DE2420519A1 - Asynchroner deltamodulator - Google Patents

Asynchroner deltamodulator

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DE2420519A1
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Germany
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signal
input
predictor
differential amplifier
delta modulator
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Pending
Application number
DE2420519A
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English (en)
Inventor
Hans Juergen Dipl Ing Matt
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/02Delta modulation, i.e. one-bit differential modulation
    • H03M3/022Delta modulation, i.e. one-bit differential modulation with adaptable step size, e.g. adaptive delta modulation [ADM]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

  • s'Asynchroner Deltamodulator" Die Erfindung betrifft einen asynchronen Deltamodulator zur adaptiven Digitalisierung von analogen Signalen, bei dem das Differenzsignal zwischen dem augenblicklichen Analogsignal und einem Prädiktorsignal als Kriterium für die Polarität zu bildenden des/binären Ausgangssignals dient.
  • Im Bestreben, analoge Signale wie Sprache bzw. Videosignale digital zu verarbeiten, sind verschiedene Verfahren zur Umwandlung analoger Signale in eine digitale Form entwickelt worden. Das zu verarbeitende Analogsignal läßt sich jedoch prinzipiell bei allen Verfahren /nur mit begrenzter Genauigkeit aus dem digitalisierten Signal zurückgewinnen.
  • Das Ziel aller I)igitalisierungsverfahren besteht nun darin, bei möglichst geringem Schaltungsaufwand und geringer Bitrate am Ausgang eine bestmögliche Wiedergabequalität zu erreichen.
  • Unter den bekannten Verfahren benötigt die Delta-Modulation (IEEE Spektrum, Okt. 1970, 5. 69 - 78) als einfache Art der Delta-Puls-Code-Modulation (DPCM) einen besonders geringen Schaltungsaufwand, weshalb ihr eine relativ große praktische Bedeutung zukommt.
  • Nachteilig bei der Delta Modulation ist jedoch die relativ hohe Bitrate, die man vorzugsweise mit Eompandierungsverfahren (IEEE Trans.Com. 19; No. 4, Aug. 71, p. 570) bei gleichbleibender Wiedergabequalität zu verringern versucht.
  • Aus der Literatur sind taktgesteuerte oder synchrone Deltamodulatoren bekannt, die nur ein einziges Quantisiertingsin tervall besitzen, zum jeweiligen Taktzeitpunkt den Momenihn tanwert des Eingangssignals abfragen und/mit dem vorher übertragenen Signal vergleichen. Dabei verhindert der ständige Vergleich des Eingangssignals mit dem jeweils vorher übertragenen Signal ein Anwachsen oder eine Fortpflanzung eines einmal gemachten Quantisierungsfehlers.
  • Nachteilig bei dieser Delta-Modulation ist die hohe Bitrate am Modulatorausgang von ca. 56 k Bit/s bei einem Signal/Rauschverhältnis von S/N46 dB (Philips Technical Review, 1970, Vol. 31, No. 11/12, pp. 335 - 353), weshalb an Stelle des relativ einfachen linearen Prädiktors komplizierte Schaltungen mit Kompandierungseigenschaften (Electronic Letters, April 1970, Vol. 6, No. 9, pp. 272 - 274) verwendet werden, um bei gleichbleibender Wiedergabequalität die Bitrate zu verringern.
  • Aus der Zeitschrift Electronic and communication in Japan, 49, March 1966, pp. 34 - 42 ist ein asynchroner Deltamodulator bekannt. Er unterscheidet sich von dem getakteten Deltamodulator vor allem in drei Punkten: 1. Der asynchrone Deltamodulator benötigt keinen externen Cakt, Die Steuerung der erzeugten Ausgangsimpulse wird in Abhängigkeit vom Eingangssignal und dem vom Prädiktor erzeugten Signal vorgenommen. An seinem Ausgang liefert er bipolare Impulse, deren Flanken völlig unregelmäßig erscheinen.
  • 2. Die Information ist in den Flanken des digitalen Signals enthalten.
  • 3. Der Deltamodulator enthält einen zusätzlichen Impulsgenerator.
  • Das bekannte Verfahren weist jedoch einen relativ hohen Schaltungsaufwand auf.
