DE978016C

DE978016C - Method for the transmission of signals according to the type of delta modulation

Info

Publication number: DE978016C
Application number: DE1960978016
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 5300 Duisdorf Grooteboer
Original assignee: Bundesrepbublik Deutschland, vertreten durch den Staatssekretär des Bundeskanzleramtes, 5300 Bonn
Priority date: 1960-03-25
Filing date: 1960-03-25
Publication date: 1975-05-07

Description

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Die bei diesem Verfahren zu übertragenden Steuer- als solche, sondern halbiert zugleich den Bedarf an befehle, für die die A b b. 5 ein Beispiel im zeitlichen Schlüsseltext. Dieser letztere Gesichtspunkt hat sich Fluß darstellt, sind nur zweistufig und benötigen in der Praxis als sehr bedeutsam erwiesen,
dementsprechend nur einen sehr geringen Rausch- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überabstand. Wenn Sprache nach dem Verfahren der 5 tragung von kontinuierlichen Signalen unter Zuord-Delta-Modulation übertragen werden soll, ist es in nung von Impulsen nach Art der sogenannten Deltaden meisten Fällen allerdings gar nicht möglich, Modulation, wonach dar> kontinuierliche Signal durch diesen Vorteil auszunutzen. Die für solche Zwecke einen Polygonzug oder eine Treppenkurve nachgezur Verfügung stehenden Übertragungskanäle haben bildet wird und im Sender durch Vergleich dieses fast durchweg einen wesentlich größeren Rausch- io nachgebildeten Signals mit dem zu übertragenden abstand, als er zur Übertragung zweistufiger Impulse Signal Steuersignale abgeleitet werden, die nach an sich nur erforderlich wäre. Dagegen fällt der dem Übertragung über den Übertragungsweg den emp-Verfahren eigene Bandbreitenbedarf durchaus als fängerseitigen Signalgenerator steuern, und sie erNachteil ins Gewicht. Für eine sehr gute Sprach- reicht ihre besonderen Vorteile dadurch, daß der qualität benötigt man z. B. unter Anwendung der 15 Wertevorrat der Steuerbefehle für den empfängerbekannten Delta-Modulation eine Übertragungsband- seitigen Signalgenerator eine ungerade Anzahl von breite entsprechend einer Abtastfrequenz von 32 kHz. Steuerbefehlen umfaßt, von denen einer den Wert Bandbreitenmäßig ausreichende Übertragungskanäle Null darstellt, in dem Sinne, daß er eine Beibehaltung stehen z. B. in Gestalt der Trägerfrequenzkanäle an des zuletzt erreichten Augenblickswertes des nachsich zur Verfügung, bei denen eine Gruppe ein Fre- 20 gebildeten Signals bewirkt. Als praktisch besonders quenzband von 48 kHz umfaßt. Bei der direkten An- einfach durchführbar und für die meisten Anfordewendung einer Delta-Modulation mit 32 kHz Abtast- rungen ausreichend, schlägt eine Weiterbildung der frequenz auf einen solchen Trägerfrequenzgruppen- Erfindung für ein solches Verfahren insbesondere vor, kanal mit 48 kHz Bandbreite wird leider eine erheb- daß der Wertevorrat der Steuerbefehle für den empliche an sich zur Verfügung stehende Bandbreite 25 fängerseitigen Signalgenerator drei Steuerbefehle umverschenkt und andererseits auch der verhältnismäßig faßt, und zwar außer dem Wert Null noch je einen gute Rauschabstand bei weitem nicht ausgenutzt. Eine für steigenden und einen für fallenden Augenblickssolche Kombination ist also unbefriedigend. Eine wert des nachgebildeten Signals. Da der Absolutwert Reduzierung der Abtastfrequenz könnte hier Abhilfe der Steigung der geradlinigen Elemente im Polygonschaffen und wäre überhaupt ganz allgemein als Vor- 30 zug der Nachbildung des Originalsignals mit Rückaussetzung zur besseren Ausnutzung der Übertra- sieht auf die höchste im Originalsignal erwartete gungswege sehr erwünscht. Es hat sich aber gezeigt, Frequenz bemessen sein muß, ergibt es sich bei den daß eine starke Reduzierung der Abtastfrequenz, üblichen Verfahren der Delta-Modulation, daß die z.B. einer Halbierung auf 16 kHz, bereits eine für sehr oft vorkommenden flachen Steigungen des viele Zwecke nicht mehr tragbare Verschlechterung 35 Originalsignals durch Wechselfolgen steigender und der Sprachqualität nach sich zieht. Die A b b. 2 zeigt fallender Geraden angenähert werden müssen. Auf zur Erläuterung eine der Abb. 1 analoge Darstellung, dieser Erkenntnis beruht der Vorteil, der mit der bei der die Abtastfrequenz zur Bestimmung des Poly- erfindungsgemäßen Einführung des Steuerbefehls gonzuges gegenüber dem Beispiel der A b b. 1 halbiert Null gegeben ist. Da im übrigen sowohl steigende wie ist. Den dort sichtbaren verhältnismäßig starken Ab- 40 fallende Strecken im Polygonzug benötigt werden, weichungen zwischen Polygonzug und Originalsignal ergibt sich für die Anzahl der möglichen Steuerentspricht die sehr starke Verschlechterung der befehle also eine ungerade Zahl im Gegensatz zu den Wiedergabe. bekannten Verfahren der Delta-Modulation. Die milThe tax to be transferred in this process as such, but at the same time halves the need for commands for which the A b b. 5 an example in the temporal cipher text. This latter aspect has proven to be very important in practice.
accordingly only a very low level of noise. The invention relates to a method for over-spacing. If speech is to be transmitted using the method of carrying continuous signals with assignment-delta modulation, in most cases it is not at all possible to use modulation in the manner of so-called delta modulation, according to which the continuous signal can be exploited through this advantage . The transmission channels, which are available for such purposes as a polygon or a stepped curve, are formed and in the transmitter, by comparing this signal, which is almost always reproduced, with the signal to be transmitted, a significantly larger signal than is derived for the transmission of two-stage impulses signal control signals, which after itself would only be required. On the other hand, the bandwidth requirement inherent in the transmission via the transmission path, using the emp method as a signal generator on the receiver side, is definitely important, and this disadvantage is significant. For a very good language, their special advantages are enough that the quality is needed z. B. using the 15 values of the control commands for the receiver-known delta modulation a transmission band-side signal generator an odd number of width corresponding to a sampling frequency of 32 kHz. Includes control commands, one of which represents the value bandwidth-wise sufficient transmission channels zero, in the sense that it is a retention z. B. in the form of the carrier frequency channels at the last reached instantaneous value of the nachsich available, in which a group causes a Fre- 20 formed signal. As a practically particularly frequency band of 48 kHz included. In the case of direct application, it can be carried out easily and is sufficient for most of the requirements using delta modulation with 32 kHz sampling that the supply of values of the control commands for the sensitive bandwidth available 25 on the catcher-side signal generator gives away three control commands and, on the other hand, also holds them relatively, and apart from the value zero, a good signal-to-noise ratio is by no means used. One for increasing and one for decreasing instantaneous such a combination is therefore unsatisfactory. A value of the simulated signal. Since the absolute value reduction of the sampling frequency could remedy the gradient of the straight-line elements in the polygon and would generally be very desirable as a benefit of simulating the original signal with back exposure for better utilization of the transmission to the highest transmission paths expected in the original signal. However, it has been shown that the frequency has to be measured, it results in the fact that a strong reduction in the sampling frequency, the usual method of delta modulation, that halving it to 16 kHz, for example, is already one for very often occurring flat slopes of many purposes no longer acceptable deterioration 35 original signal due to changing sequences increasing and the speech quality with it. The A b b. 2 shows falling straight lines that need to be approximated. On a representation analogous to Fig. 1 for explanation, this knowledge is based on the advantage that with the sampling frequency for determining the poly- inventive introduction of the control command gonzuges compared to the example of A b b. 1 halved zero is given. Since, by the way, is both increasing and. The relatively strong declines in the polygonal course visible there are required, deviations between the polygonal course and the original signal results for the number of possible controls, the very strong deterioration of the commands corresponds to an odd number in contrast to the reproduction. known method of delta modulation. The mil

Die Erfindung löst nun die Aufgabe, bei einer der Einführung dieser Steigung Null gewonnene Übertragung von kontinuierlichen Signalen, Vorzugs- 45 Qualitätsverbesserung kann nun andererseits für weise von Sprache, die bei Anwendung der Delta- eine Verringerung der Bandbreite nutzbar gemacht Modulation erforderliche Bandbreite des Übertra- werden.The invention now solves the problem of achieving zero when this slope is introduced Transmission of continuous signals, preferential 45 Quality improvement can now on the other hand for wise of language that harnessed a reduction in bandwidth when using the delta Modulation required bandwidth of the transmission.

gungskanals zu verringern, ohne daß die Qualität der Andere Weiterbildungen der Erfindung betreffento reduce supply channel without affecting the quality of the other developments of the invention

Wiedergabe merklich leidet. Sie geht dabei von der Methoden zur Durchführung des der eigentlichen Erkenntnis aus, daß die üblichen Übertragungswege 50 Erfindung entsprechenden Verfahrens. So wird für und Übertragungshilfsmittel fast durchweg einen ein erfindungsgemäßes Verfahren mit einem Wertegrößeren Rauschabstand haben, als er zur Über- vorrat von drei Steuerbefehlen empfohlen, daß der tragung zweistufiger Impulse nur erforderlich ist. senderseitige Signalgenerator, mit von welchem er-Eine solche Verringerung der Impulsfolgefrequenz ist zeugter Nachbildung das zu übertragende Signal nicht nur sehr günstig bezüglich der Ausnutzung 55 zwecks Ableitung von Steuerbefehlen verglichen wird, üblicher Übertragungswege, sondern bringt insbeson- auf zwei Befehle, je einen für steigenden und fallendere auch erhebliche Vorteile für solche Sonderfälle, den Augenblickswert, anspricht und aus diesen bei denen eine Geheimübertragung gesprochener Steuerbefehlen des senderseitigen Signalgenerators Nachrichten gefordert wird. Bei hohen Anforderun- mit einem Wertevorrat von zwei möglichen Werten gen an den Geheimhaltungsgrad kann durchweg mit 60 nach einer bestimmten Regel die Steuerbefehle für solchen Verschlüsselungsgeräten gerechnet werden, den empfängerseitigen Signalgenerator mit einem bei denen der Geheimtext durch Mischung des Klar- Wertevorrat von drei Werten gebildet werden. Dietextes mit einem Schlüsseltext entsteht. Eine Halbie- sem Vorschlag liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein rung der Impulsfolgefrequenz bedeutet dann aber Delta-Modulator bekannter Arbeitsweise, der eine z. B. zugleich auch eine Halbierung der Frequenz, 65 Folge zweistufiger Impulse liefert, sich durch einen mit der der Schlüsseltext fortgeschaltet werden muß. besonders einfachen Aufbau bei sehr stabiler Arbeits-Erniedrigte Schaltfrequenz in solchen Geräten ermög- weise auszeichnet. Andererseits ist die Umformung lieh aber nicht nur einfacheren Aufbau der Anlagen der in Impulsform vorliegenden Steuerbefehle unterPlayback noticeably suffers. It starts with the methods used to carry out the actual Recognition from the fact that the usual transmission paths 50 are method according to the invention. So will for and transmission aids almost always have a method according to the invention with a signal-to-noise ratio greater than that recommended for the excess supply of three control commands carrying two-stage impulses is only required. signal generator on the transmitter side, with which he-one Such a reduction in the pulse repetition frequency is evidence of the simulation of the signal to be transmitted is not only compared very favorably in terms of utilization 55 for the purpose of deriving control commands, usual transmission routes, but brings in particular two commands, one each for increasing and decreasing also significant advantages for such special cases, the instantaneous value, addresses and from these in which a secret transmission of spoken control commands from the signal generator on the transmitter side News is requested. With high requirements with a range of two possible values The control commands for such encryption devices are expected, the receiver-side signal generator with a in which the ciphertext is formed by mixing the clear value set of three values. Dietextes with a key text. Half of this proposal is based on the knowledge that a tion of the pulse repetition frequency then means delta modulator of known mode of operation, the one z. B. at the same time also halving the frequency, 65 sequence of two-stage pulses delivers, through one with which the ciphertext must be advanced. particularly simple structure with a very stable work-humiliated person Switching frequency in such devices. On the other hand is the reshaping but not only lent a simpler structure of the systems to the control commands available in pulse form

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Zuhilfenahme bewährter Techniken und Hilfsmittel Ein Vergleich der beiden Abb. 3 und 4 mit der ohne grundsätzliche Schwierigkeiten durchführbar. A b b. 1 zeigt sehr anschaulich, daß unter Anwendung Besonders einfach durchführbar wird ein solches des erfindungsgemäßen Verfahrens die Halbierung Verfahren gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Abtastfrequenz keine wesentliche Qualitätsvermit dadurch gekennzeichneter Regel für die Ableitung 5 schlechterung bringt. Das Erfordernis, an Stelle nur der Steuerbefehle für den empfängerseitigen Signal- zweistufiger Impulse jetzt dreistufige Impulse übergenerator aus den Steuerbefehlen des senderseitigen tragen zu müssen, ist kein wesentlicher Nachteil, da Signalgenerators, daß die senderseitigen Steuerbefehle fast alle praktisch vorkommenden Übertragungswege in ihrem zeitlichen Fluß paarweise zusammengefaßt einen hierfür ausreichenden Rauschabstand aufweiwerden und einem solchen Zeichenpaar, wenn es aus io sen. Zum Vergleich ist als A b b. 6 noch der zur zwei unterschiedlichen Zeichen besteht, der emp- Abb. 2 gehörende zeitliche Verlauf der Steuerbefehle fängerseitige Steuerbefehl für Beibehaltung des vor- dargestellt. Den in den Abb. 7 und 8 gezeigten Beihandenen Augenblickswertes zugeordnet wird, wäh- spielen liegt noch eine andere Weiterbildung der Errend einem Zeichenpaar mit zwei identischen Zeichen findung mit zugrunde, wonach die empfängerseitigen der empfängerseitige Steuerbefehl für steigenden bzw. 15 Steuerbefehle in Form sogenannter einstelliger Imfallenden Augenblickswert zugeordnet wird. Wenn pulse erzeugt werden, bei -denen jeder einzelne Impuls die für dieses spezielle Verfahren charakteristische dreier Amplitudenwerte fähig ist und für sich einen Regel auf die Impulsfolge der Abb. 5 als zeitliche vollständigen Steuerbefehl darstellt und dabei die Folge der senderseitigen Steuerbefehle angewendet dem Steuerbefehl Null, der die Beibehaltung des wird, ergibt sich für die zeitliche Folge der empfänger- 20 vorhandenen Augenblickswertes beim empfängerseitigen Steuerbefehle ein Verlauf nach Abb. 7 seitigen Signalgenerator bewirkt, entsprechende Am- oder 8. Diese beiden Abbildungen unterscheiden sich plitude gleich oder angenähert gleich dem Mittelwert nur in der an sich willkürlichen Zusammenfassung der beiden anderen möglichen Amplitudenwerte ist, je zweier aufeinanderfolgender Zeichen zu einem die den Steuerbefehlen für steigenden bzw. fallenden Paar. Die Abgrenzung der einzelnen Paare ist dabei 25 Augenblickswert entsprechen. Damit wird insbesonum eine Zeichenlänge der Abb. 5 verschoben. Das dere auch eine besonders einfache Ausführung des Bildungsgesetz, das zuvor genanntem Vorschlag ent- Verfahrens möglich, bei der die Umwandlung der spricht, ist durch den Vergleich gleichzeitiger Vor- Steuerbefehle des senderseitigen Signalgenerators in gänge in den einzelnen Abbildungen deutlich erkenn- die Steuerbefehle für den empfängerseitigen Signalbar. Zugleich sieht man, daß die Steuerbefehle der 30 generator mittels eines speichernden Elementes, z. B. A b b. 7 und 8 dreier Werte fähig sind, es sind dies eines Tiefpasses, eines Speichers oder eines Zählers, also Impulsfolgen von sogenannten dreistufigen Im- erfolgt unter paarweiser Mittelwertbildung der einpulsen. Die Impulsfolgen der empfängerseitigen gegebenen Zeichen. In dieser Form angewendet ist Steuerbefehle, wie sie mit Abb. 7 und 8 gegeben das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur übertrasind, erzeugen im empfängerseitigen Signalgenerator 35 gungstechnisch sehr vorteilhaft, sondern bedeutet für Polygonzüge, wie sie in den Ab b. 3 und 4 dargestellt die Anlagen zur Ausführung dieses Verfahrens einen sind. Zum Vergleich ist in beiden Abbildungen wieder nur unwesentlichen Mehraufwand gegenüber den Andas zu übertragende Originalsignal miteingezeichnet. lagenzurAusführungderbekanntenDelta-Modulation.Use of proven techniques and aids A comparison of both Fig. 3 and 4 with the can be carried out without any fundamental difficulties. A b b. 1 shows very clearly that using The halving of the method according to the invention is particularly easy to carry out According to a further development of the invention, the sampling frequency does not have any significant quality improvement characterized by the rule for derivation 5 brings deterioration. The requirement in place only the control commands for the receiver-side signal - two-stage impulses now three-stage impulses over-generator Having to carry out the control commands from the transmitter side is not a major disadvantage because Signal generator that the transmitter-side control commands almost all practically occurring transmission paths in their temporal flow, combined in pairs, have a sufficient signal-to-noise ratio for this and such a pair of characters when it comes from io sen. For comparison, A b b. 6 nor the one for consists of two different characters, the time course of the control commands Control command on the catcher side for maintaining the previously shown. The accessories shown in Figs. 7 and 8 Momentary value is assigned, but there is still another further development of the Errend a pair of characters with two identical characters is based on which the recipient the receiver-side control command for increasing or 15 control commands in the form of so-called single-digit drop-offs Instantaneous value is assigned. When pulses are generated, every single pulse is generated which is capable of three characteristic amplitude values for this special method and one for itself Rule on the pulse train of Fig. 5 as a complete control command over time and thereby the Result of the transmitter-side control commands applied the control command zero, which the retention of the is obtained for the temporal sequence of the instantaneous values present at the receiver 20 at the receiver end Control commands a course according to Fig. 7 causes the signal generator, corresponding Am- or 8. These two figures differ in plitude equal to or approximately equal to the mean value is only in the in itself arbitrary combination of the other two possible amplitude values, two consecutive characters for one, the control commands for rising or falling Pair. The delimitation of the individual pairs is equivalent to 25 instantaneous values. This is especially one character length of Fig. 5 shifted. The other is also a particularly simple version of the Education Act, the aforementioned proposal ent- process possible in which the conversion of the speaks is through the comparison of simultaneous pre-control commands of the signal generator on the transmitter side in The individual figures clearly show the control commands for the signal on the receiver side. At the same time you can see that the control commands of the generator 30 by means of a storing element, z. B. A b b. 7 and 8 are capable of three values, these are a low-pass filter, a memory or a counter, So pulse sequences of so-called three-stage impulses are carried out with averaging of the pulses in pairs. The pulse trains of the characters given at the receiver end. In this form is applied Control commands, as given with Fig. 7 and 8, are not only transmitted by the method according to the invention, generate in the receiver-side signal generator 35 very advantageous in terms of generation, but means for Polygonal lines as shown in Fig. B. 3 and 4 show the systems for carrying out this method are. For comparison, there is again only insignificant additional effort in both figures compared to the Andas The original signal to be transmitted is also drawn in. were used to perform the well-known delta modulation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

6. The method according to claim 5, characterized in that the conversion of the control commands of the transmitter-side signal generator into the control commands for the receiver-side signal

1. Method for the transmission of continuous 5 generator by means of a storing element, borrowed signals with assignment of pulses z. B. a low pass, a memory or a

according to the type of so-called delta modulation, counter, takes place with a pair of mean values

after which the continuous signal is generated by adding the characters entered.

Polygon course or a staircase curve simulated
is and in the transmitter by comparing this nach- io

formed signal with the signal to be transmitted

Control signals are derived, which after transmission over the transmission path to the receiver Control signal generator, thereby

characterized that the set of values of the 15 Under the designation Delta modulation is a Control commands for the receiver-side signal transmission method has become known that according to generator an odd number of control commands type of characters, which in the modulation process the len includes, one of which is assigned the value zero to be transmitted signal to the represents, in the sense that it is to be expected that the pulse modulation system will be retained. Included The instantaneous value last reached after 20, the continuous signal to be transmitted is transmitted through formed signal causes. a replica in the form of a polygon is replaced.

2. The method according to claim 1, characterized in that Fig. 1 is used for explanation. there indicates that the stock of values is the control command for better illustration for the receiver-side signal generator carrying the original signal and the replica in the form includes three control commands, namely except for the 25 of a polygon drawn one above the other. The Po value Zero another one for ascending and one lygonzug consists of pieces of straight lines, the for falling instantaneous value of the simulated rise or fall. The slopes of the rising signal. descending parts and the slopes of the descending ones

3. The method according to claim 2, characterized thereby parts are each of the same amount. in the indicates that the signal generator at the transmitter end is a signal generator for generating rator with which replica of this replica is available. He can only either generate the signal to be transmitted for the purpose of deriving the rising or falling output signal. Control commands is compared to two commands, under periodic polling is the simulated one for each rising and falling eye signal compared with the original signal, and as soon as eye-catching value, responds and from these control commands, the deviation overflows a certain threshold of the signal generator on the transmitter side steps with one, the signal generator is optionally Range of values of two possible values switched to. These control commands for the transmitter certain rule the control commands for the signal generator on the side, the behavior on the receiver side Signal generator with a vote are at the same time the signals that are formed from the value set of three values. 40 transmission path. Since the tax

4. The method according to claim 3 with thereby only two commands of the transmitter-side signal generator are able to derive the values, the signals to be transmitted fall Control commands for the receiver-side signal in the form of two-stage pulses. The A b b. 5 shows generator from the control commands of the transmitter - the pulse oscillogram belonging to Fig. 1. in the side signal generator that the transmitter-side 45 receiver is also a signal generator available control commands in their temporal flow in pairs that using the transmitted signals are summarized and such as control commands generated the same signal simulation Character pair, if it consists of two different ones like the signal generator on the transmitter side. The polygon sign exists, the receiver-side control train in the A b b. 1 is also the output signal command to keep the existing eye 50 in the receiver of the transmission system. The overview values is assigned, while a match of the simulations of the transmitter-side pair of characters with two identical characters of and from the receiver-side signal generator is the receiver-side Control command for increasing or given by that the same control falling instantaneous value is assigned to both of them. commands act. There are also certain

5. The method according to claim 4, thereby recommending conversions of this original system indicates that the receiver-side has been controlled. So it can be B. offer certain advantages commands in the form of so-called single-digit pulses if the positive and negative slopes of the are generated, in which each individual pulse of the polygon are so different that although is capable of three ampoule values and for itself all positive slopes for itself and all negative ones represents a complete control command and the slopes have the same value for themselves, but two the zero control command that maintains the absolute values of the gradients of this processing there is a difference in the existing instantaneous value in the groups. For theoreceiver-side The signal generator has the effect of making entertaining considerations to simplify them speaking amplitude equal to or approximately also assumed that the polygon is equal to the mean of the other two possible 65 the special case of a staircase curve. As well as borrowed amplitude values is that the control command the basic behavior as well as for the Auflen These differences are for increasing or decreasing instantaneous values of the invention correspond. but irrelevant.