装置，以便得到数据扩展的低通信号。
15.根据权利要求12、13或14的接收机，还包括：
数/模变换装置，以第一取样频率数/模变换该数字信息信号。
16.根据权利要求12、13或14的接收机，其中该滤波装置是自适应预测滤波装置。
17.根据权利要求16的接收机，其中该多路分解装置还适合于从该传输信号中导出该自适应预测滤波装置的滤波系数。
18.根据权利要求13或14的接收机，其中该数据扩展装置包括熵解码装置。
19.根据权利要求13或14的接收机，其中该数据扩展装置包括熵解码装置和第二预测滤波装置。
20.根据权利要求18的接收机，其中所述熵解码装置包括一个霍夫曼解码器。
21.根据权利要求12的接收机，其特征在于：它还包括在该检索装置与该多路分用器装置之间进行调节的信道解码装置。
22.经过传输媒介发送具有特定第一取样频率的数字信息信号的方法，该方法包括步骤：
接收具有特定的第一取样频率的数字信息信号，
低通滤波和下降取样该数字信息信号，以便得到低通信号，该数字信息信号具有小于第一取样频率的特定的第二取样频率，
对该数字信息信号进行信号处理，该信号处理等效于在该低通滤波和下降取样步骤中对该数字信息信号进行的信号处理，接着上升取样具有特定第二取样频率的低通信号，以便得到具有特定第三取样频率的上升取样信号，该第三取样频率等于第一取样频率，
对上升取样信号进行滤波，以便得到第二数字信息信号，
组合该数字信息信号与第二数字信息信号，以便得到差信号，
组合该低通信号与该差信号，以便得到经过该传输媒介传输的传输信号。
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