專利名稱：模擬信號數(shù)字化傳輸信息速率壓縮和擴(kuò)展新方法
日本漢字邏輯拼形碼中英文兼容鍵盤表六
ω-ω4≤u≤ω-ω3可得ω2≥ω-ω4ω1≤ω-ω3即ω1+ω3≤ω≤ω2+ω4因此可以得出結(jié)論由兩個(gè)頻譜受限信號f1(t),f2(t)相乘所得的信號f(t)，其頻譜寬度是信號f1(t),f2(t)的頻帶寬度之和。根據(jù)該結(jié)論和卷積交換律、結(jié)合律性質(zhì)，進(jìn)一步得到結(jié)論信號f(t)=Vm(t)頻帶寬度是V(t)的m倍。
反之，信號V(t)=f1m(t)]]>的頻譜寬度的信號f(t)的1/m其中m的取值范圍可推廣到正有理數(shù)域(正整數(shù)和正分?jǐn)?shù))，僅以m=2證明如下設(shè)f(t)=v(t)·v(t) (f(t)≥0 v(t)≥0)f(t)的頻譜密度函數(shù)F(ω)，且ω∈[ωL,ωH]根據(jù)卷積定理得F(ω)=12πV(ω)*V(ω)]]>=12π∫-∞+∞V(u)·V(ω-u)du]]>由于頻譜F(ω)中，ω∈[ωL,ωH]ωL≤ω≤ωH所以ωL-u≤ω-u≤ωH-u得到ωL-u≤u≤ωH-u解以上不等式可得ωL/2≤u≤ωH/2即v(t)的頻譜密度函數(shù)V(ω)受限于[ωL/2,ωH/2]可見，函數(shù)v(t)的頻寬是f(t)的1/2。
上述推論的重要意義在于指出一個(gè)頻域受限的信號f(t)在發(fā)送端可以經(jīng)過非線形變換V(t)=f1m(t)]]>，得到頻帶壓縮到1/M的信號V(t)；此信號通過信道，在接收端經(jīng)過f(t)=Vm(t)逆運(yùn)算，從而恢復(fù)出原信號f(t)。(進(jìn)一步推導(dǎo)可得除了用冪函數(shù)形式作非線形轉(zhuǎn)換外，其他類型的非線形函數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)頻帶壓縮，只是過程比冪函數(shù)要復(fù)雜，在此不作論述)這樣就實(shí)現(xiàn)了信號傳輸頻帶的壓縮。由此實(shí)現(xiàn)，在一定的受限頻帶內(nèi)劃分更多的信道，并且同一信道被更多路信號復(fù)用(時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用)。在理論上述信號的非線形變換可以得到任意程度壓縮，但在技術(shù)上要滿足以下兩點(diǎn)1、相對于非壓縮信號而言，信號被壓縮程度越大，對信道指標(biāo)要求越高，傳輸誤差、失真度不能太大，其他干擾也不能太大。
2、在V(t)=f1m(t)]]>化過程中V(t)如果攜帶有直流分量，則在接收端也必須真實(shí)再現(xiàn)，否則f(t)就不能恢復(fù)。
以上兩點(diǎn)對于模擬信道而言實(shí)現(xiàn)比較困難，而數(shù)字信道則較容易實(shí)現(xiàn)，基于這種原因，本發(fā)明最好用于數(shù)字信道。在發(fā)送端模擬信號量化編碼之前，先經(jīng)過V(t)=f1m(t)]]>變化，由于信號已經(jīng)被壓縮為1/m，所以抽樣速率可降為原來1/m，這樣信息量便減少到原來的1/m，再量化編碼、調(diào)制傳輸，在接收端，將解調(diào)、譯碼后的V(t)恢復(fù)后再經(jīng)過f(t)=Vm(t)逆運(yùn)算，恢復(fù)出原信號f(t)。
基于上述原理本發(fā)明這樣實(shí)現(xiàn)在通訊系統(tǒng)發(fā)送端模擬信號量化編碼之前裝設(shè)一個(gè)頻帶壓縮裝置，本裝置將輸入的模擬信號f(t)先進(jìn)行限幅，然后A/D轉(zhuǎn)換得到f(t)的數(shù)字量，再進(jìn)行V(t)=f1m(t)]]>運(yùn)算(該過程由一個(gè)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，該數(shù)字電路可以是一片存儲器ROM、EPROM或RAM，模擬信號變換后的數(shù)字量接存儲器的地址端，運(yùn)算輸出數(shù)字量由各存儲單元內(nèi)容決定，這樣通過定義存儲器各單元內(nèi)容就可以實(shí)現(xiàn)該裝置的任意傳遞函數(shù)運(yùn)算；存儲器按地址分頁，裝入不同的傳遞函數(shù)，通過控制頁地址實(shí)現(xiàn)不同傳遞函數(shù)的切換)。運(yùn)算后的量再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量，經(jīng)低通濾掉多余的頻率成分，然后再量化或調(diào)制發(fā)射。在接收端譯碼器后裝設(shè)一個(gè)頻帶擴(kuò)展裝置，該頻帶擴(kuò)展裝置將譯碼后的信號V(t)經(jīng)過f(t)=Vm(t)運(yùn)算得到f(t)，該擴(kuò)展裝置和發(fā)送端壓縮裝置基本相同，只是存儲器中的傳遞函數(shù)是發(fā)送端的逆函數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)可進(jìn)一步壓縮信息速率，按現(xiàn)有信道指標(biāo)可使現(xiàn)有每話音信道64K比特/秒，減小到16K比特/秒或更低。
(2)信號還原后失真度小，能盡量逼近原始信號波形。
(3)運(yùn)算電路由硬件實(shí)現(xiàn)，速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
即在現(xiàn)有通訊系統(tǒng)中采用本發(fā)明可在保持通話質(zhì)量不下降的情況下進(jìn)一步壓縮信息速率，從而實(shí)現(xiàn)在一定頻率寬度范圍內(nèi)劃分更多的信道或?qū)崿F(xiàn)同一信道被更多路信號復(fù)用的目的。
下面結(jié)合附圖以本發(fā)明的最佳實(shí)施例詳述本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例在模擬信號數(shù)字通訊系統(tǒng)中的連接示意圖；圖2為實(shí)施例的頻帶壓縮裝置組成示意圖。圖3為實(shí)施例的頻帶擴(kuò)展裝置示意圖。
如圖1所示，在發(fā)送端頻帶壓縮裝置1連接在模擬音頻單元2和一次編碼器3之間。即在電信號被編碼之前先經(jīng)頻帶壓縮裝置進(jìn)行頻帶壓縮，然后再進(jìn)行編碼。在接收端頻帶擴(kuò)展裝置4連接在一次解碼器5與模擬音頻單元6之間。即一次解碼后對被頻帶壓縮過的信號進(jìn)行頻帶擴(kuò)展，還原出發(fā)信者發(fā)送的電信號。
如圖2所示，本實(shí)施例的頻帶壓縮裝置1由五部分組成，分別是限幅電路7、A/D轉(zhuǎn)換器8、運(yùn)算電路9、D/A轉(zhuǎn)換器10和低通濾波器11。
限幅電路7作用是將輸入電信號電平控制在所需的范圍內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器8作用是將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給后面的運(yùn)算電路9；運(yùn)算電路9的作用是對數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算V(t)=f1m(t)]]>，由一片或一組存儲器ROM、EPROM或RAM組成，存儲器按地址分頁，不同頁裝入不同的傳遞函數(shù)，存儲器頁內(nèi)地址端17與輸入數(shù)字信號連接，數(shù)據(jù)端20與輸出信號線連接，使用時(shí)通過定義頁地址18實(shí)現(xiàn)不同傳遞函數(shù)的轉(zhuǎn)換，從而方便地實(shí)現(xiàn)壓縮或擴(kuò)展，也可以控制壓縮或擴(kuò)展的程度；D/A轉(zhuǎn)換器10和低通濾波器11的作用是將壓縮后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬的頻帶變窄的信號送到一次編碼器輸入端。
如圖3所示，本實(shí)施例的頻帶擴(kuò)展裝置4由限幅電路12、A/D轉(zhuǎn)換電路13、運(yùn)算電路14、D/A轉(zhuǎn)換電路15、低通濾波器18五部分組成(其中20、21、22分別為運(yùn)算電路14中存儲器的頁內(nèi)地址端、頁地址端、存儲器數(shù)據(jù)端)。
限幅電路12作用是將一次解碼后的模擬信號電平控制在需要的范圍內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換電路13作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；運(yùn)算電路14的作用是對數(shù)字信號進(jìn)行f(t)=Vm(t)運(yùn)算，得到原信號f(t)，同樣它也是由一片或多片存儲器構(gòu)成，其連接方法和構(gòu)成及工作原理與前述壓縮過程中運(yùn)算電路9相同，這里不再贅述。D/A轉(zhuǎn)換器15和低通濾波器18的作用是將運(yùn)算后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，最終還原出f(t)。
權(quán)利要求
1．一種模擬信號數(shù)字化傳輸信息速率壓縮和擴(kuò)展的新方法。其特征是在通訊系統(tǒng)發(fā)送端模擬信號量化編碼之前采用非線形變換方法使原始信號頻帶壓縮，然后再量化編碼，使得信道中信息速率降低；在接收端再用相反的非線形變換恢復(fù)原始信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線形變換電路，其特征是最好采用一片或一組存儲器將輸入數(shù)字量接入存儲器地址端，由數(shù)據(jù)端作為輸出，通過定義存儲器中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)任意傳遞函數(shù)的運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬信號數(shù)字傳輸信息速率壓縮和擴(kuò)展的新方法。在發(fā)送端采用非線形變換使模擬信號頻帶壓縮,然后編碼;在接收端采用非線形逆變換恢復(fù)原始信號頻帶。從而實(shí)現(xiàn)有限頻率寬度內(nèi)更多路信號復(fù)用(頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用)的目的。非線形變換采用存儲器實(shí)現(xiàn)具有運(yùn)算精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03M7/30GK1215948SQ9711918
公開日1999年5月5日 申請日期1997年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月28日
發(fā)明者劉洪強(qiáng) 申請人:劉洪強(qiáng), 常迎春