DE2319650A1

DE2319650A1 - Verfahren und anordnung zum umwandeln eines nachrichtensignals aus einem digitalen codeformat in ein anderes

Info

Publication number: DE2319650A1
Application number: DE2319650A
Authority: DE
Inventors: James Loton Flanagan
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2319650B2; NL7305371A; NL183115B; SE451522B; IT991561B; FR2180964B1; GB1388232A; NL183115C; US3772682A; JPS5639578B2; SE7512465L; FR2180964A1; AU5450573A; SE409633B; CA969279A; JPS4921056A; BE798328A; DE2319650C3

Description

Verfahren und Anordnung; zum Umwandeln eines Nachrichtensignals aus einem digitalen Codeformat in ein anderes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Umwandeln eines Nachrichtensignals aus einem digitalen Codeformat in ein anderes.

Die differentielle Pulscodemodulation (DPCM) ist eine Form der Nachrichtencodierung, bei der ein analoges Sprech- oder Video-Signal zur Bildung einer digitalen Impulsfolge periodisch abgetastet wird, und bei der die Differenz zwischen jeder impulsförmigen Abtastprobe und einer Vorhersage von ihr auf der Grundlage der letzten Abtastwerte für die Übertragung quantisiert und codiert wird. Durch die Verwendung einer Anzahl von quantisierter Stufen wird das analoge Eingangssignal treppenförmig angenähert. Differentielles Codieren, durch das die Redundanz des Nachrichtensignals entfernt wird, kann gegenüber dem konventionellen PCM-Codieren zu einer Bit-Einsparung von etwa zwei Bits je Abtastprobe führen.

309843/1096

Wenn der Quantisierer jedoch mit Stufen fester Größe versehen ist, wird er vom codierten Diiferenzsignal nicht immer effizient belegt. Idealerweise sollte jede Stufe mit gleicher Wahrscheinlichkeit belegt v/erden. Ferner kann ein Differenzierkodierer schnellen Veränderungen des Eingangssignals nur beschränkt folgen. Diese Einschränkung und der damit verbundene Codierungsf ahler wird auf eine zu große Steilheit zurückgeführt. Ein Codierer, der in dieser Form arbeitet, wird als stellheitslimitiert bezeichnet.

Eine zu große Steilheit wird dadurch einigermaßen vermieden, daß der Quanüsierer an die sich ändernden Signalparameter angepasst wird. Eine adaptive differentielle Pulscodemodu- . lationsanordnung (ADPCM) überwacht in ihrer einfachsten Form das digitale Ausgangssignal des Codierers und ändert durch Ansprechen auf Impulsfolgen, die die Größe der Differenzsignale anzeigen, die effektive Stufengröße des Qu, ntisierers. Wenn die Steigung z.B. zu groß ist, dann ist das Ausgangssignal des Codierers eine Folge von Impulsgruppen, . die anzeigen, daß ein maximales Increment benötigt wird. Wenn das Signal sehr klein ist, dann springt die ausgangsseitige Impulsfolge typischerweise zwischen den Pegeln der niedrigsten Quantisiererstufen. In beiden Fällen spricht eine logische Steuereinheit, die das Ausgangssignal überwacht, an und stellt die effektive Stufengröße des Quanti-

309843/1096

sierers ein. Das kann unmittelbar im Quantisierer oder durch Änderung der Bezurspegel des Quantisierers und Decodiorers geschehen. Auf dieser Weise bekämpft der ADPCM-Code das mit einer zu gro.ßen Steilheit verbundene Problem, wahrend er gleichzeitig die Vorteile der DPCM-Codierung beibehält. Folglich ist der übertragene Code effizienter, weil er zulässt, dai3 mehr Signalredundanz der übertragenen Daten entfernt wird. Er liefert für die selbe Bitfolgefrequenz ein Signal von höherer Qualität oder bringt umgekehrt bei einer geringeren Bitfolgefrequenz ein Signal von vorgegebener Qualität zustande.

Also sind verschiedene Formen der Nachrichtencodierung verfügbar, von denen jede gegenüber den anderen bestimmte Vor- und Nachteile hat. Manche Nachrichten werden besser in der einen und manche Nachrichten besser in der anderen Form codiert. Bei ausgedehnten Übertragungsanlagen ist es jedoch unbedingt erforderlich, digitale Anordnungen für verschiedene Code-Formate zwischenzuschalten. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, ein konventionelles PCM-Signal über einen ADPCM-Kanal zu übertragen, um eine ' vorteilhafte Bitfolgefrequenz zu erhalten. Oder es kann sein, daß allein ein DPCM-Kanal verfügbar ist. Vielleicht sind bei der Übertragung benachbarte Kanäle für mehrere verschiedene Code-Formate anzutreffen. Weil ein Kanal, der

309843/1096

für ein Code-Format bestimmt ist, keine in einem anderen Format codierte Nachricht anpassen kann, ist es notwendig, die Nachricht an jeder Zwischenschaltungsstelle von einem Format in das andere umzuwandeln.

Auch kann es wünschenswert sein, eine Bit-Folge-Frequenz in eine andere umzuwandeln, z.B. ein 3-Bit ADPCM-Format in ein 4-Bit DPCM-Format, ein 6-Bit PCM-Format in ein 3-Bit ADPCM-Format usw. Ferner ist es häufig nötig, inner-, halb einer einzelnen Anordnung ein Code-Format in ein anderes umzuwandeln, damit¹ ein Nachrichtensignal z.B. digital gefiltert werden kann. Die meisten Digitalfilter arbeiten im PCM-Format. Es ist deshalb nötig, das zu filternde. Nachrichtensignal in PCM umzuwandeln und dann wieder'in das ursprüngliche Übertragungsformat zurückzuverwandeln.

Bisher war für die Nachrichtensignal-Umwandlung aus einem Code-Format in ein anderes lokales Decodieren, d.h., Reduzieren in die Analogform eines Grundbandes, und dann ein Recodieren in das neue Format notwendig. Z.B. wird ein ADPCM-Signal in ein pulsamplituden-moduliertes (PAM) Signal decodiert, in einem Tiefpassfilter demoduliert, dann requantisiert und als ein DPCM-Nachrichtensignal codiert. Offensichtlich ist dafür eine komplizierte Codier- und Decodier-Anordnung nötig. Noch dazu begünstigt sie Codierungs-

309843/1096

fehler dos Signals und befrachtet es oft mit Quantisierungsgeräuschen und anderen Signaler Zerrungen.

Das vorerwähnte Problem der Umwandlung eines codierten Signals aus einem digitalen Format in ein anderes wird erfindungsgemäß ohne Signalverzerrung gelöst, indem die Umwandlung auf rein digitaler Basis ohne Decodieren ins Grundband durch logisches Prüfen des Nachrichtensignals, das in digitalen V/ortern eines ersten Formates codiert ist, erfolgt, um die Bedingungen zu bestimmen, die bei der Entfernung der Redundanz des Nachrichtensignals während seiner Codierung angewendet worden sind, indem die digitalen Wörter im ersten Format mit einem Maßstabfaktor digital multipliziert werden, der so gewählt ist, daß digitale Produkt-. Wörter gebildet werden, in denen die Redundanz des Nachrichtensignales neu verteilt ist, und in dem die digitalen Produktwörter zur Darstellung des Nachrichtensignals auf die für das zweite Codierungswort gewählte Bit-Zahl abgerundet werden.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine konventionelle Anordnung zum digitalen Codieren eines Analogsignals nach bekannten vorhersagenden Quantisierungsverfahren;

309843/1096

Fig. 2 eine typische Stufencharakteristik eines Ciuautisierers und die zur Kennzeichnung der verschiedenen Pegel des Quantisierers verwendet 3-Bit-Codierung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die ein digitales ADPCM-Signal sowohl in ein digital DPCM-als auch in ein digitales PCM-Signal umwandelt;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die ein digitales DPCM-Signal in ein digitales ADPCM-Signal umwandelt; und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die ein Signal in einem digitalen PCM-Format in ein Signal.in einem digitalen DPCM-Format umwandelt.

