DE2556353C3 - Anordnung mit einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung - Google Patents
Anordnung mit einer integrierenden digitalen SignalverarbeitungsvorrichtungInfo
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Description
mr
z(mrT) =y Wmr'kx(kT)
Ic = O
gegeben wird, worin r eine postive ganze Zahl
darstellt und Wein Gewichtsfaktor ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die integrierendedigita-Ie
Signalverarbeitungsvorrichtung ein nichtrekursives Digitalfilter enthält, in dem jeweils mit einer
Periode rTnacheinander auftretende Gruppen von r nacheinander auftretenden Signalabtastwerten
x(nT) verarbeitet werden, um eine Folge binär kodierter und mit der genannten Ausgangsabtastperiode
rT auftretender Hilfssignalabtastwerte y(mrT)
zu erzeugen, wobei die Beziehung zwischen y(mrT) und den genannten r Signalabtastwerten x(nT) einer
Gruppe durch die Beziehung
τ- 1
y (mrT) = Y) W1 χ [{mr - i) T]
I = 0
mit m = 0, 1, 2, 3 ... und
χ l(mr - i) T] = 0 für mr — i
< 0
gegeben wird, welche Hilfsabtastwerte y(mrT) einem integrierenden Netzwerk zum Erzeugen der
genannten Signalabtastwerte z(mrT) zugeführt werden, wobei die Beziehung zwischen z(mrT) und
y(mrT) durch die Beziehung
35
45
1'J)r
y(jrT)
= Wz[(ro-l)rT]+;y(mrT)
Signalabtastwerten x(nT) mit N+r-1 Filterkoeffizienten
h'ti) eingerichtet ist, wobei die Beziehung zwischen h'(j)und h(k)durch die Beziehung
"-"Hk)
gegeben wird, in der
0 < k < N - 1
und
und
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtrekursive Digitalfilter,
das direkt dem genannten integrierenden Netzwerk vorangeht, mit einem Eingangskreis versehen ist, in
den eine Speichervorrichtung aufgenommen ist, der die Signalabtastwerte x(nT) zugeführt werden, und
die zur Speicherung einer Gruppe von r nacheinander auftretenden Signalabtastwerten x(nT) und zur
Übertragung mit jeweils einer Periode rT einer derartigen Gruppe auf das genannte nichtrekursive
Digitalfilter eingerichtet ist
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung eingerichtet ist zur Umwandlung eines deltamodulierten Signals, innerhalb dessen die
Deltamodulationsimpulse x(nT) mit einer vorgegebenen Eingangsabtastperiode T auftreten, in ein
impulskodemoduliertes Signal (PCM-Signal), innerhalb
dessen Impulsegruppen z(mrT) mit einer vorgegebenen Ausgangsabtastperiode rT auftreten,
welche Anordnung einen in Reihe geschalteten nichtrekursiven Digitaltiefpaß enthält, dem die
genannten Deltamodulationsimpulse x(nT) zugeführt werden und dessen Ausgangskreis an den
Eingangskreis der genannten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung angeschlossen
ist.
gegeben wird, wobei
z[(m-l)rT] = 0
für alle m — l <0.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Eingang der genannten integrierenden digitalen
Signalverarbeitungsvorrichtung an den Ausgang eines nichtrekursiven Digitalfilters angeschlossen ist,
das zur Faltung von N Signalabtastwerten x(nT) mil N Filterkoeffizienten h(k) eingerichtet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das zuletzt genannte nichtrekursive Digitalfilter und das genannte nichtrekursive
Digitalfilter, das einen Teil der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung bildet, zu
einem einzigen nichtrekursiven Digitalfilter zusammengefaßt sind, das zur Faltung von N+r-\
■
(A) (1) Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einer digitalen integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung
zum Erzeugen einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Ausgangsabtastperiode rT
auftretender Signalabtastwerte zfmrT), wobei die
Beziehung zwischen den Signalabtastwerten x(nT) und einem Signalabtastwert z(mrT) durch die Beziehung
mr
z(mrT) =2) Wmr~kx(kT)
gegeben wird, worin reine positive ganze Zahl darstellt,
aus einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Eingangsabtastperiode T auftretender
Abtastsignalwerte x(nT)nnd Wein Gewichtsfaktor ist.
Eine derartige Anordnung kann z. B. zur Umwandlung eines delta (DM)- oder differentialimpulskode
(DPCM)-modulierten Signals in ein impulskodemoduliertes Signal benutzt werden. Für diesen Zweck müßte
das DM- oder DPCM-Signal zunächst dekodiert werden, was auf das Integrieren der DM-Impulse oder
DPCM-Impulsgruppen hinausläuft, wobei dann die
m Dekodierer gelieferten Signalabtastwerte gegebe-
nfalls über ein Filter zur Einschränkung der
Randbreite einem PCM-Kodierer zugeführt werden, der
h" är kodierte Signalabtastwerte mit einer Abtastfre-
lienz liefert, die erheblich, um z. B. einen Faktor 8,
niedriger als die Abtastfrequenz des DM- oder des
npCM-Signals ist. .
Auch kann eine derartige eingangs beschriebene Anordnung ein digitales nichtrekursives Filter enthalten
in dem Gewichtsfaktoren angewandt werden, die Hur'ch differentielle Kodierung des Impulsdurchlaßbe-
»!rhes des Filters erhalten sind, z.B. durch eine
Zierung auf die in der Dt-OS 24 28 346 der Anmelderin beschriebene Weise oder auf die von G. B.
I ockhart in seinem Artikel »Binary transversal filters with quantised coefficients«, Electronics Letters,
den 3 Juni 1971, Band 71, Nr. 11 beschriebene Weise. Zum Erhalten der Signalabtastwerte x(mrT) müssen die
von dem genannten nichtrekursiven digitalen Filter gelieferten binär kodierten Signalabtastwerte in der
integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung noch bearbeitet (integriert) werden.
(A) (2) Beschreibung des Standes der Technik Eine bekannte integrierende Signalverarbeitungsvorrichtung
wird durch einen Akkumulator gebildet in dem ieweils ein angebotener binär kodierter Signalabtastwert
zu dem sogenannten Inhalt des Akkumulators " den neuen Inhalt des
(B) Beschreibung der Erfindung Die Erfindung bezweckt, eine insbesondere zur
Anwendung in den vorgenannten Anordnungen besonders geeignete integrierende digitale Signalverarbeitungsvorrichtung
zu schaffen, die sich sogar bei einem sehr kleinen Wert der genannten Eingangsabtastperiode
T besonders gut dazu eignet, in integrierter Form (L.S.I. = large scale integration, ζ. B. mit Hilfe von I2L-ο
oder MOS-Techniken) ausgeführt zu werden.
Nach der Erfindung enthält dazu die integrierende digitale Signalverarbeitungsvorrichtung ein nichtrekursives
digitales Filter, in dem jeweils mit einer Periode rT nacheinander auftretende Gruppen von r nacheinander
auftretenden Signalabtastwerten x(nT) verarbeitet werden, um eine Folge binär kodierter und mit der
genannten Ausgangsabtastperiode rT auftretender Hilfssignalabtastwerte y(mrT) zu erzeugen, wobei die
Beziehung zwischen y(mrT) und den genannten r Signalabtastwerten x(nT) einer Gruppe gegeben wird
durch die Beziehung:
r- 1
y(mrT)=^ W χ [_(mr - i) T^ , (2)
welche Hilfssignalabtastwerte yfmrT) einem integrierenden
Netzwerk zum Erzeugen der genannten Signalabtastwerte z(mrT) zugeführt werden, wobei die
Beziehung zwischen z(mrT) und y(mrT) gegeben wird
Akkumulators bildet.
Eine andere bekannte Ausführungsform einer integrierenden
Signalverarbeitungsvorrichtung wird durch ein rekursives digitales Filter erster Ordnung gebildet,
wobei im rekursiven Teil ein Gewichtsfaktor W
anIuin"Erhalten eines Signalabtastwertes z(mrT) am
Ausgang des Akkumulators oder des rekursiven digitalen Filters erster Ordnung wird dessen Inhalt
ieweils mit einer Periode rT unter der Steuerung eines Taktimpulses ausgelesen. ,..··,
Auf diese Weise liefert z. B. das rekursive digitale Filter erster Ordnung einen Signalabtastwert zfmrT),
dessen Beziehung zu den Eingangssignalabtastwerten x(nT)des Filters durch die Beziehung gegeben wird:
mit χ (iT) = 0
mr
=Σ Wmr-'x(iT) für
(D = Wrz[(m-l)rT]+y(mrT).
(3)
In den Ausdrücken (2) und (3) stellt W wieder den
obengenannten Gewichtsfaktor dar und gilt außerdem, daß z[(m- I)Z-TJ=O für /η-1
<0.
Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, daß dem integrierenden Netzwerk nur
Signalabtastwerte mit einer Periode rT und nicht mehr, wie bei den beschriebenen bekannten integrierenden
Vorrichtungen, die zur Erhöhung der Ausgangsabtastperiode in bezug auf die Eingangsabtastperiode
verwendet werden, mit einer Periode T angeboten werden. Dadurch ist eine erhebliche Herabsetzung der
sogenannten inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit der integrierenden Vorrichtung erzielt.
und z (-T) = 0.
In diesem Ausdruck haben die Symbole die nachstehenden Bedeutungen:
T: die Periode, mit der die Signalabtastwerte x(nT) auftreten;
T: die Periode, mit der die Signalabtastwerte x(nT) auftreten;
/: die Rangnummer des nach dem Zeitpunkt i=0
auftretenden Signalabtastwertes x(iT);
W: der vorgenannte Gewichtsfaktor;
r: eine ganze und positive Zahl, die die Vergrößerung der Ausgangsabtastperiode in bezug auf die
Eingangsabtastperiode der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung angibt (r ist annahmeweise
größer als eins);
m: eine ganze und positive Zahl, die die Rangnummer
des nach dem Zeitpunkt (=0 mit einem geraden Vielfachen der Ausgangsabtastperiode rT auftretenden
Signalabtastwertes z(mrT).
(C) Beschreibung der Ausführungsbeispiele
F i g. 1 zeigt eine bekannte Ausführungsform einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung;
F i g. 2 stellt einige Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1 dar;
F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung nach der
Erfindung;
F i g. 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung
F i g. 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung
nach F i g. 3;
Fig.5 zeigt eine bekannte Ausführungsform einer
Einrichtung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein PCM-Signal durch Deltamodulation;und
F i g. 6 stellt schematisch den Aufbau einer derartigen in F i g. 5 gezeigten Einrichtung nach der Erfindung dar.
(D) (1) Grundsätzlicher Aufbau
In F i g. 1 ist eine bekannte Ausführungsform einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung
dargestellt, und zwar in Form eines rekursiven digitalen Filters erster Ordnung, das auf bekannte Weise
durch einen Addierer 1, eine Verzögerungseinrichtung 2 und einen Multiplizierer 3, dem ein Gewichtsfaktor W
zugeordnet wird, gebildet wird. Dem Addierer 1 wird über einen ersten Eingang eine Folge binär kodierter
Signalabtastwerte x(nT) zugeführt. Diese Signalabtastwerte treten mit einer Periode Tauf, die oben bereits als
Eingangsabtastperiode bezeichnet ist.
Zur Erzielung der richtigen Integrationskennlinie soll die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung 2
bekanntlich gleich der Eingangsabtastperiode Tgewählt werden.
Jeweils nach dem Auftreten eines Eingangsabtastwertes x(nT) liefert diese integrierende Signalverarbeitungsvorrichtung
einen binär kodierten Ausgangssignalabtastwert z(nT).
Außer den Signalabtastwerten x(nT) und z(nT) ist
auch der Gewichtsfaktor Wublicherweise binär kodiert.
Durch die Rückkopplung von z(nT)aui einen zweiten
Eingang des Addierers 1 über den Multiplizierer 3 werden in dieser Signalverarbeitungsvorrichtung die
Abtastwerte x(nT) einer Verarbeitung unterworfen, die mathematisch durch den Ausdruck:
η
i = 0
i = 0
(iT) = Wz [(η-I)T] + χ (ηT)
(4)
dargestellt werden kann. Dabei wird angenommen, daß x(iT)= 0 und z(iT)= 0 für alle /<
0.
Für eine Vielzahl in der Praxis angewendeter Vorrichtungen, z. B. bei der in der Einleitung erwähnten
Vorrichtung zur Umwandlung eines deltamodulierten Signals in ein PCM-Signal, ist es genügend, wenn nur ein
Abtastwert z(nT) einer Reihe von r Abtastwerten z(nt) zur weiteren Verarbeitung (z. B. zur Übertragung auf
einen Empfänger) zur Verfügung steht In F i g. 1 werden dazu die Abtastwerte z(nT) einer nur symbolisch
dargestellten Abtastvorrichtung 4 zugeführt, die von Taktimpulsen gesteuert wird, die mit einer Periode
T auftreten und einem Taktimpulsgenerator 4(1) entnommen werden. Diese Abtastvorrichtung 4 liefert
also die binär kodierten Signalabtastwerte z(mrT), die z. B. je den Augenblickswert eines analogen Signals
darstellen, und die auf die im Ausdruck (1) angegebene Weise auf die Abtastwerte xfn7?bezogen sind.
In F i g. 2 ist erläuterungsweise bei a eine Reihe von Abtastwerten x(nTX bei b die Reihe von Abtastwerten
z(nT)iind bei cdie durch Abtastung mit der Vorrichtung
4 erhaltene Reihe von Abtastwerten z(mrT) dargestellt,
wobei r gleich 3 gesetzt ist. In diesen Diagrammen sind als Abszisse ausschließlich die Rangnummern der nach
dem Zeitpunkt f=0 auftretenden Signalabtastwerte aufgetragen.
Obgleich nur einer aus einer Reihe von r Abtastwerten z(nT) von der Abtastvorrichtung 4 zur weiteren
Verarbeitung durchgelassen wird, sollen bei einer derartigen, in F i g. 1 dargestellten integrierenden
Signalverarbeitungsvorrichtung dennoch alle Abtastwerte z(nT) berechnet werden, um Signalverzerrung zu
vermeiden. Dadurch soll jeweils innerhalb einer Eingangsabtastperiode T ein Abtastwert z(nT) berechnet
werden.
Vor allem wenn eine derartige integrierende Signalverarbeitungsvorrichtung
in integrierter Form, z. B. mit Hilfe von I2L- oder MOS-Techniken, ausgeführt werden
soll und insbesondere wenn sie mit mehreren anderen S digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen, wie digitalen
Filtern und digitalen Modulatoren, auf einer einzigen Halbleiterscheibe untergebracht werden soll, soll
besondere Aufmerksamkeit der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit gewidmet werden, die bei bekannten
ι ο Vorrichtungen dieser Art z. B. 12 M Hz beträgt
Die Erfindung bezweckt, die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit
der obenbeschriebenen integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung, bei der jeweils
nur ein Abtastwert z(nT) einer Reihe von r Abtastwerten z(nT) zur weiteren Verarbeitung benutzt
wird, erheblich herabzusetzen.
(2) Die Vorrichtung nach der Erfindung
Die in F i g. 3 gezeigte integrierende digitale Signal-Verarbeitungsvorrichtung
nach der Erfindung enthält ein nichtrekursives Digitalfilter 5, das auf übliche Weise
ausgeführt und dessen Ausgang mit einem Eingang eines integrierenden Netzwerks 6 verbunden ist das,
wie die integrierende digitale Signalverarbeitungsvorrichtung nach Fig. 1, durch ein rekursives Digitalfilter
erster Ordnung gebildet wird.
Insbesondere ist in Fig.3 der Faktor r, der die
Erhöhung der Ausgangsabtastperiode in bezug auf die Eingangsabtastperiode darstellt, gleich 3 gesetzt Das
nichtrekursive Digitalfilter 5 ist auf bekannte Weise mit einer digitalen Verzögerungsleitung 7 mit r, d.h. mit
drei, Verzögerungsabschnitten 7(0)-7(2) versehen, die je zur Speicherung eines vollständigen Signalabtastwertes
x(nT) eingerichtet sind. Diese Verzögerungsabschnitte
sind auf übliche Weise über Multiplizierer 8(0), 8(1), 8(2) an die Eingänge eines Addierers 9 angeschlossen.
Der Ausgang dieses Addierers 9 ist an einen Eingang eines Addierers 10 des integrierenden Netzwerks
6 angeschlossen. Dieses integrierende Netzwerk,
dessen Aufbau dem der Vorrichtung nach F i g. 1 entspricht enthält weiter ebenfalls eine Verzögerungseinrichtung
11 und einen Multiplizierer 12. Die Signalabtastwerte z(m3T) werden dabei unmittelbar
dem Ausgang des Addierers 10 entnommen.
Die Gewichtsfaktoren, die, wie üblich, den Multipli
zierern 8(0), 8(1), 8(2) des Filters 5 zugeordnet werden weisen die Werte 1, Wbzw. W auf, wobei Wgleichden
Gewichtsfaktor ist, der in der Vorrichtung nach Fig. 1
dem Multiplizierer 3 zugeordnet wird. Ebenso ist dei
Gewichtsfaktor, der dem Multiplizierer 12 im integrie renden Netzwerk 6 zugeordnet wird, gleich W3 ode
allgemeiner W*.
Im Filter 5 werden jeweils nacheinander auftretendi
Gruppen von r Signalabtastwerten verarbeitet, welchi
Gruppen mit einer Periode /Tauftreten und durch je
nacheinander auftretende Signalabtastwerte x(nT) ge bildet werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.3, ii
dem r-3 ist werden auf diese Weise die Gruppen vo Signalabtastwerten
x(0), x(T), x(2T), x(3T), x(4T),
χ (5 T)..., x(nT), χ [(n +I)T], x[(n + 2)T]
χ [(»1+ 3) T], χ [(n+ 4) T], x[(n + 5)T] usw.
in dem Filter 5 verarbeitet Jede dieser Gruppen liefei
einen binär kodierten Hilfssignalabtastwert y(mrT) a
den Ausgang des Filters 5, welche Abtastwerte y(mrT)
somit mit einer Periode rT auftreten, wobei die vom Filter 5 gegebene Beziehung zwischen y(mrT) und der
zugehörigen Gruppe von r Signalabtastwerten x(nT)'m dem Ausdruck (2) dargestellt ist, in dem für dieses
Ausführungsbeispiel r= 3 gesetzt werden soll.
Im integrierenden Netzwerk 6 werden nun diese Hilfssignalabtastwerte y(mrT) auf übliche und bereits an
Hand der F i g. 1 angegebene Weise integriert. Im Gegensatz zu der Vorrichtung nach F i g. 1 ist nun
jedoch die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung 11 gleich der Periode gewählt, mit der die
Abtastwerte y(mrT) auftreten, d. h. gleich γΤ(-ΖΤ), und
es wird ein Gewichtsfaktor mit einem Wert VVY= W1)
verwendet, wodurch zwischen z(mrT) und y(mrT) eine
Beziehung erhalten ist, die durch die Beziehung (3) ausgedrückt wird.
Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist also erreicht, daß dem integrierenden Netzwerk
Signalabtastwerte y(mrT) zugeführt werden, die mit einer Periode rT nacheinander auftreten, so daß die
innere Verarbeitungsgeschwindigkeit des integrierenden Netzwerks in bezug auf die in F i g. 1 dargestellte
Vorrichtung um einen Faktor r abgenommen hat.
In dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel treten zwar die Hilfssignalabtastwerte y(mrT) mit einer
Periode jTauf, aber die Signalabtastwerte x(nT) treten
mit einer Periode T auf, so daß im Filter 5 ein Abtastwert y(mrT) innerhalb einer Periode Tberechnet
werden soll, was wieder eine Erhöhung der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit der integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung
zur Folge hat. Da diese Erhöhung der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit jedoch das Ergebnis der im Filter 5 durchzuführenden
Verarbeitungen ist, kann nun durch Anwendung der in der gleichzeitig eingereichten niederländischen Patentanmeldung
74 16 479 beschriebenen Maßnahmen die zuletzt genannte Erhöhung der inneren Verarbeitungsgeschwindigkeit wieder verringert werden. An Hand
der F i g. 4 wird dies näher auseinandergesetzt werden.
Das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung
entspricht weitgehend der in Fig.3 gezeigten Vorrichtung. In F i g. 4 sind denen der F i g. 3 entsprechende
Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig.3 bezeichnet. So enthält auch die in Fig.4
dargestellte Vorrichtung das integrierende Netzwerk 6 und das Digitalfilter 5. In diesem Filter 5 sind nun nicht
die drei Verzögerungsabschnitte 7(0)-7(2), wie in F i g. 3, miteinander verbunden, um eine Verzögerungsleitung
zum Einschreiben von Gruppen von drei aufeinanderfolgenden Signalabtastwerten x(nT) zu
bilden, sondern es wird in diesem Falle das Einschreiben von Gruppen von im vorliegenden Ausführungsbeispiel
drei aufeinanderfolgenden Abtastwerten x(nT) in die Verzögerungsabschnitte 7(0)-7(1) unter Verwendung
eines zusätzlichen Puffers 13 durchgeführt. Dieser Puffer 13 wird dabei durch eine Verzögerungsleitung
mit drei Verzögerungsabschnitten 13(0), 13(1) und 13(2)
gebildet, die je zur Speicherung eines vollständigen binär kodierten Signalabtastwertes x(nT) während einer
Zeit gleich der Eingangsabtastperiode T eingerichtet sind. Nachdem in den Puffer 13 eine Gruppe von drei
Signalabtastwerten x(nT), z. B. die Abtastwerte Verzögerungsabschnitte 13(0), 13(1) und 13(2) über
UND-Glieder 14(0), 14(1) bzw. 14(2) einer Übertragungsschaltung 14 in die Verzögerungsabschnitte 7(0),
7(1) bzw. 7(2) eingeschrieben und dann auf die bereits beschriebene Weise in dem Filter 5 und dem
integrierenden Netzwerk 6 verarbeitet.
Zur Übertragung des Inhalts des Puffers 13 auf die Verzögerungsabschnitte 7(.) werden den UND-Gliedern
14(.) Taktimpulse zugeführt, die einem Taktimpulsgenerator 15 entnommen werden und mit einer Periode rT
auftreten. Nach dem Einschreiben des Inhalts des Puffers 13 in die Verzögerungsabschnitte 7(.) werden in
den Puffer 13 drei neue Signalabtastwerte x(nT), d. h. die Signalabtastwerte
χ [(n +3) Γ], χ [(ii + 4) T] und jc[(n + 5)T],
x(nT), χ
.x [(n+ 2) T].
eingeschrieben worden ist, wird der Inhalt der
eingeschrieben, die dann ihrerseits auf die Verzögerungsabschnitte 7(.) übertragen werden, usw.
Auf diese Weise ist erreicht, daß sich der Inhalt der Verzögerungsabschnitte 7(.) des Filters 5 nur einmal pro
Periode rT ändert, so daß im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zur Berechnung eines
Hilfssignalabtastwertes y(mrT) eine Periode rT zur Verfugung steht, wodurch die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit
des Filters 5 in bezug auf das Filter 5 nach F i g. 3 um einen Faktor r herabgesetzt ist.
Es sei bemerkt, daß ohne Beeinträchtigung der Wirkung der Vorrichtungen nach den F i g. 3 und 4 die
Verzögerungsabschnitte 7(0) bzw. 13(0) fortgelassen werden können.
Die Anwendung einer derartigen, in den F i g. 3 und 4 gezeigten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung
6 ist besonders vorteilhaft in einer Anordnung zur Umwandlung z. B. eines deltamodulierten
Signals in ein PCM-Signal oder in einer Anordnung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein
PCM-Signal durch Deltamodulation (siehe z. B. Referenz 4).
Fig.5 zeigt schematisch eine digitalisierte Ausführungsform
einer derartigen, bereits unter Referenz 4 angegebenen Anordnung zur Umwandlung eines
analogen Signals in ein PCM-Signal, wobei das analoge Signal zunächst in ein deltamoduliertes Signal umgewandelt
wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein analoges Signal mit einer Bandbreite B von einer Quelle
15 geliefert, und dieses Signal wird mittels eines sogenannten gleichmäßigen Deltamodulators 16 in eine
Reihe von Dehaimpulsen x(nT) umgewandelt, wobei T die Deltamodulationsabtastperiode darstellt und wobei
angenommen wird, daß T=\/(2rB) ist, wobei r eine positive ganze Zahl ist. Diese Deltaimpulse x(nT;
werden dann einer integrierenden Signalverarbeitungsvorrichtung 17 zugeführt, die dabei auf gleiche Weise
wie die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung ausgeführt ist und somit ebenfalls einen Addierer, dem die Deltaimpulse
x(nT)zugeführt werden, sowie eine Verzögerungseinrichtung
2 mit einer Verzögerungszeit T und einen Multiplizierer 3 enthält, dem wieder der Gewichtsfaktoi
W zugeordnet wird. Die Vorrichtung 17 liefert nun die Signalabtastwerte z(nT), die, um zu vermeiden, daß da!
vom Deltamodulator eingeführte Quantisierungsge rausch zunimmt, wieder mit einer Periode T auftretei
sollen und je den Augenblickswert des ursprünglichei
(15 analogen Signals zu den Deltamodutationsabtastzeit
punkten darstellen.
Da es für die Übertragung eines analogen Signals mi einer Bandbreite B mittels Impulskodemodulatioi
709 643/42
10
(PCN) genügend ist, dieses analoge Signal mit einer Frequenz 2B abzutasten, genügt es, wenn auf die in
bezug auf F i g. 1 beschriebene Weise nur ein Signalabtastwert z(nT) einer Reihe von r aufeinanderfolgenden
Signalabtastwerten z(nT) mittels einer Abtastvorrichtung 4 zur Weiteren Verarbeitung, z. B. zur Übertragung,
ausgewählt wird. Wie in F i g. 1 wird auch in diesem Falle die Abtastvorrichtung auf bekannte Weise
von einem Taktimpulsgenerator 4(1) gesteuert, der mit einer Periode rTauftretende Abtastimpulse liefert.
Ehe jedoch das Ausgangssignal der Vorrichtung 17 aufs neue von der Abtastvorrichtung 4 abgetastet
werden kann, soll von einem Tiefpaß 18 das Quantisierungsgeräusch, das außerhalb des Signalbandes
des ursprünglichen analogen Signals liegt, unterdrückt werden. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist
das Filter 18 als ein nichtrekursives Digitalfilter ausgebildet und vom Typ mit einer rückgekoppelten
Verzögerungsleitung, wie insbesondere unter der bhib
zugeführten Abtastwert z'(nT)und den Ausgangsabtastwerten
x(nT) des Deltamodulators J6 durch die Beziehung gegeben wird:
N-I
P=O J=O
(7)
Dabei wird wieder angenommen, daß x(iT)=0 und
z(iT)=0 für alle /<0.
Durch den genannten gegenseitigen Stellungswechsel der integrierenden Vorrichtung 17 und des Digitalfilters
18 werden der integrierenden Vorrichtung 17 mit einer Periode T auftretende Signalabtastwerte mit einem
Frequenzspektrum zugeführt, in dem das außerhalb des Signalbandes des ursprünglichen analogen Signals
liegende Quantisierungsgeräusch unterdrückt ist, so daß nun die sich dem Tiefpaß anschließende integrierende
Vorrichtung auf die in Fig.3 oder Fig.4 gezeigte
. w. „,ö o o, Weise aufgebaut werden kann. In F i g. 6 ist schematisch
Referenz 6 beschrieben worden ist. Dieses Filter enthält 20 der Aufbau der auf diese Weise erhaltenen Analog/
üblicherweise eine Verzögerungseinrichtung 19, die PCM-Umwandlungsvorrichtung dargestellt. In dieser
durch eine Reihenschaltung von N Verzögerungsab- Fig.6 sind denen der vorhergehenden Figuren
schnitten 19(0), 19(1) ... 19(AZ-I) gebildet wird, die je entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern
zur Speicherung eines vollständigen Signalabtastwertes bezeichnet Die integrierende digitale Signalverarbei-
z(nT) eingerichtet sind. Weiter enthält dieses Filter 25 tungsvorrichtung 22 der Anordnung nach Fig. ist
einen Multiplizierer 20, dem außer den in den annahmeweise auf die in Fig.3 dargestellte Weise
Verzögerungsabschnitten %) gespeicherten Abtastwerten z(nT) Filterkoeffizienten h(i) zugeführt werden, die
von einem ROM 21 abgegeben werden. Der Ausgang
dieses Multiplizierers 20 ist über einen Akkumulator 22 30
an einen Eingang der Abtastvorrichtung 4 angeschlos-
von einem ROM 21 abgegeben werden. Der Ausgang
dieses Multiplizierers 20 ist über einen Akkumulator 22 30
an einen Eingang der Abtastvorrichtung 4 angeschlos-
aufgebaut und enthält somit das digitale nichtrekursive Filter 5, das die Hilfssignalabtastwerte y(mrT) an das
integrierende Netzwerk 6 liefert.
In bezug auf die in F i g. 5 gezeigte Einrichtung zur Umwandlung eines analogen Signals in ein PCM-Signal
mit einer Abtastfrequenz von IB weist die Einrichtung nach F i g. 6 den Vorteil auf, daß in das nichtrekursive
Digitalfilter 18 nur Einbitsignalabtastwerte, und zwar
Da, wie bereits bemerkt wurde, die Abtastwerte z(nT) am Ausgang der Einrichtung 17 mit einer Periode
auftreten sollen, die höchstens gleich der Eingangsab- 35 die Deltamodulationssignalabtastwerte, eingeschrieben
tastperiode Tist, kann in dem Ausführungsbeispiel nach werden, was noch eine erhebliche Herabsetzung der
Fig. 5 diese Einrichtung 17 nicht durch eine der Anzahl der Speicherelemente zur Folge hat
integrierenden Vorrichtungen nach den Fig.3 und 4 Soll nun mit dem Filter 18 nach Fig.6 die gleiche
integrierenden Vorrichtungen nach den Fig.3 und 4 Soll nun mit dem Filter 18 nach Fig.6 die gleiche
ersetzt werden. Übertragungskennlinie wie mit dem Filter 18 nach
Wie bereits beschrieben wurde, ist aber die Beziehung 40 Fig. 5 erzielt werden, so soll in beiden Filtern die
zwischen den Abtastwerten z(nT)\md den Abtastwerten gleiche Anzahl (N) Signalabtastwerte verarbeitet und
für beide Filter die gleichen Filterkoeffizienten h(ij
verwendet werden.
Da im Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 eine Reihen-45 schaltung zweier nichtrekursiver Digitalfilter, und zwar
der Filter 18 und 5, vorhanden ist, können diese Filter zu einem Filter zusammengebaut werden, in dem N+ r-1
Signalabtastwerte x(nT) verarbeitet werden und in derr N+r-\ Filterkoeffizienten h'(j) verwendet werden
Dabei wird angenommen, daß χ(ΓΓ)-0 und z(iT)=0 für 50 wobei die Beziehung zwischen einem Filterkoeffizien
alle ;<0. Wie weiter bekannt ist, bewirkt das ten h'Q) und den ursprünglichen Filterkoeffizienten h({
Digitalfilter 18 eine Faltung zwischen N Signalabtast- des Filters 18 durch die Beziehung gegeben wird:
werten z(nT) und N Filterkoeffizienten h(i), so daß die
Beziehung zwischen den Eingangsabtastwerten z(nT) j_
werten z(nT) und N Filterkoeffizienten h(i), so daß die
Beziehung zwischen den Eingangsabtastwerten z(nT) j_
des Filters und einem Ausgangsabtastwert z'(nT) des Filters durch die Beziehung gegeben ist:
x(nT) am Ausgang bzw. am Eingang der integrierenden Vorrichtung 17 gegeben durch die Beziehung:
= VVzQn-I)T] + x(nT).
(5)
55
mit 0 < k < /V-I
N-I
und 0 < j
ζ'(πΤ)=Σ hü) Z[In-J)T].
(6)
Da jedoch die obengenannten Integrations- und Filtervorgänge lineare Bearbeitungen darstellen, können
in F i g. 5 die integrierende Vorrichtung 17 und das Digitalfilter 18 gegenseitig ihre Stellung wechseln. Dies
ergibt sich auch aus der Substitution des Ausdrucks (5) in dem Ausdruck (6). Daraus folgt nämlich, daß die
Beziehung zwischen einem der Abtastvorrichtung
Wenn nämlich insbesondere die Ausgangsabtastwert des in Fig.6 dargestellten Filters 18 durch p(nl
dargestellt werden, ist entsprechend dem Ausdruck (i die Beziehung zwischen p(nT) und x(nT) durch de
Ausdruck gegeben:
N- I
1 =0
χ [(n-j) T],
so daß entsprechend dem Ausdruck (2) die Beziehun
zwischen y(mrT)am Ausgang des Filters 5 und x(nT)am
Eingang des Filters 18 durch den Ausdruck gegeben wird:
r-l N-I
y (mrT)=^ W^h(k) χ [(mr-i-k) T] . (10)
i = O k = O
Indem im Ausdruck (10) i+k=j gesetzt wird, kann
dieser Ausdruck zu
N + r-2
1
y(mrT) =£x [(mr-j) T] £ W'~k h (k) (11)
J = O k=j-r+l
0 < ic < η - 1
umgearbeitet werden, aus dem sich der Ausdruck (8) ergibt. Indem wieder die in der genannten gleichzeitig
eingereichten niederländischen Patentanmeldung 74 16 479 beschriebenen Maßnahmen verwendet werden,
z. B. auf die in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 bereits beschriebene Weise, kann wieder bewirkt
werden, daß zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes y(mrT) durch das durch den Ausdruck (11) definierte
nichtrekursive Digitalfilter eine Periode rT zur Verfügung
steht. Auf diese Weise ist eine Anordnung zur Umwandlung eines gleichmäßig deltamodulierten Signals
mit einer Abtastperiode Tin ein PCM-Signal mit einer Abtastperiode /T erhalten, in der in bezug auf die
Anordnung nach F i g. 5 einerseits die innere Verarbeitungsgeschwindigkeit um einen Faktor r herabgesetzt
ist und in der andererseits eine erhebliche Herabsetzung der benötigten Anzahl Verzögerungselemente erhalten
ist. In dem in F i g. 5 dargestellten Filter 18 sollen ja N Mehrbits-Signalabtastwerte, z. B. Achtbitsabtastwerte,
gespeichert werden; in dem Filter, das durch Kombination der beiden in F i g. 6 dargestellten Filter 18 ui^d 5
erhalten wird, sollen nur N+ r-l Einbitsignalabtastwerte gespeichert werden. Für den oben beschriebenen
Fall, d.h. bei der Umwandlung eines gleichmäßig kodierten Deltamodulationssignals in ein lineares
PCM-Signal, liegt der Wert von N in der Größenordnung von 93 und der Wert von r in der Größenordnung
von 8.
Es sei bemerkt, daß sich obenstehendes nicht auf die Umwandlung eines gleichmäßig deltamodulierten Signals
in ein PCM-Signal beschränkt, sondern daß auf die oben beschriebene Weise auch ein nichtgleichmäßiges
Deltamodulationssignal oder ein differentialimpulskodemoduliertes (DPCM)-Signal in ein PCM-Signal
umgewandelt werden kann. Bei Anwendung nichtgleichmäßiger Deltamodulation oder nichtgleichmäßi
ger DPCM soll das Filter 18 in der Vorrichtung nach F i g. 6 auf die in der Dt. OS 25 Ol 531 der Anmelderin
angegebene Weise aufgebaut werden.
Auch trifft nach wie vor zu, was in bezug auf das Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 beschrieben ist, wenn in diesem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 der Deltamodulator 16 durch eine PCM-Kodiervorrichtung ersetzt wird, die mit einer Periode T auftretende binär kodierte Signalabtastwerte des von der Quelle 15
Auch trifft nach wie vor zu, was in bezug auf das Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 beschrieben ist, wenn in diesem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 der Deltamodulator 16 durch eine PCM-Kodiervorrichtung ersetzt wird, die mit einer Periode T auftretende binär kodierte Signalabtastwerte des von der Quelle 15
ίο abgegebenen analogen Signals liefert, während die
Filterkoeffizienten des Filters 18 in einem differentiellen Kode gegeben sind, d. h., daß der Impulsdurchlaßbereich
des Filters 18 durch eine Reihe differentiell kodierter Signalabtastwerte, z. B. eine Reihe differentialimpulsko-
demodulierter Signalabtastwerte (DPCM), oder auf die
in der Dt. OS 24 28 346 der Anmelderin beschriebene Weise, annähernd erreicht ist. Die Filterkoeffizienten
stellen nun diese differentiell kodierten Signalabtastwerte dar.
(3) Bemerkungen
In den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 und 4
ist das integrierende Netzwerk 6 als ein rekursives Digitalfilter erster Ordnung ausgebildet, in dem ein
Gewichtsfaktor Wr angewandt wird. Wenn jedoch dem
Gewichtsfaktor W ein Wert +1 zuerkannt werden kann, kann dieses rekursive Digitalfilter erster Ordnung
durch einen Akkumulator ersetzt werden. Auch sei noch bemerkt, daß für eine befriedigende Wirkung der in den
F i g. 5 und 6 gezeigten integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen diese Vorrichtungen
dieselbe Übertragungskennlinie wie die integrierenden Netzwerke in den dargestellten Deltamodulationsvorrichtungen
16 aufweisen sollen.
Bisher wurde über binär kodierte Signalabtastwerte gesprochen. Unter diesem Ausdruck ist üblicherweise
zu verstehen, daß die Signalabtastwerte in Kodewörtern gegeben sind, die in »Sign-magnitude«-Darstellung
oder in 2-Komplementdarstellung u. dgl. gegeben sind.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist von der Darstellungsweise dieser Kodewörter unabhängig-
Schließlich sei noch bemerkt, daß die Steuerung der unterschiedlichen E|emente auf übliche Weise erfolgt
und für die verschiedenen Ausführungsbeispiele mit Hilfe eines einzigen Taktimpulsgenerators erhalten
werden kann. Auch diejenigen Taktimpulse, die in den dargestellten Ausführungsbeispielen von den Generatoren
4(1) und 15 geliefert werden, können dem genannter
Taktimpulsgenerator entnommen werden. Der Übersichtlichkeit halber ist auf diese Steuerung nicht nähei
eingegangen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Anordnung mit einer integrierenden digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Ausgangsabtastperiode rT auftretender Signalabtastwerte
z(mrT) aus einer Folge binär kodierter und mit einer vorgegebenen Eingangsabtastperiode T
auftretender Signalabtastwerte x(nT), wobei die ι ο
Beziehung zwischen den Signalabtastwerten x(nT) und einem Signalabtastwert z(mrT) durch die
Beziehung
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL7416480A NL7416480A (nl) | 1974-12-18 | 1974-12-18 | Inrichting bevattende een integrerende digitale signaalbewerkingsinrichting. |
NL7416480 | 1974-12-18 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2556353A1 DE2556353A1 (de) | 1976-06-24 |
DE2556353B2 DE2556353B2 (de) | 1977-03-17 |
DE2556353C3 true DE2556353C3 (de) | 1977-10-27 |
Family
ID=
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