NL8301572A - Analoge en digitale signaalinrichting. - Google Patents

Description

*% '4 * Analoge en digitale signaalinrichting.

Bij digitale audiostelsels bestaat er dikwijls behoefte aan een breder dynamisch bereik dan onder toepassing van de beschikbare snelheden voor het overbrengen en/of registreren van gegevens kan worden bereikt, waarbij het aantal fouten nog toelaat-5 baar is. Een dergelijk vergroot dynamisch bereik kan door toepassing van technieken worden verkregen, waarbij de karakteristieke eigenschappen van de analoog-digitaalomzetters (ADC's) en digitaal-analoogomzetters (DAC's) geen vast karakter hebben doch aan het programma kunnen worden aangepast. In een bepaald type digitaal 10 aanpasbaar audiostelsel werd van dynamische compressie- en expan-sieschakelingen van het logaritmische type (die dikwijls als breedbandige compressie- en expansieschakelingen worden aangeduid^ gebruik gemaakt om het dynamische bereik te vergroten. Op alternatieve wijze is ook van digitale technieken gebruik gemaakt om de aanpassings-15 functie te verschaffen zoals bijvoorbeeld door niet-lineair kwanti-serende of variabele stelsels voor het instellen van schaalwaarden.

Zowel analoge als digitale compressie- en expansieschema1s vertonen op potentiële wijze, wanneer deze op digitale stelsels worden toegepast het gebrek dat als het dynamische 20 bereik (de verhouding van de maximale tot de minimale signalen die verwerkt kunnen worden) wordt vergroot, het niveau van de kwantise-ringsfout variabel wordt, hetgeen tot een waarneembare modulatie van deze fout (die meestal als ruis wordt opgevat) door middel van het signaal leidt. Bij analoge compressie- en expansieschakelingen kunnen 25 de hoorbare effecten van deze modulatie door technieken worden verkleind, waarbij de doorlaatband wordt gespleten of verschoven, zodat de afname van de bij een bepaald signaal behorende signaal/ ruisverhouding tot hetzelfde gedeelte van het spectrum als dit signaal wordt beperkt, terwijl de ruisniveaus in andere gedeelten van 30 het spectrum onbeinvloed blijven. Hierdoor wordt de toename in ruis gemaskeerd. Voorbeelden van analoge compressie- en expansieschakelingen waarbij splitsen van de doorlaatband wordt toegepast, zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.846.719 alsmede 8301572 — 2 -- i » 3.903.485 en het Journal of the Audio Engineering Society, Volume 15 no. 4 van oktober 1967 en in het bijzonder op de blz. 383 - 388. Analoge compressie- en expansieschakelingen waarbij van technieken voor het verschuiven van de doorlaatband wordt gebruik gemaakt, 5 zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift Re 28.426, alsmede 3.757.254, 4.072.914, 3.934.190 en de Japanse octrooiaanvrage 55529/71.

Bij digitale compressie- en expansieschakelingen waarbij van niet lineair kwantiserende of variabele instel-10 middelen voor schaalwaarden wordt gebruik gemaakt, en waarbij in het digitale gedeelte een aanpassing aan het programma plaatsvindt, is het praktisch meestal niet doenlijk om de modulatieruis door het splitsen of verschuiven van de doorlaatband op te heffen, zodat de ontwerpers in dit geval werden gedwongen om van signaalvormgevings-15 netwerken (vervormings- en vervormingscorrectienetwerken) met een vaste aanspreekkarakteristiek gebruik te maken om de hoorbaarheid van de ruisvariatie te verminderen. De werking van dergelijke methoden berust niet op het voorkomen van de modulatie van ruis in het ene gebied van het spectrum door middel van een signaal in een ander ge-20 bied doch op het veranderen van het ruisspectrum in de hoop, dat de ruis in het best hoorbare bereik van het spectrum (meestal het hoogfrequente bereik) zelfs in het geval onhoorbaar blijft, dat dit tot het hoogste niveau als resultaat van de aanpassing aan een signaal met een frequentie is gestegen, waardoor deze best hoorbare ruis 25 niet wordt gemaskeerd. Ongelukkigerwijze blijkt dit meestal een ijdele hoop te zijn, en digitale compressie- en expansieschakelingen waarbij een voorvervorming van het signaal wordt toegepast, geven meestal een hoorbare ruismodulatie op kritische muzi'kale materie.

30 De toelaatbare aanspreekkarakteristiek van een signaalvormgevingsnetwerk wordt door een compromis tussen twee onverenigbare eisen gevormd. Wat de uitgang van de digitaal-analoogomzetter betreft is het gewenst om bij frequenties een hoge demping te introduceren, waarbij de ruis of foutsignalen het beste hoorbaar zijn; 35 terwijl voor de ingang van de analoog-digitaalomzetter dan het om- 8301572 ~ 3 — ie Μ gekeerde netwerk is vereist, dit wil zeggen een netwerk dat een hoge versterkingsfactor bij deze frequenties geeft.. Door deze ver-sterkingsfactor wordt echter de waarschijnlijkheid van het overbelasten van het stelsel verhoogd, zodat hierdoor dientengevolge 5 het effectieve dynamische bereik van het stelsel voor breedbandige signalen wordt verkleind. Met andere woorden door het voorvervormen en het weer corrigeren van deze vervorming behoeft het dynamische bereik niet noodzakelijkerwijze toe te nemen.

Volgens de uitvinding wordt de noodzaak voor 10 het toepassen van een dergelijk compromis verkleind of geheel en al opgeheven, terwijl tegelijkertijd een digitaal- codeer-/decodeer-stelsel met een groter dynamisch bereik wordt verschaft, dat met eenvoudige vaste componenten van lage prijs kan worden uitgevoerd.

Volgens de uitvinding wordt een netwerk met een 15 variabele van de frequentie afhankelijke aanspreekkarakteristiek en met wel of geen hierbij behorende versterking verschaft en welk netwerk met een analoog-digitaalomzettër en een digitaal-analoogomzetter is gecombineerd. De vorm van de aanspreekkarakteristiek van het netwerk met de variabele van de frequentie afhankelijke aanspreefckarak-20 teristiek wordt als gevolg van een besturingssignaal veranderd. De uitvinding kan als de toepassing van aangepaste voorvervorming en vervormingscorrectie in combinatie met de toepassing van een analoog-digitaalomzetter en een digitaal-analoogomzetter worden gezien, waarbij de het best hoorbare ruis steeds door het netwerk met een be-25 paalde aanspreekvorm wordt gereduceerd wanneer de amplitudes van het ingangssignaal er niet toe leiden dat het stelsel wordt overbelast, doch waarbij in het geval van overbelasting door het netwerk een aan-passingsfunctie wordt uitgevoerd om het opvoeren van overheersende spectrale componenten te vermijden en toch de ruis in de omstandigheid 30 te blijven reduceren dat deze ruis bij de aanwezigheid van deze spectrale componenten gehoord zou kunnen worden. Met een dergelijk stelsel is het mogelijk om de signalen veel hoger op te voeren en bij de aanwezigheid van overheersende signalen bij frequenties af te snijden, waarbij ruis geen probleem vormt, zodat de ruismodulatie 35 hierdoor onhoorbaar kan worden gemaakt'.

8301572 • ί τ^- -.- ... ... . ·... · : ·.· __________· »-·_. Μ-, VTHJ-Ι-Γ · .-V·»-— - —- ·· - — *--· - *«***—s. — ι "" 4

Door de boven aangehaalde compressie- en expansies chake1ingeri waarbij het splitsen en verschuiven van de doorlaat-band wordt toegepast, worden vanzelfsprekend voorbeelden van de toepassing van een aanpasbare voorvervorming en .vervormingscorrec-5 tie gevormd; en behalve netwerken met een variabele van de fre-quentie-afhankelijke aanspreekkarakteristiek (dit wil zeggen een aanpasbare aanspreekkarakteristiek) bevatte deze normaal hun eigen ketens om de amplitude en het spectrum van de audiosignalen te meten om een werkzame invloed op de variabele aanspreekkarakteristiek of 10 aanpassingsfunctie te kunnen uitoefenen.

Bij aanpasbare digitale stelsels, waarbij van een variabele instelling van schaalwaarden wordt gebruik gemaakt, omvat de ADC een regelsignaal of een schaalwaarde-instelfactor, dat of die meestal digitaal wordt afgeleid, en welke in de DAC weer op-15 nieuw moet worden geconstrueerd. Het is bekend om van een dergelijk digitaal afgeleid regelsignaal gebruik te maken om een werkzame invloed op elementen met een van de frequentie onafhankelijke variabele versterkingsfactor voor de ADC en na de DAC uit te oefenen, doch uit de boven gegeven bespreking blijkt, dat een dergelijke tech-20 niek tot een nog hogere ruismodulatie zal leiden. Doch van dit regelsignaal kan worden gebruik gemaakt om een werkzame invloed op netwerken met een aanpasbare aanspreekkarakteristiek uit te oefenen; waarbij het regelsignaal als een digitaal afgeleide meetwaarde van het audios ignaal kan worden opgevat dat aanvankelijk in de ADC is 25 opgewekt en met elke gewenste graad van nauwkeurigheid weer opnieuw in de DAC kan worden hersteld. Dus één van de voornaamste problemen bij een analoge compressie- en expansieschakeling, dit wil zeggen het uitvoeren van een identieke meting van het signaal aan de zenden ontvangzijde, is opgeheven zodat een nauwkeurig "volgen" van de 30 vervormingscorrectie ten opzichte van de variabele voorvervorming gemakkelijker te bereiken is.

De uitvinding zal thans aan de hand van een uitvoeringsvorm nader worden toegelicht.

Figuur 1 geeft een algemeen- blokschema van een 35 stelsel weer, dat een uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat.

8301572 + » 5

Figuren 2-4 geven algemene blokschema's weer, waarin alternatieve netwerken met een variabele aanspreekkarakteris-tiek en bepaalde vormen van regelsignalen hiervoor zijn aangegeven.

Figuur 5 geeft een blokschema van een meer spe-5 cifiek stelsel volgens de uitvinding weer.

Figuur 6 geeft een blokschema weer, welke een codeerschakeling volgens de uitvinding bevat.

Figuur 7 geeft een als voorbeeld gegeven frequen-tie-aanspreekkromme van een netwerk weer, waarvan bij de codeer-10 schakeling volgens figuur 6 wordt gebruik gemaakt.

Figuur 8 geeft een blokschema van een decodeer-schakeling volgens de uitvinding weer.

In figuur 1 is een algemeen blokschema van een digitaal codeer-/decodeerstelsel volgens de uitvinding afgebeeld, 15 waarin een ingangssignaal aan een netwerk 2 met een van de frequentie afhankelijke variabele aanspreekkarakteristiek wordt toegevoerd, en waarin dit analoge ingangssignaal een bepaalde bewerking ondergaat voordat dit aan een analoog-digitaalomzetter (ADC) 4 wordt toegevoerd. De ADC 4 bezit karakteristieke eigenschappen die aan een hieraan toe-20 gevoerd signaal kunnen worden aangepast, en bevat verder middelen om van dit hieraan toegevoerde signaal een regelsignaal af te leiden om de betreffende karakteristieke eigenschappen te kunnen regelen.

In de techniek zijn verschillende typen aanpasbare ADC's en digitaal-analoog omzetters (DAC's) genoegzaam bekend. Voorbeelden hiervan 25 strekken zich tot apparaten uit, waarbij aanpasbare impulscodemodu-latie (PCM) en aanpasbare deltamodulatie wordt toegepast. Een veel toegepaste vorm van aanpassen bestaat uit het variëren van de grootten van de kwantiseringsstappen als functie van de parameters van het ingangssignaal. Het uitgangssignaal uit de ADC 4 wordt aan een trans-30 missiemedium 6 toegevoerd en hieruit weer aan een aanpasbare DAC 8, waarvan het uitgangssignaal aan een netwerk 10 met een van de frequentie afhankelijke variabele aanspreekkarakteristiek wordt toegevoerd, waarvan de karakteristieke eigenschappen complementair aan die van het netwerk 2 zijn. Het transmissiemedium 6 kan in velerlei vormen 35 zijn uitgevoerd; bijvoorbeeld in de vorm van een direkte registratie 8301572 ¥ t 6 of overdracht door middel van een draad of via de ruimte of door middel van verdere modulatie of codering voordat het signaal wordt geregistreerd of uitgezonden. Door de DAC 8 wordt een regelsignaal afgeleid, dat nagenoeg identiek aan het van de ADC 4 afkomstige 5 regelsignaal kan zijn. Het netwerk 10 wordt op zodanige wijze door i-het regelsignaal van de DAC 8 geregeld, dat het analoge signaal hierdoor nagenoeg in zijn oorspronkelijke vorm wordt hersteld.

In de praktijk worden de netwerken met de van de frequentie afhankelijke variabele aanspreekkarakteristiek in de vorm 10 van elementen met een van de frequentie afhankelijke variabele ver-sterkingsfactor uitgevoerd zoals compressieschakelingen en expansie-schakelingen (compressie- en expansiestelsels) met een vaste of verschuivende band, waarvan de van de frequentie afhankelijke karakteristieke eigenschappen op het regelsignaal aanspreken, dat van 15 het aan de ADC toegevoerde signaal is afgeleid.

De digitaal afgeleide regel- of schaalwaarde-instelfactor van de aanpasbare ADC en DAC kan een verschillend aantal vormen hebben, hetgeen van de aard van het digitale coderingsschema afhangt. In figuur 2 is een PGM stelsel geïllustreerd, waarbij van 20 een automatische hetzij onmiddellijk of bijna onmiddellijk uitgevoerde instelling van een bepaald bereik (bijvoorbeeld "verplaatsbare komma") /Wordt gebruik gemaakt, en waarbij digitale woorden van enkele bits (op kenmerkende wijze twee of drie bits) worden toegepast, waardoor tamelijk ruw gekwantiseerde steekproefwaarden worden vertolkt. Van 25 elke waarde kan worden gebruik gemaakt om hiervoor in aanmerking komende karakteristieke en in afzonderlijke stappen variërende voorver-vormings- en vervormingscorrectienetwerkeigenschappen in te schakelen, zodat op deze wijze waarden worden vergroot, die met afnemende grootten van het opvoeren van de versterking en frequentie-afsnijding 30 in de afzonderlijke netwerken 2' resp. 10' overeenkomen. De ADC en DAC zijn respectievelijk als de blokken 4' en 8' aangegeven. Op alternatieve wijze kan de signaalwaarde bij een dergelijke PCM stelsel, zoals dit in figuur 3 is aangegeven, in de vorm van een analoge regel-spanning of stroom worden gedecodeerd en afgevlakt om door middel van 35 afzonderlijke DAC's 12 en het afvlakelement 14 in het codeer- en de- 8301572 - ~ -"-ί——---— - -- · ' ......· Μ..." ......... . ........... .........ff......I.'iim .·,.*···ΙΜ·-«·1Ι· nmnmm i % -.- 7 -- codeergedeelte van het stelsel continu variabele netwerken 2" en 10" te regelen.

Zoals in figuur 4 is afgeheeld wordt de schaal-waardeinstelfactor bij bepaalde stelsels met inbegrip van aanpasbare 5 deltamodulatiestelsels met een continu variabele steilheid reeds door een analoog regelsignaal gevormd, waarvan direkt of via een verder afvlakelement 14 kan worden gebruik gemaakt om een werkzame invloed op de continu variabele netwerken 2” en 10" uit te oefenen. De ADC en DAC aijn in dit schema resp. als de blokken 4" en 8" aangegeven.

10 Bij gebruikelijke analoge compressie- en expansie- schakelingen hangt de hoorbaarheid van de ruismodulatie van de com-pressieverhouding af; dit wil zeggen dat hoe hoger deze verhouding is des te groter de signaalamplitude is voordat het ruisniveau zover stijgt dat dit hoorbaar wordt. Doch ongelukkigerwijze leiden hoge 15 compressie en dientengevolge expansieverhoudingen tot volgfouten vanwege de afwijkingen tussen de ter plaatse van de compressiescha-keling en ter plaatse van de expansieschakeling uitgevoerde metingen van het signaal, zodat de verhoudingen van praktisch uitgevoerde analoge compressie- en expansieschakelingen meestal in het bereik 20 1,5 tot 3 liggen. De nauwkeurigheid waarmee het digitaal afgeleide regelsignaal kan worden hersteld laat de toepassing van iets hogere verhoudingen toe. Dit wil zeggen dat door de uitvinding een gebrek wordt geelimineerd, dat inherent aan analoge compressie- en expansieschakelingen is. De combinatie van aanpasbare voorvervorming en het 25 afleiden van een schaalwaardefactor in de ADC kan als de toepassing van een compressieschakeling met een geregeld uitgangssignaal worden beschouwd, waarvan de compressieverhouding van de karakteristieke regeleigenschappen van het variabele netwerk en de karakteristieke in-gang/uitgangseigenschappen van de digitale meting afhangt. Wanneer 30 deze laatste bekend zijn is het mogelijk om zodanige eerste eigenschappen af te leiden, dat hiermee de vereiste compressieverhouding wordt bereikt.

Bij digtale stelsels zijn de tengevolge van het coderen veroorzaakte fouten gekorreleerd met het audiosignaal en 35 dientengevolge niet precies equivalent aan willekeurig optredende ruis.

8301572 - 8 » *

Doch voor stelsels, die voor het verwerken van audiosignalen van hoge kwaliteit zijn ontworpen, is de bitsnelheid meestal zo hoog, dat de fout als breedbandige ruis kan worden opgevat. Het spectrum ervan heeft een zodanige vorm, dat de hoogfrequente ruis na de 5 bewerking van frequentieweging om rekening met de gevoeligheid van het menselijke oor te houden, overheerst.. Dit wil zeggen dat een kenmerkende aanpasbare vormgeving van de aanspreekkarakteristiek uit een hoogfrequente voorvervorming of opvoering van de versterking zal moeten bestaan, en wel tenminste bij afwezigheid van hoogfrequente 10 signalen met een hoge amplitude. Voor het van de ADC afgeleide regelsignaal is normaal de een of andere vorm van afvlakking vereist voordat dit signaal voor het regelen van de aanpasbare voorvervorming kan worden toegepast, zodat de verandering van de voorverwarming ten opzichte van een analoge ingangsaudiokromme zal achterblijven.

15 Dit komt overeen met de begininsteltijdsduur van een analoge compressie-schakeling, en leidt tot uitschietende signaalwaarden van korte duur in de overgangsverschijnselen. Zoals bij analoge compressie-schakelingen is het· mogelijk om met een netwerk dat in de vorm van een duaaljkanaal is uitgevoerd uitschietende signaalwaarden te onder-20 drukken, waarbij een hoofdkanaal vaste karakteristieke eigenschappen bezit en het voorvervormde signaal door een ander paralle^kanaal wordt geleid. Als voorbeeld dienende netwerken met een duaaljk anaal zijn bekend uit de Amerikaanse octrooischriften 3.846.719, alsmede 3.903.485, Re 28.426, 3.828.280, en 3.875.537 en uit de Britse ter 25 inzage gelegde octrooiaanvrage 2.079.114A. De begrenzende drempelin- sch stellingen van de onderdrukkingsnetwerken voor uit/ietende signaalwaarden worden zodanig ingesteld dat het begrenzen slechts gedurende die korte perioden optreedt, waarin het aan het variabele hoog-doorlaatfilter toegevoerde regelsignaal ten opzichte van de grootte 30 van het ingangsaudiosignaal achterblijft.

Volgens een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een betrekkelijk eenvoudig, digitaal codeer/decodeer-audiostelsel van lage kosten en uitstekende gedragseigenschappen verschaft. Bij deze uitvoeringsvorm zijn de bekende voordelen van 35 aanpasbare deltamodulatie behouden met inbegrip van de eenvoudige uit- 8301572 * m .. 9 _ voering ezfvan in vaste schakelelementen, waarbij het dynamische bereik van het stelsel verder is vergroot zonder dat hierbij hinderlijke zijdelingse effecten zoals ruismodulatie worde» geintroduceerd. Van het als resultaat verkregen stelsel kan op doelmatige wijze voor 5 goedkope stelsels met een beperkte bewerkingssnelheid van gegevens worden gebruik gemaakt, waarbij een groot dynamisch bereik en een hoge signaal/ruisverhouding worden gewenst.

Verschillende deltamodulatieschema1s zijn door H.R. Schindler in het artikel "Delta Modulation" in IEEE Spectrum, 10 volume 7 blz. 69, 78 van oktober 1970 beschreven. Dit artikel bevat een bespreking van aanpasbare deltamodulatie en verder een uitgebreide bibliografie. Verder is een aanpasbaar deltamodulatiestelsel door Robert I. Masta in het artikel "High Performance Digital Audio Systems" in Electronic Products blz. 66 van 20 april 1982 beschreven.

15 Aanpasbare deltamodulatiestelsels zijn voorts bekend uit de Amerikaanse octrooischriften 4.190.801, alsmede 4.254.502, 4.305.050 en 4.313.204.

Een algemeen blokschema van een dergelijke praktische uitvoeringsvorm is in figuur 5 af geheeld. De A/D en D/A-20 omzetters 16 en 19 zijn bij voorkeur van het deltamodulatietype met een aanpasbare continu.' variabele steilheid·* Dergelijke omzetters zijn genoegzaam bekend. Teneinde hoorbare ruis nog verder te reduceren is het gewenst om in de ADC 16 terugkoppeling van foutsignalen toe te passen. Dergelijke technieken zijn evenzo bekend. Zie bijvoorbeeld 25 de Amerikaanse octrooischriften 2.927.962 en 4.313.204 en het artikel door Spang en Schultheiss met de titel "Reduction of Quantizing Nöise by Use of Feedback" in IRE Trans. Commun. Syst., vol. CS-10, blz. 373 - 380 van december 1962. Door middel van een compressie-schakeling 18 met een verschuivende band en een complementaire expan-30 sieschakeling 20 met een verschuivende band, die elk door de hierbij behorende omzetter worden geregeld, wordt een ruis-reduktiestelsel met een verschuivende band verschaft om de ruis nog verder te onderdrukken.

De door het stelsel met de verschuivende band be-35 werkstelligde mate van ruisonderdrukking en het frequentiespectrum 8301572 ... 10 * i waarvoor dit werkzaam is, kunnen zodanig worden gekozen dat dit bij het ruisspectrum past, dat zelfs nog onder, toepassing van het terugkoppelen vein foutsignalen overblijft. Zo zal er bijvoorbeeld nog ruis van aanzienlijke betekenis bij zeer hoge audiofrequenties 5 overblijven, wanneer correctie door het terugkoppelen van foutsignalen wordt toegepast, tenzij de klokimpulsherhalingsfrequentie hoog genoeg is. Door het ruisonderdrukkingsstelsel van het verschuivende bandtype in een zodanige vorm uit te voeren dat dit in het betreffende gedeelte van het audiospectrum werkzaam is, zal de 10 combinatie van de twee maatregelen een reductie van ruis over het gehele audiospectrum als resultaat hebben, waarbij met klokimpulg-herhalingsfrequenties kan worden gewerkt, welke anders niet voor audiosignalen van hoge kwaliteit geaccepteerd zouden kunnen worden. Zelfs wanneer de klokimpulsherhalingsfrequentie zo hoog.is, dat de 15 foutcorrectietechniek een vlak ruisniveau in het van belang zijnde hoogste audiofrequentiebereik zou geven, zou een ruisonderdrukkingsstelsel van het schuivende bandtype, waarvan de werking zich naar beneden tot de lagere frequenties zou uitstrekken, op nuttige wijze voor een verdere verlaging van de ruis kunnen worden gebruikt.

20 De netwerken met een schuivende band kunnen zoals in de bovenaangehaalde stand van de techniek is uiteengezet in verschillende vormen worden uitgevoerd. Bij de thans beschreven be- praktische uitvoeringsvorm j^taan de netwerken uit gewijzigde uitvoeringsvormen van genoegzaam bekende netwerken met een schuivende band, 25 die bekend staan als compressie- en expansieschakelingen van het B-type, waarvan een eerder uitgevoerde uitvoeringsvorm in het Amerikaanse octrooischrift Re 28.426 is beschreven. Bij de thans besproken toepassing worden geen regelschakelingen vereist omdat het regel-signaal van de omzetters 16 en 20 wordt afgeleid, terwijl aan de 30 netwerken verder de eis wordt gesteld dat deze alleen voor de hogere frequenties werkzaam zijn tengevolge van het zeer hoogfrequente karakter van het ruisspectrum bij het deltamodulatiestelsel, waarbij van correctie door het terugkoppelen van foutsignalen wordt gebruik gemaakt en waardoor het ruisspectrum tengevolge van de betrekkelijk 35 lage klokimpulsherhalingsfrequentie niet geheel en al uit de bruik- 8301572 11 I * bare audioband wordt geduwd. Het ingangsaudiosignaal wordt aan de ingang van het stelsel door middel van een eenvoudig tweepolig laag-doorlaat-bandfilter 22 begrensd. In tegenstelling met de gewoonlijk toegepaste PCM-stelsels met lage bemonsterings- of steekproeffre-5 quenties zijn geen ingewikkelde filters met een anti-aliaswerking (anti-aliasing filters) vereist. Een soortgelijk laagdoorlaatfilter 24 is achter de DAC 18 geschakeld.

In figuur 6 is het codeergedeelte van het stelsel meer gedetailleerd afgebeeld. De compressieschakeling met een schui-10 vende band bestaat uit een netwerk type I met duale kanalen, dat soortgelijk aan de in de genoemde Britse ter inzage gelegde octrooiaanvrage 2.079.114A beschreven schakeling is. Het hoofdkanaal bevat een netwerk 26 met een aanspreekkarakteristiek van een vaste en van het niveau onafhankelijke vorm in overeenstemming met figuur 7, 15 waardoor hoogfrequente signalen van een hoog niveau kunnen worden doorgegeven.

Het andere kanaal bevat een door middel van een spanning geregeld enkelpolig hoogdoorlaatfilter 28. In de rusttoestand bedraagt de afsnijfrequentie ongeveer 10 kHz. De werking van 20 het variabele filter is equivalent aan die van een compressieschakeling met een compressieverhouding, die van de vorm van de filter/ regelkarakteristiek afhangt, waarbij een dergelijke compressie boven een drempelniveau plaatsvindt, dat van de lusversterkingsfactor van het regelstelsel afhangt. De versterkingsfactor vdör de samenvoe-25 ging met het hoofdkanaal bedraagt 14 dB, waardoor een voorvervorming in de rusttoestand wordt verkregen welke van ongeveer 2 kHz tot ongeveer 10 kHz met 6 dB/octaaf toeneemt. Boven een bepaalde drempelwaarde van het regelsignaal verschuift de frequentie van deze voorvervorming als een toenemende functie van een regelsignaal naar 30 boven, dat van de stroom bits wordt afgeleid. Door middel van een onderdrukkingsnetwerk 30 voor ui€^etende signaalwaarden (dat in het Amerikaanse octrooischrift Re 28.426 is beschreven) wordt vervorming van de overgangsverschijnselen in de A/D omzetter voorkomen.

Het hoofdkanaal met de andere kanalen zijn in een combinatieschake-35 ling 32 bij elkaar gevoegd.

8301572 ..... 12 .....

Het ddor de compressieschakeling 18 met de verschuivende band verwerkte audiosignaal wordt via een sommerings-trap 34 aan een vergelijker 36 toegevoerd. Het andere ingangssignaal naar de vergelijker bestaat uit een audiosignaal, dat uit de digi-5 tale stroom uitgangsbits is gereproduceerd. De uitgang van de vergelijker wordt door de bistabiele relaxatieschakeling 38 met de klok-impulsherhalingsfrequentie bemonsterd zodat op deze wijze de stroom uitgangsbits wordt verkregen. Door de stroom uitgangsbits wordt op zodanige wijze de polariteit (blok 40) van de integratiebewerking 10 bestuurd, dat het ingangsaudiosignaal door het gereproduceerde audiosignaal wordt gevolgd. Door de aanpassingsalgoritmeschakeling 42 wordt van de stroom bits gebruik gemaakt om een analoge regelspanning af te leiden, die in het blok 44 wordt geïntegreerd om het audiosignaal samen te stellen. Van dit regelsignaal wordt verder voor het regelen 15 van het analoge ruisonderdrukkingsstelsel gebruik gemaakt.

De bij dit omvormproces gemaakte fout treedt in de vorm van een signaal op de ingang van de vergelijker op.‘Het foutsignaal wordt door een foutterugkoppellus 45 met een laagdoorlaat-filter 46 gevoerd en wordt dan met het verwerkte audiosignaal gecom-20 bineerd. Door deze bewerking wordt het spectrum van het foutsignaal in frequentie naar. boven verschoven. Met een bemonsteringsfrequen-tie die hoog genoeg is, blijft er voldoende ruimte boven de bovengrens van het audiofrequentiebereik en onder de frequentie van de klok-impulsen over waarin het foutspectrum kan worden verplaatst. Dit wil 25 zeggen dat het grootste gedeelte van de kwantiseringsruis uit het hoorbare frequentiebereik kan worden geschoven, zodat er veel minder hoorbare ruis overblijft dan de ruis welke er meestal bij een gebruikelijk delta-modulatiestelsel optreedt. Wanneer van een lagere bemonsteringsfrequentie wordt gebruikgemaakt treedt er zoals boven 30 is besproken als residuwaarde enige zeer hoogfrequente ruis op.

De basisstroom van uitgaande bits wordt dan op een manier.behandeld zoals dit wellicht éénduidig noodzakelijk is om de stroom aan het transmissiemedium 6 te kunnen toevoeren.

In figuur 8 zijn verdere details van het deco-35 deergedeelte van figuur 5 afgebeeld. Het van het transmissiemedium 6 8301572 - 13 - afkomstige signaal wordt op de vereiste wijze verwerkt om de basis-stroon^Lngangsbits te verkrijgen. De verwerkingsmiddelen moeten een middel voor het afleiden van een kloksignaal bevatten. Dergelijke technieken zijn echter genoegzaam bekend op dit gebied van de 5 techniek.

De D/A-omzetter 18 bestaat uit een aanpasbare deItademodulator, die identiek is aan een gedeelte van de A/D-omzetter 16. Voor de samenstelling van de demodulator zijn de vergelijker 36 en de foutterugkoppellus 45 niet vereist. De blokken 40, 42 en 44 10 zijn in beide omzetters hetzelfde. Het audio-uitgangssignaal uit de integratoruitgang loopt door een tweepolig laagdoorlaatfilter naar de expansieschakeling 20 met een verschuivende band. Dit is evenzo in de vorm van twee kanalen uitgevoerd, waarin het hoofdkanaal een netwerk 26' met een aanspreekkarakteristiek bezit, waarvan de vorm 15 (omgekeerd aan die volgens figuur 7) onafhankelijk van het niveau is, en waarbij het andere kanaal als een negatieve terugkoppelweg van de uitgang via een variabel hoogdoorlaatfilter 28 en een onderdruk-kingsschakeling 30 voor uitschietende waarden naar een sommerende combinatieschakeling 32 aan de ingang dienst doet. De werking van het 20 filter 28 wordt door middel van het van de stroom bits in de D/A-omzetter afgeleide regelsignaal geregeld, waarbij het resultaat uit een aanspreekkarakteristiek bestaat, die complementair aan die van de verwerkingsschakeling voor het registreren van het onderdrukken van de ruis is.

25 Tijdens de werking wordt de frequentie-aanspreek- karakteristiek van het stelsel volgens de figuren 5, 6 en 7 door het bandbreedte begrenzende laagdoorlaatingangsfilter 22 en laagdoor-laatuitgangsfilter 24 bepaald en niet door de eigenschappen van de ADC en DAC. Bij een bemonsteringsfrequentie van 224 kHz (één zestien-30 de van de NTSC-onderdraaggolf) en een maximale nominale audiofrequen-tie van 15 kHz is er geen behoefte aan filters met een anti-alias-werking van zeer hoge orde; en kan een toepasselijk resultaat met tweepolige filters worden verkregen. Dit wil zeggen op gemakkelijke wijze kan een aanspreekkarakteristiek met een verloop van ± 0,5 dB 35 tot een frequentie van 15 kHz worden bereikt.

8301572 •rv 14 -

Met betrekking tot een nominaal referentieniveau bedraagt de signaal/ruisverhouding 78 dB. Door het stelsel kunnen bij een bepaald referentieniveau signalen met een frequentie tot aan 15 kHz worden verwerkt. Het niveau waarop zich bij 3 kHz een 5 overbelasting van de steilheid begint voor te doen (die met de over-belastingskarakteristiek van een stelsel met een voorvervorming en een vervormingscorrectie van 50 microseconden overeenkomt) bedraagt ten opzichte van het referentieniveau ongeveer + 10 dB. Dit wil zeggen in vergelijking met ottroeptransmissiestelsels bedraagt het 10 dynamische bereik ongeveer 88 dB.

* 8301572

Claims (26)

1. Analoog/digitaalomzetstelsel met het kenmerk/ dat dit is samengesteld uit een analoog/digitaalomzetter met zodanige karakteristieke eigenschappen dat deze aan een hieraan toege- 5 voerd signaal kunnen worden aangepast, waarbij deze omzetter middelen bevat om van het genoemde aan de omzetter toegevoerde signaal een regelsignaal af te leiden teneinde de genoemde karakteristieke eigenschappen te kunnen regelen, en uit een netwerk met een van de frequentie afhankelijke variabele aanspreekkarakteristiek om een signaal 10 voordat dit aan de omzetter wordt toegevoerd te kunnen verwerken, waarbij dit netwerk met een variabele aanspreekkarakteristiek zodanig is uitgevoerd dat de vorm van deze aanspreekkarakteristiek als gevolg van de invloed van het regelsignaal kan worden gevarieerd.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat het genoemde regelsignaal de vorm van digitale woorden bezit, en dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek een eindig aantal karakteristieke aanspreekeigenschappen met betrekking tot’ de frequentie /versterkingsfactor bezit.

3. Stelsel volgens conclusie 1, net het kenmerk, 20 dat het genoemde regelsignaal de vorm van digitale woorden bezit, alsmede dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek een digitaal/analoogomzetter bevat om de digitale woorden in een analoog signaal om te zetten en een schakeling om dit analoge signaal af te vlakken en hieraan een bepaalde vorm te geven, en dat de variabele 25 aanspreekkarakteristiek van het netwerk met deze karakteristiek als gevolg van het omgezette, afgevlakte en in een bepaalde vorm gebrachte regelsignaal continu kan worden gevarieerd.

4. Stelsel volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de omzetter zodanig is uitgevoerd dat hierdoor 30 een PCM-uitgangssignaal kan worden opgewekt.

5. Stelsel volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat de genoemde omzetter uit een aanpasbare delta-modulator bestaat.

6. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, 35 dat de genoemde omzetter uit een aanpasbare deltamodulator bestaat 8301572 - 16 - en dat het genoemde regelsignaal de vorm van een analoog signaal bezit, alsmede dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek middelen bevat om dit analoge signaal af te vlakken en dit in een bepaalde vorm te brengen, en dat de aanspreekkarakteristiek van het 5 netwerk met deze karakteristiek als gevolg van het af gevlakte en in het bepaalde vorm gebrachte regelsignaal continu kan worden gevarieerd.

7. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek zodanige 10 karakteristieke eigenschappen bezit dat ten opzichte van andere delen van het audiospectrum de versterking van signalen in het gedeelte van het spectrum wordt opgevoerd, waarin de ruis of de kwantiserings-fout het beste hoorbaar is, waarbij de mate van een dergelijke verhoudingsgewijs opgevoerde versterking in overeenstemming met het 15 regelsignaal is.

8. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het netwerk met de variabele versterkingsfactor zodanige karakteristieke eigenschappen bezit dat ten opzichte van andere delen van het audiospectrum de versterking van signalen in het bovenste of 20 onderste gedeelte van het audiospectrum wordt opgevoerd, waarbij de variabele frequentie waarop een begin met dit opvoeren van de versterking wordt gemaakt met het genoemde regelsignaal overeenkomt, het een en ander zodanig dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek de karakteristieke eigenschap van. een verschuivende 25 doorlaatband bezit.

9. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek zodanige karakteristieke eigenschappen bezit dat ten opzichte van andere delen van het audiospectrum de versterking van signalen in een bepaald ge- 30 deelte van het audiospectrum wordt opgevoerd, waarbij de mate van het opvoeren van de versterking met het genoemde regelsignaal overeenstemt.

10. Stelsel volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de genoemde omzetter uit een aanpasbare delta-modulator met een foutterugkoppelelement bestaat, waarbij de klok-35 impulsherhalingsfrequentie van deze aanpasbare deltamodulator zo 8301572 " 17 groot is, dat het door het foutterugkoppelelement. in frequentie naar boven geschoven gedeelte van het ruisspectrum binnen het audio-spectrum blijft, en waarbij de karakteristieke eigenschappen van het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek een zodanige 5 vorm bezitten, dat het resterende gedeelte van het verschoven ruisspectrum wordt onderdrukt.

11. Stelsel volgens conclusie 1, 7, 8, of 9, met het kenmerk, dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek uit een schakeling met een hoofdkanaal en een ander kanaal 10 bestaat, waarbij dit hoofdkanaal op een ingangssignaal aanspreekt en middelen bevat om binnen een eerste frequentieband een eerste signaal af te geven dat nagenoeg evenredig aan het ingangssignaal is, terwijl het andere kanaal met het genoemde hoofdkanaal is gekoppeld en op een signaal aanspreekt dat van het hoofdkanaal is afgeleid 15 om een tweede signaal binnen de genoemde frequentieband te bewerkstelligen, en uit een signaalcombineerschakeling om het eerstgenoemde en tweede signaal met elkaar te combineren, waarbij het genoemde andere kanaal middelen bevat om de amplitude van het tweede signaal in een gedeelte van het spectrum van de genoemde frequentieband te 20 variëren en middelen om dit tweede signaal op niet lineaire wijze te begrenzen.

12. Stelsel volgens conclusie 1, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat het netwerk met de variabele aanspreekkarakteristiek uit een schakeling is opgebouwd, welke een hoofdkanaal en een 25 ander kanaal omvat, waarbij het hoofdkanaal op een ingangssignaal aanspreekt en middelen bevat om binnen een bepaalde frequentieband een eerste signaal af te geven dat nagenoeg evenredig aan dit ingangssignaal is, en dit hoofdkanaal middelen bevat om een bepaalde vorm aan de frequentie-aanspreekkarakteristiek van dit hoofdkanaal te 30 geven, terwijl het andere kanaal met dit hoofdkanaal is gekoppeld en op een signaal aanspreekt dat uit een in het hoofdkanaal optredend signaal is afgeleid om binnen de genoemde frequentieband een tweede signaal op te wekken, en uit een signaalcombineerschakeling om het eerste en tweede signaal met elkaar te combineren, waarbij het andere 35 kanaal middelen bevat om de amplitude van dit tweede signaal in een 8301572 - 18 ' ' bepaald gedeelte van het spectrum binnen de genoemde frequentieband te variëren.

13. Stelsel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het andere kanaal verder middelen bevat om het genoemde tweede 5 signaal op niet lineaire wijze te begrenzen.

14. Analoog/digitaalomzetstelsel volgens conclusie 1, in combinatie met een digitaal/analoogomzetstelsel om de analoge vorm van de door het genoemde analoog/digitale omzetstelsel in digitale vorm gebrachte en via een transmissiemedium opgevangen 10 signalen te herstellen, met het kenmerk, dat het digitaal/analoogomzetstelsel is samengesteld uit een digitaal/analoogomzetter waardoor de genoemde in digitale vorm gebrachte signalen worden opgevangen om deze digitale signalen weer in een analoge vorm om te zetten, waarbij de genoemde digitaal-analoogomzetter middelen bevat om het 15 genoemde regelsignaal weer opnieuw op te wekken, en uit complementaire middelen met een van de frequentie afhankelijke variabele aan-spreekkarakteristiek om de genoemde analoge signalen uit de digitaal-analoogomzetter te verwerken, waarbij de vorm van de aanspreekkarak-teristiek van de genoemde complementaire middelen met de variabele 20 aanspreekkarakteristiek als gevolg van het genoemde regelsignaal op complementaire wijze ten opzichte van de aanspreekkarakteristiek van het netwerk met deze variabele karakteristiek in het genoemde analoog/digitale omzetstelsel varieert.

15. Stelsel volgens conclusie 14, met het kenmerk, 25 dat het genoemde regelsignaal en het weer opnieuw opgewekte regelsignaal de vorm van digitale woorden bezitten, en dat elk middel met een variabel aanspreekgedrag met betrekking tot de frequentie/ver-sterkingsfactor een eindig aantal karakteristieke aanspreekeigen-schappen bezit , waarvan er per keer telkens één door middel van 30 de genoemde digitale woorden wordt uitgekozen.

15 ""

16. Stelsel volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het genoemde regelsignaal en het weer opnieuw opgewekte regelsignaal de vorm van digitale woorden bezitten, alsmede dat elk genoemd middel met een variabel aanspreekgedrag een digitaal/analoogomzetter 35 bevat om de genoemde digitale woorden in een analoog signaal om te 8301572 * 19 “ zetten en middelen bevat om dit analoge signaal af te vlakken en in een bepaalde vorm te brengen, en dat elk genoemd middel met een variabel aanspreekgedrag een aanspreekkarakteristiek bezit, die continu als gevolg van het omgezette, af gevlakte en in een bepaalde 5 vorm gebrachte regelsignaal kan worden gevarieerd.

17. Stelsel volgens conclusie 14, 15 of 16, met het kenmerk, dat door de genoemde digitaal/analoogomzetter een PCM-ingangssignaal kan worden opgenomen.

18. Stelsel volgens conclusie 14, 15 of 16, 10 met het kenmerk, dat de genoemde digitaal-analoogomzetter uit een aanpasbare deltamodulator bestaat.

19. Stelsel volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de genoemde digitaal/analoogomzetter uit een aanpasbare delta-demodulator bestaat en het genoemde regelsignaal en weer opnieuw 15 opgewekte regelsignaal de vorm van een analoog signaal hebben, alsmede dat elk genoemd middel met een variabel aanspreekgedrag middelen bevat om het genoemde analoge signaal af te vlakken en in een bepaalde vorm te brengen, en dat elk genoemd middel met een variabel aanspreekgedrag een aanspreekkarakteristiek bezit, die als gevolg 20 van het afgevlakte en in een bepaalde vorm gebrachte regelsignaal continu kan worden gevarieerd.

20. Stelsel volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat elk middel met een variabel aanspreekgedrag zodanige karakteristieke eigenschappen bezit dat hierdoor ten opzichte van het andere 25 gedeelte van het audiospectrum de versterking van signalen in het deel van het spectrum wordt opgevoerd, waarin de ruis of de kwanti-seringsfout het beste hoorbaar is, waarbij de mate van een dergelijk verhoudingsgewijs opvoeren van de versterking met het genoemde _ regelsignaal overeenkomt.

21. Stelsel volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat elk middel met een variabele versterkingsfactor zodanige karakteristieke eigenschappen bezit, dat hierdoor in verhouding tot andere gedeelten van het audiospectrum de versterking van de signalen in het bovenste of onderste deel van het audiospectrum wordt opge-35 voerd, waarbij de variabele frequentie waarop dit opvoeren van de ver- 8301572 - 20 · sterking begint met het genoemde regelsignaal overeenkomt f/waarbij elk middel met een variabel aanspreekgedrag de karakteristieke eigenschap van een verschuivende band bezit.

22. Stelsel volgens conclusie 14, met het kenmerk, 5 dat elk middel met een variabel aanspreekgedrag zodanige karakteristieke eigenschappen bezit, dat hierdoor in verhouding tot andere gedeelten van het audiospectrum de versterking in signalen van een bepaald gedeelte in het audiospectrum wordt opgevoerd, waarbij de mate van dit opvoeren van de versterking' respectievelijk met het 10 genoemde regelsignaal en het weer opnieuw opgewekte regelsignaal overeenkomt.

23. Stelsel volgens conclusie 14, 20, 21 of 22, met het kenmerk, dat elk middel met een variabel aanspreekgedrag een schakeling met een hoofdkanaal en een ander kanaal bevat, waar- 15 bij dit hoofdkanaal op een ingangssignaal aanspreekt en middelen bevat om binnen een bepaalde frequentieband een eerste signaal af te geven, dat nagenoeg evenredig aan het genoemde ingangssignaal is, terwijl het andere kanaal met het genoemde hoofdkanaal is gekoppeld en op een in dit hoofdkanaal afgeleid signaal aanspreekt om een twee-20 de signaal binnen de genoemde frequentieband te produceren, en voorts een signaalcombineernetwerk om het eerste en tweede signaal met elkaar te combineren, waarbij het genoemde andere kanaal middelen bevat om de amplitude van het tweede signaal in een bepaald gedeelte van het spectrum binnen de genoemde frequentieband te variëren, en 25 middelen om dit tweede signaal op niet lineaire wijze te begrenzen.

24. Stelsel volgens conclusie 14, 20, 21 of 22, met het kenmerk, dat elk middel met een variabel aanspreekgedrag een schakeling met een hoofdkanaal en een ander kanaal bevat, waarbij het hoofdkanaal op een ingangssignaal aanspreekt en middelen bevat 30 om binnen een bepaalde frequentieband een eerste signaal af te geven dat nagenoeg evenredig aan het genoemde ingangssignaal is, en waarbij dit hoofdkanaal verder middelen bevat om de frequentie-aanspreek-karakteristiek van dit hoofdkanaal in een bepaalde vorm te brengen, terwijl het andere·kanaal met het hoofdkanaal is gekoppeld en op een 35 in het hoofdkanaal afgeleid signaal aanspreekt om een tweede signaal 8301572 - 21 binnen de genoemde frequentieband te produceren, en voorts signaal-corabineermiddelen om het eerste en tweede signaal met elkaar te combineren, waarbij het andere kanaal middelen bevat om de amplitude van het tweede signaal in een gedeelte van het spectrum binnen de 5 genoemde frequentieband te variëren.

25. Stelsel volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat het andere kanaal middelen bevat om het genoemde tweede signaal op niet lineaire wijze te begrenzen.

26. Digitaal/analoogomzetstelsel waardoor door 10 middel van een aanpasbare analoog/digitaalomzetter digitale signalen kunnen worden opgenomen, met het kenmerk, dat in dit stelsël een regelsignaal wordt opgewekt om de aanpasfunctie te besturen, en het stelsel een digitaal/analoogomzetter bevat om de genoemde digitale signalen op te nemen teneinde deze signalen weer in een analoge vorm 15 om te zetten, waarbij deze omzetter middelen bevat om het genoemde regelsignaal weer opnieuw op te wekken, en een middel met een variabel frequentie-afhankelijk aanspreekgedrag om de genoemde analoge signalen te kunnen verwerken, waarbij dit middel met een variabel aanspreekgedrag zodanige karakteristieke eigenschappen bezit dat 20 deze als gevolg van de invloed van het genoemde regelsignaal kunnen worden gevarieerd. 8301572