SE406139B

SE406139B - DEVICE FOR CONVERSION OF A DIFFERENT SAMPLED SIGNAL WITH SHORT-TERM SPECTRUM TO A UNIFORM SAMPLED SIGNAL

Info

Publication number: SE406139B
Application number: SE7801614A
Authority: SE
Inventors: Sok
Original assignee: Fjellbrant Tore
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1979-01-22
Also published as: SE7801614L

Description

i__7sn1e14-4 hjälp av diskret Fourier transformering. Med denna delas det totala frekvensbandet 0-l/2T Hz, där T är sampelavståndet, i lika många fack som halva antalet sampel som transformeringen omfattar. För en rent brusmässig signal är varje nytt sampel oberoende av tidigare sampel, vilket medför att frekvenser av lika betydenhet kan finnas samtidigt i alla fack inom frekvens- bandet 0-l/2T och variera i amplitud för varje tidsförskjutning med ett sampelavstånd. Så är ej fallet för korttidsstationära signaler såsom talsignaler, vilket gör, att i medeltal färre sampel per tidsenhet vid olikformig sampling behövs för överfö- ring av en korttidsstationär signal med samma bandbredd som en brussignal. Antag t.ex. att en samplad talsignal överföres pâså såünatt en grupp av åtta på varandra följande sampel efterföljs av en lucka representerande åtta utelämnade sampel. Av de åtta samplen i första gruppen bildas genom diskret Fourier tran- formering frekvensinnehållet i de fyra fack som går att under- söka med åtta givna sampel. Det går att finna sådana koeffi- cienter med vars hjälp man kan extrapolera fram utelämnade sampel korrekt för signaler med frekvenser inom högst tvâ av de fyra fack som framkommer vid diskret Fourier transformering av åtta kända sampel. Genom transformeringen framkommer i vilka två fack de största signalamplituderna finns, och sedan applice- ras motsvarande viktkoefficienter för korrekt extrapolering av signaler med frekvenser inom dessa två fack. Med fyra fack finns det sex möjliga kombinationer , och viktkoefficienterna för dessa sex kombinationer bestäms i förväg och lagras i ett koefficientminne. Koefficienterna multipliceras i tur och ord- ning med var sin av de åtta samplen och summan ger amplituden på närmast efterföljande utelämnade sampel. Genom upprepad procedur fyra gånger kan de närmast följande fyra utelämnade _samplen extrapoleras , medan de därnäst följande utelämnade fyra samplen på motsvarande sätt kan succesivt extrapoleras åt andra hållet från nästa grupp av åtta kända sampel. alter- nativt kan alla åtta samplen extrapoleras åt ett håll med utgångspunkt från samma grupp av åtta givna sampel. i__7sn1e14-4 using discrete Fourier transform. With this, the total frequency band 0-1 / 2T Hz, where T is the sample distance, is divided into as many compartments as half the number of samples that the transformation comprises. For a purely noisy signal, each new sample is independent of previous samples, which means that frequencies of equal importance can be present simultaneously in all compartments within the frequency band 0-1 / 2T and vary in amplitude for each time shift with a sample distance. This is not the case for short-term stationary signals such as speech signals, which means that on average fewer samples per unit of time in the case of non-uniform sampling are needed for the transmission of a short-term stationary signal with the same bandwidth as a noise signal. Suppose e.g. that a sampled speech signal is transmitted so that a group of eight consecutive samples is followed by a slot representing eight omitted samples. Of the eight samples in the first group, the frequency content of the four compartments that can be examined with eight given samples is formed by discrete Fourier transformation. It is possible to find such coefficients with the help of which it is possible to extrapolate omitted samples correctly for signals with frequencies within a maximum of two of the four batches that emerge during discrete Fourier transformation of eight known samples. The transformation reveals in which two compartments the largest signal amplitudes are located, and then the corresponding weight coefficients are applied for correct extrapolation of signals with frequencies within these two compartments. With four compartments, there are six possible combinations, and the weight coefficients for these six combinations are determined in advance and stored in a coefficient memory. The coefficients are multiplied in turn by each of the eight samples and the sum gives the amplitude of the next subsequent omitted samples. By repeated procedure four times, the next four omitted samples can be extrapolated, while the next omitted four samples can be correspondingly successively extrapolated in the other direction from the next group of eight known samples. alternatively, all eight samples can be extrapolated in one direction based on the same group of eight given samples.

Kännetecknen för anordningar utformade enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav. Uppfinningen skall närmare '7so161#-4 beskrivas i anslutning till bifogade ritning, där Fig.l visar en anordning med extrapolering av utelämnade sampel i en och samma riktning från en grupp av åtta sampel, medan Fig.2 visar en anordning med extrapolering av utelämnade sampel i olika riktningar från två grupper av sampel samtidigt.The features of devices designed according to the invention appear from the appended claims. The invention will be described in more detail in connection with the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a device with extrapolation of omitted samples in one and the same direction from a group of eight samples, while Fig. 2 shows a device with extrapolation of omitted samples samples in different directions from two groups of samples simultaneously.

Anordningen enligt Fig.l omfattar en fördröjnings- kedja Fl-F8 med åtta stycken seriekopplade fördröjningselement Fl,F2....F8, en multiplikationsenhet M1 med åtta stycken multi- plikationskretsar1K_4(k),°(_3(k)....CK_l(k)f °Xl(k)..... °i(k) anslutna pâ ingångssidan till anslutningspunkter i fördröjnings- kedjan och på utgångssidan till en gemensam summeringskrets Sl, samt en frekvensanalysator FAl ansluten på ingångssidan till samma åtta anslutningspunkter i fördröjningskedjan Fl-F8 som multiplikationsenheten Ml och på utgângssidan till fyra anslut- ningar på en logikenhet L0l anordnad att jämföra fyra signaler från frekvensanalysatorn FAl med avseende på amplitud och att avge en styrsignal Ist till multiplikationskretsarnaCX_4(k)...°g(k) i beroende av resultatet av den gjorda jämförelsen och därigenom aktivera en av 6 multiplikationskoefficientuppsättningar lagrade i var och en av multiplikationskretsarna o(_4(k) . . . . ..0<4(k) .The device according to Fig. 1 comprises a delay chain F1-F8 with eight series-connected delay elements F1, F2 .... F8, a multiplication unit M1 with eight multiplication circuits1K_4 (k), ° (_3 (k) .... CK_1 (k) f ° X1 (k) ..... ° i (k) connected on the input side to connection points in the delay chain and on the output side to a common summing circuit S1, and a frequency analyzer FA1 connected on the input side to the same eight connection points in the delay chain F1-F8 as the multiplication unit M1 and on the output side of four connections on a logic unit L01 arranged to compare four signals from the frequency analyzer FA1 with respect to amplitude and to output a control signal Ist to the multiplication circuits CX_4 (k) ... ° g (k) depending on the result of the comparison made, thereby activating one of 6 multiplication coefficient sets stored in each of the multiplication circuits o (_4 (k).... .. 0 <4 (k).

Koefficienterna är så anpassade, att överföringsfunktionen hos uppsättningen m.a.p. extrapolerade sampel är reell och nära l inom frekvensområdet för motsvarande två fack.(För talsignaler gäller att första facketej behöver börja vid 0 Hz eftersom vid telefoni området 0-300 Hz saknar intresse. På samma sätt finns för sista facket ett omrâde nära l/2T Hz inom vilket signal ej överföres.)Fördröjningskedjans in- och utgångsklämmor är dessutom anordningens in- och utgângsklämmor I resp. U. Frekvensanalysatorn FAl är ânørdnad att genomfönæ-de fyra matematiska.operationernaz Z _ | Z uffëfkwíﬂkl-qﬂ-åäﬂ] 'f '~““ ﬁﬂkf-<=-=)~-'f-*-§}l _ 2 “f _ '- vf àwßíﬁﬂ~qflå~ëll *f *<“'“{T'ïï““"°'*ßf¶ 1. _ u 2 “i êlk°°iíflk+ßßïšgf á ëk“*"{üf“"°f)'š'% 1 _14 2. + ïäkfí" {%2;(|k|'°.f)'š'%! JL” U 51:” gk°°*{(“°|'4ï)'å°%¶ 78Û1614-h där yl-y4 anger signalstyrkan i fyra olika frekvensfack i frekvensområdet 0-l/2T Hz och där xk med -4 s k S4 är de åtta signalerna från fördröjningskedjan Fl-F8 vilka multipli- ceras med koefficienterna givna av formlerna ovan och yl-y4 är de fyra signalerna till logikenheten LOl. Summeringskretsens Sl utgång är över en kontakt K anslutbar till fördröjningskedjans Fl-F8 ena ände (ingången) vid tidpunkter när sampel saknas i den olikformigt samplade signalen.The coefficients are so adapted that the transfer function of the set m.a.p. extrapolated samples are real and close to l within the frequency range for the corresponding two slots. (For speech signals, the first slot needs to start at 0 Hz because in telephony the range 0-300 Hz is uninteresting. Similarly, for the last slot there is an area close to l / 2T Hz within which signal is not transmitted.) The input and output terminals of the delay chain are also the input and output terminals of the device I resp. U. The frequency analyzer FA1 is equipped to perform the four mathematical operations Z _ | Z uffëfkwí ﬂ kl-q ﬂ- åä ﬂ] 'f' ~ ““ ﬁﬂ kf - <= - =) ~ -'f - * - §} l _ 2 “f _ '- vf àwßí ﬁﬂ ~ qflå ~ ëll * f * <“' “ {T'ïï ““ "" '' ßf¶ 1. _ u 2 “i êlk °° iíflk + ßßïšgf á ëk“ * "{üf“ "° f) 'š'% 1 _14 2. + ïäkfí" {% 2; (| k | '° .f)' š '%! JL ”U 51:” gk °° * {(“° | '4ï)' å °% ¶ 78Û1614-h where yl-y4 indicates the signal strength in four different frequency bins in the frequency range 0-l / 2T Hz and where xk with -4 so-called S4 are the eight signals from the delay chain F1-F8 which are multiplied by the coefficients given by the formulas above and y1-y4 are the four signals to the logic unit LO1. The output of the summing circuit S1 is connectable via a contact K to one end (input) of the delay chain F1-F8 at times when samples are missing in the non-uniformly sampled signal.

I det allmänna fallet med Nst fördörjningselement resp. multipli- kationskretsar blir systemet med de matematiska operationerna: G w/e. g _ n. N12- _ _ '- B;=[š:;:=ßf(\wfaf)(1-fzf)-%”} »fíšífßﬁåílkl-fafkß-Qfl-É-"Q dârkyeo aa. Is Lfå- 4sff~1jå~mf~=h z -1 hä' ' - zïf 1 1% - ' 1" ___, X ca; Icy..- -L- Z XknnÜç-'b-qf ”i f ”š '“ I - u-ce då' 'fPfT **'"'*°'°[“ (em 40 um . _ 7 H . _ I _ rëåﬁ Ågﬂ mmm Man kan emellertid ha fler eller färre uppsättningar an vad detta øch antalet multiplikationskoefficientuppsättninga uttryck anger beroende på logikenhetens LOl utformning.Så kan man t.ex. dessutom ha koefficientuppsättningar för korrekt extrapolation av signaler med frekvenser i endast ett frekvens- fack. Beträffande valet av N torde detta antal böra ligga inom intervallet 6-16. Vid ett N-värde mindre än 6 fås för dålig Ifrekvensupplösning, och vid ett N-värde större än 16 blir det väl många pulser att beräkna i följd i luckorna mellan grupper av sampel.In the general case with Nst digestion element resp. multiplication circuits become the system of the mathematical operations: G w / e. g _ n. N12- _ _ '- B; = [š:;: = ßf (\ wfaf) (1-fzf) -% ”}» fíšífß ﬁ åílkl-fafkß-Qfl-É- "Q dârkyeo aa. Is Lfå- 4sff ~ 1jå ~ mf ~ = hz -1 hä '' - zïf 1 1% - '1 "___, X ca; Icy ..- -L- Z XknnÜç-'b-qf ”if” š '“I - u-ce då' 'fPfT **'" '* °' ° [“(em 40 um. _ 7 H. _ However, you can have more or fewer sets of what this and the number of multiplication coefficient sets of expressions indicate depending on the design of the logic unit LO1. For example, you can also have coefficient sets for correct extrapolation of signals with frequencies in only one frequency compartment With regard to the choice of N, this number should be in the range 6 to 16. At an N value less than 6, a poor Ifrequency resolution is obtained, and at an N value greater than 16, there will be many pulses to calculate in succession in the gaps between groups of samples.

Anordningen enligt Fig.2 omfattar förutom enheterna Fl-F8, FAl,LOl,Ml och K enligt Figll dessutom en fördröjningskedja F21 - F2l5, en multiplikationsenhet M2, en frekvensanalysator FA2 och en logikenhet LO2. Dessa senare enheter utgöra tillsammans A en omvandlingsanordning av i princip samma slag som anordningen enligt Fig.l. Fördröjnigskedjan F21-F2l5 omfattar femton för- dröjningselement och har sin utgång ansluten till fördröjnings- kedjans Fl-F8 ingång. En omkopplingskrets O är anordnad att skifta anslutningarna mellan fördröjningskedjan F21-F2l5 och frekvens- analvsatorn FA2 resp. multiplikationsenheten M2 två steg (två 7801614-4 sampelpositioner) mot fördröjningskedjornas gemensamma anslut- ningspunkt för varje sampel inom en grupp av sampel som tidigare saknats i den olikformigt samplade signalen. Härigenom kommer omvandlingsanordningen Fl-F8,FAl,LOl,Ml,K att svara för alstring av en grupp sampel och omvandlingsanordningen F21-F2l5, FA2, LO2,M2,0 att svara för alstring av en lika stor grupp sampel, så att den ursprungligen olikformigt samplade signalen blir likformigt samplad.The device according to Fig. 2 comprises, in addition to the units F1-F8, FA1, LO1, M1 and K according to Fig. 11, also a delay chain F21 - F215, a multiplication unit M2, a frequency analyzer FA2 and a logic unit LO2. These latter units together constitute A a conversion device of in principle the same kind as the device according to Fig.1. The delay chain F21-F215 comprises fifteen delay elements and has its output connected to the input of the delay chain F1-F8. A switching circuit 0 is arranged to switch the connections between the delay chain F21-F2115 and the frequency analyzer FA2 resp. the multiplication unit M2 two steps (two sample positions) towards the common connection point of the delay chains for each sample within a group of samples previously missing in the non-uniformly sampled signal. Hereby the conversion device F1-F8, FA1, LO1, M1, K will be responsible for generating a group of samples and the conversion device F21-F215, FA2, LO2, M2,0 will be responsible for generating an equal group of samples, so that it originally non-uniformly sampled signal becomes uniformly sampled.

I det allmänna fallet med N st. sampel i varje grupp och M uteslutna sampel mellan grupperna blir antalet fördröjnings- element i fördröjningskedjan F21-F2l5 lika med N+M-l , och antalet fördröjningselement i fördröjningskedjan Fl-F8 fort- farande lika med N.In the general case of N st. samples in each group and M excluded samples between the groups, the number of delay elements in the delay chain F21-F2115 becomes equal to N + M-1, and the number of delay elements in the delay chain F1-F8 still equals N.

Claims

1 7801614-4 Patent claims. Device for converting a non-uniformly sampled signal with short-term spectrum into a uniformly sampled signal, characterized by a delay chain (F1-F8) comprising a series connection of N delay elements (F1, F2 ...... F8), a multiplication unit (M1) with N multiplication circuits (0L4 (k) ... ... M4 (k)) connected on the input side to connection points in the delay chain and on the output side to a common summing circuit (S1), a frequency analyzer (FA1) connected to input side to the same N connection points in the delay chain (F1-F8) as the multiplication unit (M1) and on the output side to N / 2 connections on a logic unit (LO1) arranged to compare N / 2 signals from the frequency analyzer (FA1) with respect to amplitude and outputting a control signal to the multiplication circuits depending on the result of the comparison made, thereby activating one of a plurality of multiplication coefficient sets stored in the multiplication circuits, the frequency the analyzer is arranged to perform the N / 2 mathematical operations: 1- N%. ßff .. ”ïä, f“ = í ° '~ * ~ @ => ß- ° -f> -%' 911 * ítmfwqf> fnf> zfïl aana ﬂ n. e ßfåß »Nim *» L 9 "NE - m1. _ 1, - k. ...- i = flšå °° * ï * ° ”ä ﬂ * åë“ hí ”Ü ia» - lsaeßgh ﬂ sf N ~ wd ~ where xk with -N / 2 f: k EN / Z are the The N signals from, the delay chain (F1-F8) and yl .... yN / 2 are the N / 2 signals to the logic 2. unit (LO1), and the output of the summing circuit (S1) is connected to the delay chain (F1-F8) one end at times when samples are missing in the non-uniformly sampled signal.

Device according to claim 1, k ä n n e t e c k n a d dä r a v; that the said ﬂ ilïl number multiplication coefficient ~ sets amounts to à 'Q 1. | ^ Eš - k there 4: 0 -get N go ﬁ * z 1 ~ w .u ks \ g '' of u k 7801614-4 .I 7

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the summing circuit (S1) via a contact (K) is connectable to the input of the delay chain (F1-F8), and that a further delay chain (F21-F215), a multiplication unit (M2), a frequency analyzer (FA2) and a logic unit (LO2) together constitute a conversion device of essentially the same kind as the first-mentioned conversion device, the further delay chain (F21-F215) comprising N + Mrl delay elements where M is the number of end terminals of a group of N samples and has its output connected to the input of the first-mentioned delay chain (F1-F8), and wherein a switching circuit (0) in the further conversion device is arranged to switch the connections between the further delay chain ( F21-F215) and the additional frequency analyzer (FA2) resp. the further multiplication unit (M2) two steps (sample positions) towards the common connection point of the delay chains for each sample within a group of samples previously missing in the non-uniformly sampled signal, whereby the first-mentioned conversion device is responsible for generating a group of samples and the further conversion device is responsible for generating an equal group of samples so that the originally non-uniformly sampled signal becomes uniformly sampled. MENTIONED PUBLICATIONS: