DK142599B - Transmissionsanlæg til ved impulskodemodulation at overføre analogsignaler. - Google Patents

Description

OD FREMLÆGGELSESSKRIFT 142599 DANMARK '"*·Cl·’ I * Υ,ΙΙ §(21) Ansøgning nr. 515/73 (22) Indleveret den 51 . Jan. 1973 (24) Løbedag 51. jan. 1973 (44) Ansøgningen fremlagt og; fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 24. HOV. 1 9 80

Dl REKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

1. feb. 1972, 1415/72, CH

<71> ANSTALT EUROPAEISCHE HANLELSGESELLSCHAFT, Vaduz, LI.

(72) Opfinder: Peter Frutiger, Sonnhalde 18, Wangen, CH.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(64) Transmissionsanlæg til ved impulskodemodulatlon at overføre analog= signaler.

Opfindelsen angår et transmissionsanlæg af den i krav l's indledning angivne art.

Transmissionsanlæg, som arbejder med impulskode-modulation, har i forhold til anlæg med analogsignaloverføring den fordel, at sig-nal/støj-forholdet ved modtagersiden kun afhænger af kvantiseringsstøj og ikke af den til overføringsstrækningen henførte støj.

Ved de kendte transmissionsanlæg bliver der aftaget en række amplitudeværdier fra det analogsignal, som skal overføres, og de enkelte amplitudeværdier bliver omsat til tilsvarende kodeord, som skal overføres på modtagersiden. Ifølge den kendte aftastningsteori 2 142599 skal frekvensen for udtagelsen af de enkelte aftastningsprøver være valgt mindst dobbelt så høj som den højeste frekvens, som skal overføres fra analogsignalet. Denne betingelse virker af overføringstekniske grunde ofte ret forstyrrende, da den fra af-tastningsfrekvensen og antal bit pr. aftastningsimpuls resulterende impulsfrekvens ikke må overskride en bestemt værdi på grund af overføringsvejens begrænsede båndbredde.

Et sådant transmissionsanlæg kendes fra beskrivelsen til tysk offentliggørelsesskrift nr. 2 042 470. Den på sendersiden før aftastningen foretagne udjævning af analogsignalernes energifordeling og den efterfølgende amplitudedæmpning tillader en aftastningsfrekvens på 8 kHz for signaler, hvis frekvens ligger i området fra 300 til 3400 Hz.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et transmissionsanlæg af den indledningsvis angivne art, hvormed mindre aftastningsfrekvenser bliver muliggjort uden nævneværdig kvalitetsforringelse af det overførte analogsignal.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at transmissionsanlægget er ejendommeligt ved det i krav l’s kendetegnende del angivne.

Den ifølge opfindelsen opnåede virkning beror på, at firpolen i forbindelse med amplitudekompressorens to komponenter, nemlig stavelseskompressoren og momentanværdikompressoren på sendersiden har til følge, at andelen af støjfrekvenser, som bliver frembragt som følge af den i sig selv lave samplingsfrekvens, bliver svækket i forhold til nyttesignalet, og sprogsignalets dynamik bliver forøget i forbindelse med amplitudeexpanderen på modtagersiden.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, som viser et udførelseseksempel og hvorpå: fig. 1 er et transmissionsanlæg med en sender- og en modtagerstation til frembringelse, omformning og overføring af elektriske signaler, og fig. 2-4 er diagrammer af ved forskellige steder i transmissions 3 142599 anlægget Ifølge fig. 1 optrædende spændingskarakteristikker.

Senderstationen ved den i fig. 1 viste anordning har en til optagelse af akustiske signaler f.eks. talesignaler tjenende elektroakustisk omformer 1, som i det foreliggende udførelseseksempel er en dynamisk mikrofon med rumlydkompensation og en forstærkning på omkring 10 dB.

Det fra mikrofonen 1 frembragte analogsignal bliver tilført et båndpasfilter 2, som foretager en beskæring af analogsignalets frekvensbånd. De fra filtret 2 overførte frekvenser ligger fortrinsvis i området fra 0,3-3 kHz.

Fra filteret 2 bliver signalerne tilført til en firpol 3, som tjener til forstærkning af signalets amplituder i det øverste frekvensområde af det frekvensbånd, som skal overføres. Værdien af nævnte amplitudeforstærkning af det fra firpolen 3 tilførte signal andrager i det foreliggende tilfælde omkring 10 dB således, at der med hensyn til amplituden af det af mikrofonen 1 optagne akustiske signal sker en samlet forstærkning ved frekvensbåndets øverste frekvens på omtrent 20 dB.

I diagrammet ifølge fig. 2 er frekvensen afsat på abscissen og logaritmen til signalets amplitude U afsat på ordinaten. Den punkterede kurve I fremstiller spektralfordelingen af det ved indgangen af mikrofonen 1 foreliggende akustiske signal og kurven II spektralfordelingen af det på firpolens 3 udgang frembragte signal. Ved en frekvens på 1 kHz er praktisk taget ingen forandring foretaget ved amplituden, medens der ved over 1 kHz liggende frekvenser sker en amplitudeforstærkning.

Fra firpolen 3 bliver signalerne tilført til en amplituderegulator 4, som tjener til udligning af de amplitudeforskelle, som er frembragt ved hjælp af de med forskellig lydstyrke opnåede akustiske signaler. Denne amplituderegulator har forskellige tidskonstanter for opreguleringen og tilbagereguleringen. Derved skal opreguleringstidskonstanterne ligge mellem 100 og 500 millisekunder og tilbageroguleringstidskontstanterne mellem 20 Og 80 millisekunder. Under forudsætning af de tidligere angivne akustiske og elektriske data skal disse tidskonstanter for opregu- 4 142599 leringen fortrinsvis andrage omtrent 15Ο millisekunder og for tilbagereguleringen fortrinsvis omkring 50 millisekunder.

I fig. 3 er vist den statiske karakteristik for amplituderegulatoren 4. På abscissen er angivet indgangsspændingen Ug i volt og på ordinaten udgangsspændingen normeret til værdien 1 ved en indgangsspænding Ug på omtrent 1 volt. Karakteristikken forløber let stigende, hvorved det skal bemærkes, at karakteristikken gengiver forholdet mellem middelværdierne for begge spændingerne Ug og U^.

Ved hjælp af firpolen 3 og amplituderegulatoren 4 bliver tilvejebragt en med hensyn til energispektret ensartet frekvens- og amplitudefordeling for de elektriske analogsignaler. For i alle tilfælde at udkoble ved amplituderegulatorens 4 indgang korttidigt optrædende, forstyrrende amplitudespidser er der efter amplituderegulatoren 4 koblet en amplitudebegrænser 5· På grund af den i amplitudebegrænseren 5 foretagne amplitudebe-giænsning optræder der i signalerne frekvenskomposanter, som ligger uden for det frekvensområde, som skal overføres, dvs. i det foreliggende udførelseseksempel uden for området fra 0,3 til 3 kHz. Disse frekvenskomposanter bliver udfiltreret i et efter amplitudebegrænseren 5 koblet båndpasfilter, som i gennemgangsfrekvensområdet svarer til båndpasfilteret 2.

Fra båndpasfilteret 6 bliver analogsignalet tilført en analog-digital-omsætter 7» som fra en impulskilde 8 får aftastningsimpulserne til udtagelse af amplitudeprøver. Frekvensen af denne aftastningsimpuls er valgt mindre end det dobbelt af den højeste optrædende frekvens i frekvensbåndet, som skal overføres.

Ved det angivne udførelseseksempel andrager den højeste frekvens, som skal overføres, 3 kHz, medens aftastningsfrekvensen er valgt som 4,8 kHz, dvs. 1,6 gange den højeste frekvens. Efter den kendte aftastningsteori skal aftastningsfrekvensen i dette tilfælde andrager mindst 6 kHz, såfremt der ikke er truffet de førnævnte foranstaltninger.

Analog-digital-omformeren 7 har yderligere en anordning 17, som bevirker mindre kvantlseringstrin for bestemte i det midterste 5 142599 amplitudeområde liggende amplituder, end for amplituder med meget lave og meget høje værdier.

Analog-digital-omsætteren arbejder ved det foreliggende udførelseseksempel med to-bit-kode. For fremstillingen af amplitudeværdien af hver aftastningsprøve står dermed fire kodeudtryk med to cifre til rådighed, nemlig "00", "01", "10" og "11". Der bliver som følge heraf kvantiseret efter fire amplitudeværdier. Ved hjælp af virkningen af anordningen 17 optræder en karakteristik, som i det væsentlige svarer til den i fig. 4 fremstillede. I dette diagram er på abscissen aftegnet spændingen Uj^g^g ved indgangen af omsætteren 7 og på ordinaten den til analogsignalværdien henførte udgangsspænding UA for omsætteren 7. De fra diagrammet af-tagne analogsignalværdier skal tilsvarende omsættes til kodesig-nal ved en lineær omsætning.

For indgangssignaler UE med i det begrænsede område fra en bestemt ' værdi a til en højere værdi b liggende amplituder bliver frembragt en konstant udgangssignalværdi +1, f.eks. svarende til kodesignalet "10". For det tilsvarende ved hjælp af værdierne a og c bestemte område frembringes der en udgangssignalværdi -1, som svarer til kodesignalet "01". For indgangssignalværdier større end b frembringes der en udgangssignalværdi +2 svarende til en kodesignal-værdi "11". For indgangssignalværdier, som er mindre end c frembringes udgangssignalet -2, som svarer til et kodesignal "00". Virkningen af amplitudebegrænseren 5 som fastlægger højden af det maksimalt mulige indgangsniveau for analog-digital-omsætteren 7 fremgår herved klart.

Det i analog-digital-omsætteren 7 frembragte impulskodemodulationssignal bliver nu på kendt måde over en overføringsstrækning overført til en modtagerstation, hvor det overførte signal bliver omformet til et analogsignal på kendt måde i en digital-analog-om-sætter 9, som er udformet tilsvarende analog-digital-omsætteren 7.

Det i digital-analog-omsætteren 9 af en taktgiver 18 tilførte taktsignal skal have en taktfrekvens, som stemmer overens med følgefrekvensen af bits i analog-digital-omsætteren 7. Til digital-analog-omsætteren 9 hører en anordning 19, som atter ophæver den på sendersiden ved anordningen 17 foretagne formindskelse af kvan-tiseringstrinnene for de midterste amplitudeværdier.

6 142599 På udgangen af digital-analog-omsætteren 9 findes dermed et analogsignal, som svarer til indgangssignalet ved indgangen af analog-digital-omsætteren 7. Udgangssignalet fra omsætteren 9 bliver over en firpol 10 og et båndpasfilter 11 tilført til en gengivelsesmekanisme 12.

Firpolen 10 tjener til dæmpning af de på sendersiden i firpolen 3 forstærkede amplituder for at ophæve denne amplitudeforstærkning.

I båndpasf ilteret 11 sker en beskæring af frekvensbåndet, som svarer til den på sendersiden foretagne frekvensbåndbeskæring.

Gengivelsesmekanismen 12 er vist som en elektroakustisk omformer i form af en højttaler. Der kunne selvfølgelig også anvendes andre egnede omformere, eventuelt med indkobling af forstærkere.

Det er også muligt, såfremt det er nødvendigt at indkoble en forstærker mellem de enkelte byggegrupper 9, 10 og/eller 11.

Claims (3)

1. Transmissionsanlæg til ved impulskodemodulation at overføre analogsignaler fra en elektroakustisk omformer (l), ved hvilket analogsignalerne på sendersiden via et filter (2), som tjener til frekvensbeskæring, og en kobling (3) til udjævning af den spektrale energifordeling tilføres en analog-digital-omformer (7), hvortil der hører en taktgiver (8) og en amplitudekompressor (4, 17), og hvor impulskodemodulationssignalerne på modtagersiden ved hjælp af en digital-analog-omformer (9), hvortil der hører en taktgiver (18) og en amplitudeexpander,omformes til analogsignaler, som tilføres et til frekvensbeskæring tjenende filter (11), kendetegnet ved, at den foran analog-digitalomformeren (7) på sendersiden indkoblede firpol (3) til udjævning af den spektrale energifordeling fremhæver analogsignalets amplitude således i det øverste frekvensområde i forhold til de lavere frekvenser, at effekten pr. frekvensenhed i det øverste frekvensområde praktisk taget er konstant; at amplitudekompressoren, hVPr-til det således behandlede analogsignal føres, har en stavelses-kompressor (4) med en opreguleringstidskonstant, som er større end dens tilbagereguleringstidskonstant, at analog-digi tal-omformeren (7) har en momentanværdikompressor, som bevirker mindre kvan-tiseringstrin for bestemte, i det nidterste amplitudeområde liggende amplituder i analog-digital-omformeren (7) end for de øvrige amplituder, og at taktgiveren (8) til aftastning af analogsignalet i analog-digital-omformeren (7) frembringer aftastningsimpulser med en aftastningsfrekvens, som er noget mindre end det dobbelte af den højeste frekvens, som er indeholdt i det til overføring bestemte analogsignal.

2. Transmissionsanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der imellem stavelseskompressoren (4) og analog-digital-omformeren (7) er koblet en amplitudebegrænser (5) og efter denne et andet båndfilter (6), som har en gennemgangskarakteristik, som praktisk talt er lig med karakteristikken af det første filter (2).

3. Transmissionsanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved,