Адаптивний дельта-модулятор у системі стиснення мовних сигналів

Изобретение относится к импульсной технике, технике связи и может быть использовано для преобразования в цифровой код речевых сигналов в системах сжатия аналоговой информации. Для пояснения предлагаемого принципа адаптации в качестве прототипа может быть использован модулятор известного ДМ, который содержит схему сравнения (СР), первый вход которой является первым входом модулятора, а выход является первым выходом модулятора, компаратор, вход которого соединен с выходом СР, D-триггер. D-вход которого соединен с выходом компаратора, C-вход которого является вторым (тактовым) входом модулятора, а выход является вторым выходом модулятора, интегрирующую RC-цепь, вход которой соединен с выходом D-триггера, а выход соединен со вторым входом СР. Интенсивность выходного потока отсчетов задается в данной схеме тактовой частотой определяемой априорно известными параметрами входного сигнала и требованиями к качеству восстанавливаемого сигнала. Обычно значение выбирается таким, чтобы обеспечивалось требуемое качество на интервалах входного сигнала максимальной амплитуды (крутизны). При этом для других временных интервалов сигнала, значение является завышенным, что приводит к неоправданно большому объему массива данных после дельта-модуляции и, как следствие, к большим аппаратурным затратам при реализации ЗУ для хранения информации. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ДМ, в котором уменьшение среднего значения тактовой частоты ДМ обеспечивает повышение эффективности сжатия выходного сигнала ДМ. Поставленная техническая задача решается тем, что модулятор известного ДМ дополняется блоком оценки среднеквадратического отклонения разностного сигнала (БО), аналого-цифровым преобразователем (АЦП), фиксированным делителем частоты (ФДЧ) и управляемым делителем частоты (УДЧ), причем первый вход модулятора является первым (сигнальным) входом устройства, второй выход модулятора является первым выходом устройства, первый выход модулятора соединен со входом БО, первый (информационный) вход АЦП соединен с выходом БО, второй (синхронизирующий) вход АЦП соединен с выходом ФДЧ, который является четвертым выходом устройства, вход ФДЧ соединен со вторым (синхронизирующим) входом УДЧ и является вторым (синхронизирующим) входом устройства, выход АЦП соединен с первым (информационным) входом УДЧ и является третьим выходом устройства, выход УДЧ соединен со вторым (тактовым) входом модулятора и является вторым выходом устройства. В известных источниках авторами не выявлено применение БО, АЦП, ФДЧ и УДЧ для автоматической регулировки тактовой частоты ДМ. Введение элементов регулировки тактовой частоты ДМ по мнению авторов представляет существенное отличие заявляемого устройства, обеспечивающее при заданном качестве преобразования снижение средней тактовой частоты и, как следствие, уменьшение объема ЗУ для хранения информации. На фиг.1 изображена функциональная электрическая схема адаптивного ДМ в системе сжатия речевых сигналов. Устройство содержит модулятор 1, БО 2, АЦП 3, ФДЧ 4, УДЧ 5, причем первым (сигнальным) входом 6 устройства является первый вход модулятора 1, первый выход 7 модулятора соединен с входом БО, выход БО соединен с первым (информационным) входом АЦП 3, вход ФДЧ 4 соединен со вторым (синхронизирующим) входом УДЧ 5 и является вторым (синхронизирующим) входом 8 устройства, выход ФДЧ соединен со вторым (синхронизирующим) входом АЦП 3 и является четвертым выходом 9 устройства, (информационный) выход АЦП 3 соединен с первым (информационным) входом УДЧ 5 и является третьим выходом 10 устройства, выход УДЧ 5 соединен со вторым (тактовым) входом 11 модулятора 1 и является вторым выходом 12 устройства, второй выход 13 модулятора 1 является первым выходом 14 устройства. Устройство работает следующим образом. Сигнал разности входного (первый вход 6 модулятора 1) и преобразованного в модуляторе 1 сигналов с первого выхода 7 модулятора 1 поступает на вход БО 2, Полученное значение среднеквадратического отклонения квантуется по уровню с помощью АЦП 3, выходной код (выход 10) которого определяет коэффициент деления УДЧ 5. Сигнал (выход 12) переменной частоты поступает на второй (тактовый) вход 11 модулятора 1. АЦП 3 синхронизируется с частотой (выход 9), формируемой посредством деления частоты синхронизации (со второго входа 8 устройства) в ФДЧ 4. Получаемый сигнал (выход 14) со второго выхода 13 модулятора 1 в следствии изменяющейся частоты сигнала будет также иметь изменяющуюся частоту поступления. Таким образом, в описываемом устройстве а деления ФДЧ 4) деления УДЧ 5) (уменьшению) (уменьшение) Возможность где (коэффициент а (коэффициент причем увеличению соответствует увеличение автоматического управления тактовой частотой преобразования в соответствии с изменяющейся во времени интенсивностью (средней крутизной) сигнала позволяет уменьшить среднее число формируемых бит информации в единицу времени. Значительное снижение средней тактовой частоты при модуляции речевого сигнала объясняется особенностями его статистической структуры: большим динамическим диапазоном, наличием пауз, неравномерностью спектра. Следует отметить что в качестве модулятора (не раскрытого на фиг.2) могут использоваться и более сложные схемы, например, описанные в вышеназванных источниках. При этом схемы модуляторов могут содержать в своем составе и другие известные элементы адаптации. Для демодуляции с восстановлением всех временных и амплитудных соотношений исходного сигнала кроме последовательности импульсов дельта-модулированного сигнала необходимо располагать текущими значениями кода однозначно определяющими текущие значения таковой частоты На фиг.2 показано подключение ЗУ, служащего для записи с тактовой частотой 1 значений k (ЗУ кода частоты - ЗУКЧ 15), причем выход 9 устройства соединен с синхронизирующим входом ЗУ, а выход 10 - с информационным. Для хранения самого дельта-модулированного сигнала, служит ЗУ сигнала (ЗУС 16), причем тактовый вход ЗУС 16 соединен с выходом 12 устройства, а информационный вход- с выходом 14 устройства. На фиг.3 приведена схема включения демодулятора при восстановлении сигнала после адаптивной дельта-модуляции. На схеме показано, что с частотой из ЗУКЧ 15 извлекаются коды частоты, определяющие значение Импульсы частоты осуществляют синхронизацию выдачи из ЗУС 16 на демодулятор информационной последовательности. В синхронизируемом демодуляторе требуется подавать на соответствующий вход демодулятора (связь показана пунктиром). Следует отметить, что, если модулятор и демодулятор совмещены в одном устройстве, а режимы записи и воспроизведения информации разнесены во времени, то при модуляции и демодуляции могут использоваться общие блоки: ФДЧ 4 и УДЧ 5 с подключением его первого входа при записи - к выходу АЦП 3, а при воспроизведении - к ЗУКЧ 15. Блоки адаптивного ДМ можно реализовать, используя известные схемы. БО2 можно реализовать, например, используя схему выделения среднего квадратического значения с помощью счетверенного ОУ, АЦП 3 можно реализовать, например, на базе микросхем 1113ПВ1, 572ПВ1, ДФЧ 4 и УДЧ 5 можно реализовать, например, на базе микросхем 155ИЕ7, 155ИЕ8 или 564ИЕ15. ЗУКЧ 15 и ЗУС 16 можно реализовать, например, на базе микросхем памяти серий 537, 565, используя микросхемы двоичных счетчиков для последовательного перебора адресов памяти по сигналам синхронизации или тактирования.