Erfindungsgemäß wird ein codiertes Nachrichtensignal ohne Decodieren ins Grundband auf rein digitaler Basis aus einem digitalen Code-Format in ein anderes umgewandelt. Der wesentliche Unterschied zv/ischen den verschiedenen vorhersagenden Code-Formen besteht mit wenigen Worten darin, wie weitgehend und auf welche Weise die Signalredundanz eines Nächrichtensignales entfernt wird. Deshalb wird eine "a priori "-Kenntnis der Art und des Ausmasses der Redundanz-Entfernung dazu verwendet, die redundante Information so weit wiederherzustellen und/oder neu zu verteilen, wie das zur Änderung des Code-Forrnates des Nächrichtensignales erforderlich ist.

309843/1096"

Zvjxi Beispiel dient die logische Cödierungseinheit einer adaptiven Codierungsanordnung zur Festlegung des erforderlichen EinstellungsTjereiches, um ein Nachrichtensignal und einen Quantisierer in Maßstab zu setzen. In der Regel prüft die logische Einheit d.en Bit-Strom am Codiererausgang und zeigt an, daß sich das Eingangssignal auf den höchsten oder niedrigsten Quantisierungspegeln befindet» Sie reagiert, indem sie das Signal in Maßstab setzt, um es dem Quantisierer anzupassen, oder indem sie die Stufengrößen des Quantisierers selbst verändert, um das Signal einzuordnen.

In der gleichen Weise wird bei der erfindungsgemäßen Umwandlung s anordnung eine logische Einheit verwendet, die einen ankommenden Bit-Strom zur Identifizierung einer Signalfolge überprüft und anzeigt, daß bei der Signalcodierung ein Maßstabfaktor gebildet wurde. Danach stellt die logische Einheit unter Berücksichtigung dieses Maßstabfaktors einen weiteren Maßstabsfaktor auf, der zur Umwandlung des Signals in ein neues Format geeignet ist. Das Format wird durch digitales Multiplizieren jedes Code-Wortes mit dem geforderten Maßstabfaktor und durch Abrunden des Produktwortes auf die für das neue Format erforderliche Bit-Zahl umgewandelt. Ausrangierte niedrigstwertige Bits werden akkumuliert und in das neue Wort überführt, um die Umwandlung genauer zu machen.

309843/1096

Neben der Umwandlung aus einem digitalen Format in das andere kann die in einem vorgegebenen Code-Format verwendete Wortlänge geändert v/erden, und zwar mit oder ohne einer Änderung des Code-Formates. So kann z.B. ein 4-Bit DPCM-Signal als 3-Bit Signal in einem ADPCM-Format oder als ein 6-Bit-Signal in einem PCM-Format wiederbestimmt werden.

Weil sich die Formatumwandlung, um x^irksam durchgeführt werden zu können, auf eine· "a prior !"-Kenntnis der Art und Weise abstützt, wie die Redundanz eines Nachrichtensignals während des Codierens geändert wurde, dient es deshalb ebenso dem Verständnis der Erfindung, zu erörtern, wie digitales vorhersagendes Codieren ausgeführt wird.

Differentielles PCM ist eine spezielle Form des vorhersagenden Quantisierens und dient dazu, die Differenz zwischen einer Abtastprobe eines Analogsignales und einer linearen Vorhersage von ihm zu quantisieren. Das Differenzsignal, das manchmal auch der Voraussagefehler genannt wird, erfordert für die Übertragung typischerweise weniger Bits als' der quantisierte Wert der ursprünglichen e'ingangsseitigen Abtastprobe. Ferner wurde gezeigt, daß das Rauschen in dem ermittelten Signal aufgrund der Vorhersage im Quantisierer dasselbe ' ist wie das Quantisierungsrauschen im Fehlersignal. Das

309843/1096

Quantisierungsrauschen akkumuliert sich deshalb nicht mit sukzesiven sendeseitigen Schätzwerten des Eingangssignals.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Codieren analoger Nachrichtensignale entweder in einem DPCM- oder einem ADPCM-Format. Ein Nachrichtensignal wird in der Einheit 11 mit einer ausgewählten Geschwindigkeit abgetastet, die von einem Taktgeber o.dgl. gesteuert wird, und die Abtastproben werden im Subtraktionsnetzwerk 12 mit der Amplitude der Abtastprobenvorhersage verglichen. Die Differenz oder, das Vorhersage-Fehlersignal gelangt zum Quantisierer 13 mit typischweise festen Quantisierungsstufen, um Signalabtastproben bei ausgewählten Quantisierungspegeln zu nehmen. Die quantisierten Signale werden an die lineare Vorhersageeinheit 15, die im allgemeinen ein Integrator ist, und dazu dient, das Ausgangssignal des Quantisierers treppenförmig zu halten, gelqgt. Der Integrator liefert ein aus den letzten Abtastprobenwerten akkumuliertes Signal und schon deshalb eine angemessen genaue Abschätzung des Wertes eines ankommenden Signals an das Subtraktionsnetzwerk 12.

Die -quantisierten Signale werden ferner an den Codierer 16 gelegt, in dem ein geeignter Impulsfolge-Code aufgestellt wird, um die Impulsfolgewerte zu identifizieren. Der Codierer

309843/1096

16 kanri beispielsweise digitale 3~Bit-W.örter in,einem konventionellen PCM-Format liefern. Danach werden die codierten Signale über den Kanal 17 digital zu einer Empfängeranordnung übertragen, wo ankommende Signale in der Einheit decodiert und an die lineare Vorhersageeinheit 19 weitergegeben werden. Die Vorhersageeinheit 19 entspricht in jeder Hinsicht der sendeseitigen Vorhersageeinheit 15 und ist wie diese typischerweise als Integrationsnetzwerk ausgeführt. Ankommende Abtastproben werden, in der Vorhersageeinheit 19 akkumuliert, im Filter 20 geglättet und als Abbildung des eingangsseitigen Nachrichtensignals an eine ausgangsseitigen Schaltung geführt. Weil die Anordnung differenzierend wirkt, werden weniger Bits zur Spezifizierung des angelegten Nachrichtensignals als ohne vorhersagende Quantisierung benötigt.

Eine adaptive DPCM-Anordnung arbeitet irn wesentlichen mit den selben Elementen, bewirkt aber die Einstellung der effektiven Quantisierungscharakteristik, um das örtliche Differenzsignal ungeachtet großer Maßstabveränderungen zu erfassen. Bei ADPCM-Betrieb wird der ausgangsseitige Bit-Strom des Codierers 16 in der logischen Einheit 22 überwacht, um diejenigen Code-Wörter zu bestimmen, die die höchste oder' niedrigste Pegelbelegung des Quantisierers anzeigen. Wenn die höchsten Pegel für ein ausgewähltes

3 09843/1096

Intervall mit einer zu großen Steilheit belegt werden, bewirkt die logische Einheit ein Expandieren des Quantisierers, d.h., eine Änderung der angenäherten Stufengrößen, um das Signal mit hoher Amplitude anzupassen. Wenn Code-Wörter vom Codierer 16 anzeigen, daß der niedrigste Pegel des Quantisierers für ein spezifiziertes Intervall mit einem niedrigen Pegel belegt ist, bewirkt die logische Einheit eine Kompression des Quantisierers, um granuläre Verzerrungen (granular distortion) zu verringern. Eine derartige Anpassung durch Kompression oder Expandierung, die im allgemeinen als Kompandierung bezeichnet wird, kann, entweder mit Silbengeschwindigkeit (langfristig) oder jeweils im Augenblick (kurzfristig) ausgeführt v/erden. Die Kompandierung wird gewöhnlich durch ein multiplikatives Verändern der Bezugspegel des sendeseitigen Quantisierers 13 und des empfängerseitigen Decodierers 18 erreicht. Folglich sind adaptive Anordnungen durch eine selektive Änderung der Stufengröße auf Änderungen der Amplitude des anlegten Signales hin gekennzeichnet.

In einer ADPCM-Anordnung werden Signale, die zum Empfänger laufen, sowohl an den empfangsseitigen Decodierer 18 als auch an die empfangsseitige logische Einheit 23 geführt. Die logische Einheit 23 ist im wesentlichen mit der senderseitigen logischen Einheit 22 identisch, hat wie diese Zugriff

309843/1096

zu dem selben Bit-Strom und trifft wie diese die selben Entscheidungen. Vorteilhafterweise erzeugt die logische Einheit 23 ein Signal (ein Multiplikationssignal), das den Bezugsspannungsbereich des Decodierers 18 bei der Umwandlung ankommender digitaler Signale in ein analoges Signal festlegt. Wenn also ankommende digitale Signale die Belegung des höchsten Quantisiererpegels anzeigeri, ,stellt die logische Einheit 22 ganz entsprechend den Bereich des Quantisierers 13 ein. Die logische Einheit 23 wirkt ebenfalls in dieser Weise auf den Decodierer 18, damit eine größere Spannung als analoges Gegenbild dieses digitalen Signals festgelegt wird. Wenn das ankömmende digitale Signal die Belegung der niedrigsten Quantisiererstufe anzeigt, dann reduziert der an den Decodierer 18 angelegte Maßstabfaktor der logischen Einheit ganz ähnlich die Größe des diesem digitalen Wort zugewiesenen analogen Signals.

Im allgemeinen kann der Maßstabfaktor der logischen Einheit jeder beliebigen Regelvielzahl zwischen einer augenblicksweisen und silbenweisen Anpassung mit einem großen Speicher

■folgen. Die Fig. 2 zeigt eine typische Quantisierungstreppe mit ihrem 3-Bit-Stufen-Code, die in einer ADPCM-Sprechcodierungsanordnung verwendet wird. Wenn das binäre Code-Wort 111 oder 000 ist, also ein Signal große Amplitude anzeigt, dann wird ein Multiplikationsfaktor, der

309843/1-096-

größer als 1 ist, zum Expandieren der effektiven Signalgröße des Quantisierers gebraucht. Wenn das Code-Wort 100 oder 011 ist, wird ein Multiplikationsfaktor, der etwas kleiner als 1 ist, zur Reduzierung der Signalsgröße des Quantisierers gebraucht. Ein logischer Algorithmus, der für zwei verschiedene Abtastfrequenzen geeignet ist, wird nachstehend in Tabelle. 1 aufgeführt.

Tabelle I Wort am Codier ausgang Multipliziereinhe.it am Ausgang

der logischen Einheit

8KHz-Abtastung 6 KHz-Abtastung

111 oder 000 1,750 - 1,625

110 oder 001 1,250 1,250

010,011,100,101 0,875 0,800

Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Umwandeln eines ADPCM-Bit-Stroms, der wie in der in Fig. 1 dargestellten Anord- · nung vorbereitet wird, in einem DPCM-Bit-Strom. Eine solche Arbeitsweise kann in einer ÜbertragungsanOrdnung erforderlich sein, wenn beispielsweise für digitales Filtern, für die Betätigung eines Rechners oder dergleichen ein interface mit einer anderen Anordnung oder innerhalb einer Anordnung erfolgt. Als Beispiel wird eine Anordnung mit einem eingangsseitigen 3-Bit ADPCM-Wort erläutert. Ankommende

309843/1096

Ϋ/örter v/erden zu der logischen Einheit 30 geführt, die sie überprüft"und einen geeigneten binären Multiplikationsfaktor bildet, um den Maßstabsfaktor des angelegten Signales zu expandieren oder komprimieren. Die logische Einheit 30 ist mit der zur' Vorbereitung des ADPCM-Bit-Stromes verwendeten logischen Einheit 22 identisch und bildet Multiplikationsfaktoren, die mit den von der logischen Einheit gebildeten Multiplikationsfaktoren übereinstimmen. Sie v/erden hier benutzt, um das ankommende Signal in Maßstab zu setzen. Der digitale Multiplizierer 31 beliebiger Bauweise spricht auf zwei η-Bit Signale (z.B. η = 3) an und erzeugt ein ausgangsseitiges 2n-Bit Signal (6-Bit beim vorliegenden Beispiel). Digitale Multiplizierer sind wohl bekannt und werden häufig verwendet. Durch Entfernen des beim Quantisieren des ADPCM-Nachrichtensignales verwendeten Expansionsund Kompressions-Faktors ist das Ausgangssignals des Multiplizierers 31 ein DPCM-codiertes Signal. Im vorliegenden Beispiel ist es in 6-Bit-Wörtern ausgedrückt. Das 6-Bit Produktsignal wird im Produktregister 32 gespeichert.

Es kann jedoch sein, daß im DPCM-Format arbeitende Verbindungsschaltungen "(corrarting circuits) keine 6-Bit-Wörter verarbeiten können. Es passt besser, wenn die Bit-Zahl nur um 1 oder 2 größer als beim ADPCM-Format ist, z.B. 4-Bit

309843/1096

beträgt. Das Produktregister 32 ist dafür eingerichtet,.Produkt signale in einer ihrer Bit-Wertigkeit gemäßen Anordnung zu speichern. Ein 4-Bit-Signal wird deshalb durch Abrunden des Registers, d.h., durch Auslesen nur der vier höchstwertigen Bits des 6-Bit-Produktes erzeugt. Wenn das Ausgangssignal des Registers 32 ein 5-Bit-Signal sein soll, werden die 5 höchstwertigen Bits (MSB) ausgelesen.

Obwohl das Abrunden dazu dient, ein scharfes Abbild des gewünschten Signals in dem neuen Format zu bilden, ist es offensichtlich, daß Abrundungsfehler entstehen können. Folglich werden die niedrigstwertigen Bits (LSB), anstatt verworfen zu werden, zum Akkumulator 33 und nach einer Zwischenspeicherung wieder zurück in den Ausgangsbitstrom geführt.

Der Akkumulator 33 dient dazu, jeden digitalen Code-Wert festzuhalten, z.B. in der Verzögerungεeinheit 34 (delay 34) und addiert es digital zu dem nächstfolgenden digitalen Code-Wort in Addierer 35· Jedes Mal, wenn die akkumulierte Summe 1 ist, wird ein digitaler Code-Wert ausgelesen, wobei irgendein Bruchteil zum weiteren Akkumulieren zurückbleibt. Digital arbeitenden Akkumulatoren, sind bekannt und werden in der Regel für digitale Zwischenspeicherungen verwendet .

309843/1096

Das abgerundete Ausgangssignal des Registers 32 wird auf diese Weise zusammen mit irgendwelchen Zwischenspeicherungs-Signalen aus dem Akkumulator 33 an den Addierer 36 gelegt. Das aufsummierte digitale Ausgangssignal ist das gewünschte DPCM-Signal.

Wenn das gewünschte -Ausgangssignal ein konventionelles PCM-Signal ist, wird das DPCM-Signal vom Addierer 36 zum Akkumulator 37 geführt. Der Akkumulator 37 dient als digitaler Decodierer, der mit dem in Fig. 1 dargestellten empfängerseitigen Decodierer 18 vergleichbar ist. Sein digitales Ausgangssignal ist ein konventionelles PCM-Signal, und seine Wortlänge wird wie beim DPCM-Signal durch den Umfang des Abrundens des in Maßstab ges&tzten Eingangssignales und durch die Addiergenauigkeit des Akkumulators bestimmt.

Neben den. Umwandlungen von ADPCM in DPCM sind oft auch Umwandlungen in umgekehrter Richtung erforderlich. Letztere sind etwas schwieriger auszuführen, weil beim Codieren Redundanz entfernt statt eingebaut werden muß, d.h., es ist adaptives Codieren notwendig. Erfindungsgemäß wird jedoch zusätzlich auf vollkommen digitaler Grundlage codiert und die Bit-Stromgröße selektiv eingestellt, um das gewünschte ADPCM-Format anzupassen.

309843/1096

Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur digitalen Umwandlung von DCPM in ADPCM. Ein ankommendes digitales DPCM-Signal in beispielsweise einem 4-Bit Code-Format wird mit Hilfe ' eines Akkumulators 41 in PCM umgewandelt. Das entspricht dem bereits vorher im Zusammenhang mit dem Akkumulator 37, der in Fig. 3 dargestellt ist, beschriebenen Ablauf. Der Akkumulator 41 verfügt über ein Additionsregister, und deshalb kann sein Ausgangssignal auf jede gexnmschte Genauigkeit abgerundet werden, beispielsweise auf eine Genauigkeit von 6 Bit. Das ausgangsseitige PCM-Signal wird im digitalen Subtrahierer 42 mit einem örtlichen Digitalwort-Schätzwert verglichen und ein digitales Differenzsignal erzeugt. Der örtliche Schätzwert muß notwendigerweise Art und Umfang der für das ADPCM-Format gewünschten Kompandierung wiedergeben. Weil das Codieren auf digitaler Grundlage erfolgt und die digital sich abwickelnde Multiplikation die Bit-Strom-Größe ändert, sind erfindungsgemäß Register für die akkumulierten Signale vorgesehen, und werden die Signale abgerundet, um die gewünschte Bit-Strom-Größe zu erzeugen. In dem Beispiel wird ein 6-Bit-Signal vom Akkumulator 41 an den Subtrahierer 42 angelegt, ein örtlicher 6-Bit Signal-Schätzwert aus dem akkumulierten Signal herausgezogen und ein 6-Bit Differenzsignal an das Register 43 angelegt. Wenn das ausgangsseitige ADPCM-Signal beispielsweise als 3-Bit-Signal ausgedrückt

309843/1096

werden soll, rundet das Register 43 das gespeicherte Signal ab und liefert dem Addierer 44 eine Folge von 3-Bit-Signalen. Um das Ausgangssignal genauer zu machen, wird eine Zwischenspeicherung' der niedrigstwertigen Bits im Akkumulator 45 vorgenommen, in diesem Falle der ausrangierten drei niedrigstwertigen Bits, bis eine Bitwertigkeit akkumuliert ist, und dann wird das im Addierer 44 gespeicherte Signal inkrementiert. Das Ausgangssignal des Addierers 44 stellt das ADPCM-Signal in Form eines digitalen 3-Bit-Wortes dar.

Der örtliche Schätzwert des ankommenden PCM-Signals wird wie beim vorhersagenden Codieren durch Integration einer verarbeiteten (processed) Version des Ausgangssignals gebildet. Um die für ADPCM verlangte adaptive Signalcharakteristik. zu erhalten, wird das Ausgangssignal durch Änderung seines Maßstabfaktors beispielsweise in Multiplizierer 47 eingestellt. Der Multiplikationsfaktor wird durch die logische Einheit 46 gebildet, die den Ausgangs-Bit-Strom beispielsweise mit Hilfe eines bereits vorher beschriebenen und in Tabelle I dargestellten Algorithmus auf Quantisiererbelegungscharakteristiken überprüft.

Das in Maßstab gesetzte Signal wird dann an das Produktregister 48 angelegt. Wenn die logische Einheit 46 ein

30384371096

3-Bit Multiplikatxoiissignal liefert und der ausgangsseitige Bit-Strom des Addierers 44 ein 3-Bit-Signal ist, dann bildet der Multiplizierer 47 ein 6-Bit-Signal. Das Register

48 muß deshalb mindestens 6 Bit aufnehmen können. Wenn der örtliche Signalschätzwert mit einer Genauigkeit gebildet werden soll, die kleiner als 6 Bit ist, können die digitalen Wörter im Register 48 in der oben beschriebenen Form abgerundet werden. Das in Maßstab gesetzte und in Register 48 gespeicherte Signal gelangt danach zum Akkumulator 49, der wie eine Vorhersageeinheit wirkt und für eine 6-Bit Genauigkeit ausgelegt ist. Das Ausgangssignal des Akkumulators

49 stellt einen örtlichen Schätzwert des eingangsseitigen PCM-Signals dar und wird im Subtrahierer 42 vom ankommenden PCM-Bit-Strom abgezogen.

Weil das DPCM-Signal durch eine Vorhersageeinheit gebildet wird, die den Teil von jeder Abtastprobe eines PCM-Signals entfernt, der auf der Grundlage einer früheren Signaldarstellung vorhergesagt werden kann, ist es nur nötig, eine ankommende PCM-Abtastprobe durch ein vorhersagbares Inkrement zu reduzieren, um sie in eine DPCM-Abtastprobe umzuwandeln. Die PCM-Abtastproben in Fig.·5 werden deshalb zum Differenznetzwerk 50 geführt, das beliebig ausgelegt sein ' kann. Typischerweise besitzt es einen Subtrahierer 51 und eine Verzögerungseinheit 52 für eine Abtastprobe. Jede an-

309843/1096

kommende Abtastprobe wird im Subtrahierer 51 um den Abtastwert der unmittelbar vorausgehenden Abtastprobe reduziert. Diese Differenz bildet ein DPCM-Signal, und es werden gleich lange DPCM-Wörter gebildet, wenn der Subtrahier er eine Genauigkeit gleich der in dem eingangsseitigen PCM-Signal
auftretenden Bit-^ahl aufrechterhält.. Alternativ dazu kann, was auch besser ausführbar ist, die Länge 'des DPCM-Wortes durch Abrunden im Subtrahierer 51 reduziert v/erden.

309843/1096

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Umwandeln eines NacHrichtensignales aus einem digitalen Code-Format in ein anderes, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung auf rein digitaler Basis ohne Decodieren ins Grundband (in 30) durch logisches Prüfen des Nachrichtensignals, das in digitalen Wörtern eines ersten Formates (ADPCM) codiert ist, erfolgt, um die Bedingungen zu bestimmen, die bei der Entfernung der Redundanz des Nachrichtensignales \rährend seiner Codierung angewendet worden sind, daß die digitalen Wörter im ersten Format mit einem Maßstabfaktor digital (in 31) multipliziert werden, der so gewählt ist, daß digitale Produktwörter gebildet werden, in denen die Redundanz des Nachrichtensignals neu verteilt ist, und daß die digitalen Produktwörter zur Darstellung des Nachrichtensignals auf die für das zweite Codierungswort gewählte Bit-Zahl (in 32) abgerundet werden.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach

■ Anspruch 1, mit einer digitalen Anlage zum Umwandeln eines in ADPCH dargestellten digitalen Nachrichtensignals in ein digitales Signal in DPCM,

309843/1096

gekennzeichnet durch ein logisches Netzwerk (30), das auf die Kompandierungscharakteristik eines angelegten ADPCM-Signals anspricht, um einen digitalen Maßstabfaktor zu erzeugen, der die beim Vorhersage-Codieren eines Signals verwendete effektive Quantisierungscharakteristik darstellt, ein Multiplizierer-Netzwerk (31) zum digitalen Multiplizieren jedes ADPCM-Signalwortes mit dem Maßstabfaktor, um ein digitales Produktwort zu bilden, ein Produktregister (32) zum Auswählen einer vorgegebenen Anzahl der höchstwertigen Bits Jedes digitalen Produktwortes, ein Akkumulatornetzwerk (33) zum Wiedergewinnen der niedrigstwertigen Bits, aufeinanderfolgender Produktworte, bis eine Bitwertigkeit akkumuliert ist, und ein Addierernetzwerk (36) zum Addieren von akkumulierten Bits zu den gewählten digitalen Produktwörtern, um ein berichtigtes Produktwort als DPCM-Darstellung des angelegten Signals zu bilden.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die DPCM-Darstellung des angelegten Signals Wort für Wort (in 37) akkunuLiert wird, um eine PCM-Darstellung des angelegten Signales zu bilden.

309843/1096
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer digitalen Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines in DPCM dargestellten digitalen Nachrichtensignales in ein digitales Signal in ADPCM, gekennzeichnet durch ein Akkumulatornetzwerk (41) zum digitalen Akkumulieren aufeinanderfolgender Wörter im DPCM-Code, um die früher beim Codieren entfernte Redundanz wieder herzustellen, einen Akkumulator (49) zum Erzeugen eines digitalen Signales, das die wieder hergestellten Code-Wörter auf der Grundlage einer zugeordneten Kompandierungscharakteristik vorhersagt, und ein Netzwerk (43) zum Registrieren

einer digitalen Differenz zwischen dem wieder hergestellten und dem vorhergesagten Signal und zum selektiven Abrunden des Differenzsignals, um ein digitales ADPCM-Signal mit einem vorgegebenen digitalen Format zu · bilden.
5. Verfahren zum Umwandeln eines Nachrichtensignales aus ^% einem PCM-Format in ein anderes,

gekennzeichnet durch Reduzieren eines ankommenden, in PCM-Code dargestellten Signals um ein vorhersagbares Inkrement, um das.Signal in ein im DPCM-Code dargestelltes Signal umzuwandeln.

309843/1096