  • Ferner ist ein asymmetrischer Deltamodulator bekannt, der aus einer Differenzstufe mit nachgeschaltetem symmetrischem Begrenzer mit Hysterese besteht und bei dem das Ausgangssignal des Begrenzers integriert und mit dem Eingangssignal verglichen wird (Electronic Letters, Jan. 1966, Vol. 2, No. 1, S. 7 - 9). Hier wird zunächst die Differenz zwischen Eingangs- und Prädiktorsignal und anschließend-in dem symmetrischen Begrenzer mit Hysterese festgestellt, ob der Betrag-der Abweichung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Es sind zur Realisierung der Schaltung beispielsweise zwei Differenzverstärker erforderlicht von denen der erste in der Differenzstuf, der zweite als symmetrischer Begrenzer mit Hysterese verwendet wird.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Stand der technik zu verbessern, insbesondere soll der Schaltungsaufwand des asynchronen Deltamodulators reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es nunmehr möglich, einen asynchronen Deltamodulator zu realisieren, der mit einem sehr geringen Schaltungsaufwand auskommt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 und 3 läßt sich der asynchrone Deltamodulator den charakteristischen Eigenschaften des zu modulierenden Signals optimal anpassen. So ermöglicht die Ausgestaltung nach Anspruch 3 die Anpassung des Modulators an beispielsweise sinusförmige Eingangssignale.
  • Die erfindungs gemäße Lösung benötigt keine Impuls generatoren, sondern lediglich einen einzigen Differenzverstärker, der so beschaltet ist, daß die Schaltung eine Hysterese aufweist.
  • Im folgenden wird nun die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 Blockschaltbild des erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulators.
  • Figur 2 Zeitdiagramm zum asynchronen Deltamodulator.
  • In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines asynchronen Deltamodulators gemäß der Erfindung dargestellt. Das analoge Eingangssignal s gelangt zu einem ersten Eingang E1 eines Differenzverstärkers 1. Der Ausgang A des Differenzverstärkers ist gleichzeitig Ausgang des asynchronen Deltamodulators.
  • Das Ausgangs signal k des Differenzverstärkers gelangt ferner über einen Prädiktor 2 zum zweiten Eingang E2 des Differenzverstärkers.
  • Als Prcdiktor kann ein Integrator, bestehend aus einem durch einen Kondensator rückgekoppelten Operationsverstärker verwendet werden, oder auch einfach eine geeignete RG-Kombination, wie z. B. nachfolgend beschrieben.
  • Besonders vorteilhaft ist es, einen Prädiktor gemäß Figur 1 zu verwenden. Dieser Prädiktor besteht aus der Reihenschaltung der Widerstände R1, R2 und R3 und des Kondensators C2, dessen freies Ende an das Bezugspotential gelegt ist. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 und dem Bezugspotential ist zusätzlich ein Kondensator C1 geschaltet.
  • Das freie Ende des Widerstandes R1 stellt den Eingang des Prädiktors dar, der mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist und der Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3 bildet den Ausgang des Prädiktors, der das Signal y an den Eingang E2 des Differenzverstärkers abgibt.
  • Erfindungsgemäß ist der Differenzverstärker so beschaltet, daß die Schaltung eine Hysterese aufweist. Die Hysterese läßt sich erfindungsgemäß mittels eines üblichen Differenzverstärkers und zweier Widerstände realisieren. Hierzu wird, wie in Figur 1 gezeigt, der eine Eingang E1 über einen ersten Widerstand R6 und der Ausgang A über einen zweiten Widerstand R7 mit dem ersten positiven Eingang Eo s des Differenzverstärkers 11 verbunden. Der andere Eingang E2 und der Ausgang entsprechen demzweiten Eingang bzw. dem Ausgang des Differenzverstärkers, Die gewünschte Hysterese des Differenzverstärkers ist hier durch die Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R6 und/oder R7 einstellbar.
  • Beispielsweise wächst die Hysteresespannung, wenn der Widerstandswert des Widerstandes R7 verringert wird.
  • In Figur 2 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulators dargestellt.
  • Figur 2a zeigt als Beispiel das Eingangssignal s mit dem Verlauf s = O für die Zeiten t # to und s - e-a(t-tO) für die Zeiten tto Das Ausgangssignal y des Prädiktors ist zum besseren Verständnis in das gleiche Diagramm strichliert eingezeichnet. Differenzverstärkers Figur 2b zeigt das Ausgangssignal des / rund damit des asynchronen Deltamodulators in Abhängigkeit von der Zeit.
  • Immer wenn die Abweichung zwischen dem Eingangssignal s und dem Ausgangssignal y des Prädiktors den Betrag der Hysteresespannung Uh überschreitet, wechselt der Ausgang des Differenzversarers / seln Vorzeichen.
  • Bei konstantem Verlauf der Eingangs spannung hat die nachgebildete Spannung y den gleichen wellenförmigen Verlauf wie diejenige eines synchronen Deltamodulators. Auch der Sprung an der Stelle to wird gleichermaßen schlecht wiedergegeben.
  • Eine bemerkenswerte Verbesserung wird jedoch in den Bereichen geringer bis mittlerer Steigung des Eingangssignals erreicht, wenn diese die Steigung des Prädiktors nicht übertrifft, da bei fehlendem Zeitraster und /bei der Schaltung des hier gewählten und in Figur 1 dargestellten Prädiktors das nachgebildete Signal y höchstens um Differenzverstärkers den Betrag der Hysteresespannung des -- - / vom Eingang signal s abweicht. Dies macht sich in einem besseren Signal/ Rausch-Verhältnis und vor allem in einer guten Sprachverständlichkeit, die einem analogen System entspricht, bemerkbar.
  • Die mittlere Zeichenwechselfrequenz des erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulators beim Eingangs signal s = 0 hängt von der Höhe der Hysteresespannung Uh ab. Durch geeignete Wahl der Widerstände R6 und R7 läßt sich die ZeRtenwechselfrequenz entsprechend dem vorgesehenen Einsatz des Modulators den aeweiligen Verhältnissen optimal anpassen.
  • Ein weiterer Grund für die besonders gute Sprachverständlichkeit der demodulierten Signale des asynchronen Deltamodulators liegt darin, daß die Grundfrequenz des digitalen Ausgangsignals des Modulators und somit die Grundfrequenz des nachgebildeten Signals des empfangsseitigen Prädiktors immer exakt mit der Grundfrequenz des Eingangssignals übereinstimmt. Selbst wenn der Prädiktor bei höheren Frequenzen und Amplituden des Eingangssignals s hinsichtlich des Anstiegs seines Ausgangssignals überfordert ist, so gibt er doch zumindest die Grundwelle des ursprünglichen Signales s exakt wieder.
  • Empfangsseitig besteht der Demodulator, der zur Demodulation der vom erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulator gelieferten binären Ausgangssignale gehört, aus dem gleichartig aufgebauten Prädiktor des Modulators und einem nachgeschalteten Tiefpassfilter, welches das Nutzsignal von den störenden Anteilen der Zeichenwechselfrequenz trennt.
  • Der erfindungsgemäße Modulator hat außer dm sehr geringen Schaltungsaufwand den Vorteil, daß er sich mit Ausnahme der Kondensatoren G1 und C2 problemlos integrieren läßt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Asynchroner Deltamodulator zur adaptiven Digitalisierung von analogen Signalen, bei dem das Differenzsignal zwischen dem augenblicklichen Analogsignal s und einem Prädiktorsignal y als Kriterium für die Polarität des binären Ausgangssignals k dient, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker (11) vorgesehen ist, dessen einem Eingang (E1) über einen ersten Widerstand (R6) das Eingangssignal (s) und über einen zweiten Widerstand (R7) sein Ausgangssignal (k) in mitkoppelndem Sinne zur Erzeugung einer Hysterese zugeführt sind, daß der Ausgang des Differenzverstärkers über einen Prädiktor / (2) mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist und daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers das gewünschte deltamodulierte Signal ist.
  2. 2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hysterese durch das Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände (R6, R7) eingestellt ist.
  3. 3. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prädiktor ein doppelt integrierendes RC-Netzwerk vorgesehen ist, das derart bemessen ist, daß sein Ausgangssignal dem Eingang's signal des Modulators angepaßt ist.
    Leerseite
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700362A (en) * 1983-10-07 1987-10-13 Dolby Laboratories Licensing Corporation A-D encoder and D-A decoder system
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