Brevet FR2132728A1 — publié le 19721124

La présente invention concerne un convertisseur de signal numérique perfectionné9pour convertir un signal modulé en delta adaptatif en signal modulé en delta linéaire . Un modulateur delta code un signal analogi-5 que en représentant la variation ds amplitude de ce signal analo-. gique appliqué par vin train d'impulsions binairesc Dans un modulateur typique, le signal analogique appliqué se trouve comparé à une copie descriptive approchée du signal appliqué, obtenue par un processus de rétro-action» d'accumulation et de comparai-10 son; si le signal appliqué est plus grand que le signal reproduit, un premier signal, par exemple une impulsion positive ou +1,se trouve développé par le modulateur, mais si le signal est plus petit que le signal reproduit, un second signal, par exemple une impulsion négative ou -1, se trouve développé par le 15 modulateur. Dans ion modulateur delta linéaire, le signal approché reproduit croît ou décroît par échelon fixe à mesure que varie le signal d'entrée» Il existe une relation linéaire directe entre les variations d8amplitude du signal appliqué et celles du signal reproduit, d'où le nom de modulateur delta liaéai-20 re. Comme ces modulateurs utilisent un signal approché à échelon fixe , ils se trouvent limités par le fait que de petites valeurs d'échelon introduisent une distorsion de surtension de montée pendant des rafales de signaux ayant des flancs rai-des et, d'autre part, de grandes valeurs d'échelon accentuent 25 le bruit de grenaille pendant les périodes de signaux ayant des flancs doux. Même lorsque la valeur de l'échelon est optimisée, le rendement de ces modulateurs ne peut être satisfaisant que pour des fréquences d'échantillonnage relativement trop élevées. Plusieurs types de modulateurs delta adapta-30 tifs ont été proposés pour résoudre les problèmes inhérents aux modulateurs delta linéaires. Dans ces modulateurs adaptatifs, l'échelon du signal approché varie oJ&grhz la pente du sigaal d'entrée, telle qu'elle est déterminée par un processus d'adaptation prédéterminé. Une telle adaptation ou f 5 c câpre s s i on~e::pan-35 sion" peut être soit syllabique (adaptation, à long terme)s soit instantanée (adaptation à court terme). Les modulateurs adaptatifs sont dès lors caractérisés par une modification sélective de l'amplitude d'échelon en réponse à des variations du signal appliqué. 72 12140 2 2132723 Toutefois, comme dans la plupart des cas, l'une et l'autre des solutions présentent certains avantages dans des conditions particulières. Par exemple, la modulation en delta adaptative est un moyen économique pour convertir des signaux à fréquence acoustique en signaux numériques propres à être transmis. A une cadence dféchantillonnage de 60 kHz, on peut maintenir une qualité de signal comparable à celle que l'on obtient avec la modulation par impulsions codées (PCM) à sept bits. La modulation en delta linéaire, d'autre part, présente des propriétés intéressantes qui peuvent être utilisées dans la commutation par répartition temporelle, la filtration numérique et la conversion en codes PCM et DPCM„ Pour maintenir une qualité de signal comparable à la modulation PCM, un modulateur delta linéaire doit xravailler à un« vitesse de bits élevée, ordinairement de 1'ordre du De telles vitesses de bit élevées sont évidemment incompatibles économiquement avec la transmission, mais elles sent avantageuses pour le traitement de signaux, par exemple; teu t-eJU; d'un central téléphonique unique. Ainsi, il est clair qu'il ëv icte des cas où l'on désire avoir -on n 3.. sns, X coù-'î p' i- 1 ''.."t "r/i iiaire d'une modulât ion en delta •■adaptative alors que oss c'est le codage par voie ». éducation en delti l?r. les rnr.r convertir un signal modulé ^n delta adaptatif en un signal r-o~lulé en delta linéaire sont par conséquent d'un grand intérêt. Bien sûr, un signal module en delta adaptatif peut être converti par des procédés de détection numérique-a.ual-jg2que ex recodags du signal analogique résultant au noyen d'un lûoduiàUsïur delta linéaire, c'est-à-dire en utilisant un procédé nvuusriquô-analogique-nmiérique. toutefois, un tel l'oact^oîmeiaent altère les signaux par suite •le 1- imprécision « - &•; 1 ..h -izn dispositifs c.e conver sion analogiques. Uns se "hit ion pintéressante est celle qui oœa&isvco à transformer diî*sctw-i*ul lo train de bits mciulé adap-cii en iin train de bits raoclul 4 inéaire » L? invention ?i yjur ob.jet un convertisseur de numériques p?r~ott=.rt d'sf?«ctuer cotte conversion directe des signaux modules ~-n del!;« adaptatif^ en signaux modulés en delta linéaires. Le convertisseur selon l'invention comprend un dispositif qui répond aux signaux modulés en delta adaptatifs ~ BAD ORIGINAL Ç 72 12140 3 2132728 afin d;engendrer des impuisions de temps à une cadence qui est un multiple prédéterminé de la vitesse d-impulsion aes signaux appliqués. Un premier circuit répond à une impulsion du signal modulé en delta adaptatif afin d:engendrer un signal proportion-5 nel à une valeur d-échelon adaptative prédéterminée, et un second circuit répond au signal proportionnel à une valeur d'échelon adaptative prédéterminée et aux impulsions de temps afin de développer sélectivement pendant l'intervalle de chaque impulsion du signal modulé en delta adaptatif, plusieurs .impulsions 10 qui sont une représentation linéaire de la valeur d'échelon adaptative . convertisseur selon 1'invention* un récepteur modulateur en delta adaptatif classique est modifié pour convertir par voie numé-15 rique des signaux modulés en delta adaptatifs „ que l'on appellera plus simplement par la suite signaux .ADM, en signaux modulés en delta linéaires „ que l;,on appellera par la suite signaux LDM, à une cadence qui est un multiple m prédéterminé de la vitesse de bits 1/T du signal ADM. A chaque impulsion ou bit du signal 20 ADM, un signal proportionnel à la valeur d5échelon adaptative est utilisé pour diriger un train drimpulsions, engendré par une horloge travaillant à une vitesse de m/T,, vers un intégrateur et un réseau de combinaison de sortie. La forme d'onde en échelons développée par l'intégrateur est comparée au signal à échelons 25 proportionnel et, lorsqu:il y a égalité, des impulsions ne sont plus appliquées à 1:intégrateur mais elles le sont au réseau de combinaison de sortie par 1 '■ intermédiaire d'un circuit basculeur. Ainsi, pour chaque impulsion du signal ADM se trouve développée une série d'impulsions de polarité fixe et dont le nombre est 30 lié linéairement au signal d:échelon proportionnel pour une partie de l'intervalle d!impulsion du signal ADM, et pendant le restant de cet intervalle d'impulsior se trouve développée une série d'impulsions qui alternent entre deux niveaux d'amplitude fixe. Dans une autre forme de réalisation, un compteur dégres-35 sif à m étages se trouve utilisé sélectivement pour effectuer la conversion de signal voulue. lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins joints sur lesquels : 40 - la figure 1 est un schéma synoptique- d'un système de transmis- Dans un exemple de forme de réalisation du L:invention apparaîtra plus clairement à la COPY 72 12140 4 2132728 sion de signaux modulés en delta adaptatifs selon la technique antérieure; - la figure 2 est un diagramme de formes dfondes illustrant le procédé de conversion selon l'invention; 5 - la figure 3 est un schéma synoptique d'un convertisseur de signaux selon l'invention; - la figure 4 illustre une variante de forme de réalisation du convertisseur selon l'invention. La figure 1 est un schéma synoptique 10 d'un système de transmission de signaux modulés en delta adaptatifs comprenant un transmetteur ou codeur et ion récepteur ou décodeur. Un signal s(t) à bande de fréquences limitée, par exemple un signal à fréquence vocale, se trouve appliqué à l'entrée 18 du comparateur 11 dans lequel il est comparé à une reproduction 15 descriptive locale s(t) du signal appliqué. La différence entre les deux signaux s(t) et s(t) est fournie par le comparateur et appliquée à un quantificateur 12 qui peut par exemple utiliser un signal bipolaire pour quantifier le signal de différence; une impulsion positive ou+19 par exemple, sera développée lorsque le 20 signal de différence est positif et une impulsion négative ou -1, sera développée lorsque le signal de différence est négatif. Le signal de différence quantifié est ensuite échantillonné à chaque intervalle de T secondes dans 1'échantillonner 13 et le signal binaire résultant, qui représente le signe du signal de 25 différence, est transmis au récepteur par l'intermédiaire du canal de transmission 19'. Le signal binaire engendré est également utilisé dans le transmetteur pour développer le signal s(t) à la sortie de l'intégrateur 16-1. Le signal binaire est appliqué à un multiplieur 15-1 et à un réseau de réglage 14-1 afin 30 de développer un signal d'échelon adaptatif qui est utilisé pour incrémenter ou décrémenter 15 intégrateur 16-1. La quantité dont varie le niveau du signal de l'intégrateur 16-1 dépend de l'évolution antérieure immédiate des bits sur le canal de transmission, telle qu'elle est indiquée par la valeur du signal 35 d'échelon développé par le multiplieur 15-1. Un montage particulièrement avantageux pour régler la valeur d'échelon utilise une mémoire à un bit et une adaptation exponentielle. Dans un tel montage, à chaque échantillon ,1e bit effectif, c'est-à-dire le bit immédiat ou existant à ce moment, et le bit le plus ré-40 cent, c'est-à-dire le bit immédiatement antérieur, se trouvent 72 12140 5 2132728 comparés. S'ils sont'égaux, ce que détermine le réseau 14-1, le signal binaire appliqué au multiplieur 15-1 se trouve multiplié par un facteur prédéterminé P. Si ces bits sont différents, le signal binaire est multiplié par un facteur Q /P„ Cette rela-5 tion inverse' assure des valeurs ascendantes et descendantes communes du signal d'échelon adaptatif, ce qui s'est-avéré donner un résultat très pratique et avantageux dans des systèmes d© transmission typiques» On remarquera que le récepteur du système de la 10 figure 1 est essentiellement le même que la partie rétror-action du transmetteur. Le circuit de réglage 14-2 correspond au réseau de réglage 14-1, tout comme le sont les multiplieurs 15-1 et 15-2 et les intégrateurs 16-1 et 16-2» Le récepteur engendre donc un signal qui, idéalement, est le même que le signal esti-15 mé â(t) développé dans le circuit de rétro-action du. transmetteur. Bien sûr, le procédé d'adaptation utilisé pour un système tel que celui de la figure 1 peut être d'un, type quelconque bien connu. Le réseau de réglage représenté, 14-1 ou .14-2, comprend, par exemple, tin registre à décalage 21 qui emmagasine les n bits 20 les plus récents. Un réseau 22 examine le bit effectif et les n bits les plus récents emmagasinés dans le registre .21, et il établit des décisions de branchement qui affectent la* génération d'un signal qui est proportionnel à la valeur d'échelon voulue pour le multiplieur. Un filtre passe-bas 17 éliminé les. irrégu-25 làrités indésirables du signal développé par 1'intégrateur 16-2 afin d'engendrer le signal final du système de transmission. La figure 2 est un graphique.illustrant le processus de conversion selon l'invention. La forme d'onde à échelons, tracée en trait interrompu, représente un. signal ADM détecté ty-30 pique, par exemple lè signal ê(t) obtenu à la sortie de l'intégrateur 16-2 sur la figure 1. La fora® d'onde es trait plein représente le signal LDM correspondant* On remarquer® que le signal ADM intégré présente des "ac.ereissesaeats et â©s^diminutions de valeurs inégales tandis que le signal LDM intégré .présente 35 des accroissements et des diminutions de. valeur .fixe.» Comme tous les échelons du signal ADM n'ont pas la même valeury il est nécessaire qu'un nombre sélectionné d'impulsions unipolaires LDM soit utilisé pour chaque échelon du signal ADM. C'est ce que réalise le dispositif scîié- .. 72 12140 6 2132728 matisé à la figure 3S qui convertit un train de bits ADM en m train de bits LDM. Le signal ADM est appliqué au réseau de réglage 14-3, qui peut être identique au réseau de réglage 14-1 et 14-2 de la figure 1, à une horloge 23 et à un circuit d'échan-5 tillonnage et de retenue 24. L'horloge 23 est synchronisée pour travailler à une cadence prédéterminée m fois plus rapide que la vitesse 1/T des bits ADM. La vitesse des bits LDM est donc m/T, vitesse qui, dans un exemple typique, peut être égale à seize fois la vitesse des bits ADM. Pour chaque impulsion du signal 10 ADM, le réseau de réglage 14-3 développe un signal proportionnel à la valeur d^cnelon adaptaxive du multiplieur comme dans le dispositif de la figure 1. Ce signal est appliqué au comparateur 25 dans lequei il eaz compare à un signal de rétro-acticn foiuai par 1'intégraceur 23. La borne du comparateur 25 est 15 appliquée à un cireuxt-21 26 par 1 intermédiaire d'une borne rlc#e 23» qui travailla à une vitesse de m fois .1? des bits ADM, par exemple, développe des impulsions fixe destinées à être appliquées aux circuits-ET ?.6 se 27. J,-os impulsions appliquées à j intégrateur 28 par i ' iîiê la polarité de chaquo isspulstvCL d'horloge app."îiqué-r-5. par 35 "••'•'îT.rlo -?nt-re> les rivtjv.îx +1 - *i elle applique ces impul sions au réseau 31. Celui-ci achft*n1«3 les Impulsions appliquées ~*-rs le multiplieur 32. Chaque icpu.- s ion ADM appliquée actionne également un détecteur 39 qui remet 1"intégrateur 28 à zéro avant que soit engendré un nouveau signal en échelons. BAD ORIGINAL COPV 72 12140 7 2132728 Le circuit d'échantillonnage et de retenue 24 est utilisé pour conférer la polarité correcte aux bits LDM développés par le réseau 31 pendant chaque période de bits ADM. Le réseau d'échantillonnage et de retenue 24 emmagasine le 5 bit ADM le plus récent; ce bit est utilisé pour multiplier, dans le multiplieur 32, le train de bits LDM émanant du réseau 31. La figure 4 illustre une autre forme de réalisation du convertisseur selon l'invention. Sur cette figure les composants identiques à ceux qui se trouvent représentés à 10 la figure 3 sont désignés par les mêmes références numériques. Pour chaque impulsion ADM appliquée, le réseau de réglage 14-3 développe un signal proportionnel à la valeur d'échelon adaptative. Ce signal sert, par l'intermédiaire d'un circuit logique classique 48, à établir préalablement un compteur dégressif 45. 15 Celui-ci, qui compte m étages, est réglé pour le nombre d'échelons du signal LDM nécessairespour représenter le signal ADM. Pendant l'intervalle d'un bit ADM, l'horloge 23 diminue le contenu du compteur 45 qui applique le nombre requis d'impulsions LDM au réseau de combinaison 41. Lorsque son contenu atteint la 20 valeurun, le compteur 45 reste à cette valeur, c'est-à-dire qu'il ne fonctionne plus pendant le restant de la période du signal ADM, fournissant des impulsions à sa sortie un à la vitesse des bits du signal LDM. Ces dernières impulsions sont converties en polarités alternées par la bascule 29 et appliquées au ré-25 seau 41. Le fonctionnement ultérieur du dispositif de la figure 4 est identique à celui du dispositif de la figure 3. Comme le montre la figure 2:, le signal LDM fourni par le dispositif selon l'invention, croît à un taux égal jusqu'à ce que soit atteint un niveau égal à ou légèrement 30 plus grand que la valeur d'un échelon adaptatif (onde ADM). Si m impulsions n'ont pas été utilisées pour atteindre ce niveau, les autres impulsions produites par la bascule 29 oscillent au-"tour de ce niveau établi jusqu'à ce que 1!intervalle du bit soit achevé. Considéré d'une autre manière, si A est la valeur de 35 l'échelon LDM et h . la valeur de 1:échelon ADM le nocbre d'échelons linéaires nécessaires pour étendre 8 est n = (£/A^j à la valeur entière la plus proche. Après n échelons, le signal LDM oscille autour du niveau du signal ADM pendant le restant de l'intervalle T) • Afin de garantir que chaque niveau d'éche- 43 Ion du signal ADM soit atteint par une série d:impulsions LDM, COPY 72 12140 8 2.132728 £ il faut que n A ' max l'échelon du signal ADM. Dans un système ADM bien conçu* la valeur minimale de l'échelon adaptatif C;min» es"t choisie pour \in niveau acceptable de bruit granulaire dans le codage du si-5 gnal analogique originel s(t). Un choix souhaitable correspondant pour le signal LDM peut être t Le signal converti LDM retarde sur le si-10 gnal ADM d'un intervalle de temps qui est directement proportionnel à l'amplitude de l'échelon effectif du signal ADM. Si le signal ADM originel se trouve dans une phase de surcharge de pente» et qu'il est incrémenté d'un échelon de valeur maximale, le signal LDM se trouve également dans une phase de surcharge, 15 mais d'une quantité qui est à peu près la même que celle d'une version LDM classique du signal appliqué originel. Si le signal ADM évolue avec une valeur minimale de l'échelon adaptatif, le signal LDM converti évolue également avec une valeur d'échelon comparable. Si le signal ADM évolue avec une valeur d'éche-20 ion qui n'est pas minimale, le retard de conversion tend à réduire la distorsion granulaire. Le signal converti est par conséquent effectivement une représentation LDM du signal s(t) originel . 72 12140 9 2132728 REVENDICATIONS 1• Convertisseur de signal numérique pour con vertir un signal modulé en delta adaptatif en signal modulé en delta linéaire , caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (23) qui répond au signal modulé en delta adaptatif 5 afin d'engendrer des impulsions de temps à une cadence qui est un multiple prédéterminé de la vitesse d'impulsion du signa 1 appliqué , un premier circuit (14-3) qui répond à «ne impulsion du signal modulé en delta adaptatif afin d'sngesidrer un signal proportionnel à une valeur d'échelon adaptative prédéterminée, 10 et un second circuit (25, 26, 27, 28, 299 31) qui répond au signal proportionnel à une valeur d'échelon adaptative prédéterminée et aux impulsions de temps, afin de dériver sélectivement pendant l'intervalle de chaque impulsion du signal modulé en delta adaptatif, plusieurs impulsions qui sont une représenta-15 tion linéaire de la valeur d'échelon adaptative. 2. Convertisseur de signal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions engendrées par le second circuit comprennent un premier groupe d'impulsions représentatives de la valeur de l'échelon adaptatifs et un second 20 groupe d'impulsions dont l'amplitude altéra© peadant le restant de l'intervalle du signal appliqué. 3. Convertisseur d© sigaal selon la reveadica-tion 2, caractérisé en ce que le second circuit comprend m?, circuit de combinaison de sortie (31)» un premier circuit-porte(26) 25 pour transmettre sélectivement las iapalsions de t®aps au sir-cuit de combinaison, ton intégrateur (28) pour Intégrer les impulsions transmises par le premier circuit-porte» im circuit comparateur (25) répondant au signal proportionnel à la valeur prédéterminée de l'échelon adaptatif et au signal de sortie de 30 l'intégrateur afin dfinhiber le premier circuit-porte lorsque la sortie de l'intégrateur est supérieure ou égale au signal représentatif de la valeur de l'échelon adaptatif, un second cir-cuit-porte (27) répondant au signal de sortie du premier eirsuit-porte, afin de transmettre sélectivement les impulsions de temps 35 lorsque le premier circuit-porte s?? trouve iahibé, un circuit basculeur (29) pour appliquer sélectivement au circuit de eœabi-naison de sortie les impulsions transmises par le second cir-cuit-porte, et un circuit d'échantillonnage et de retenue (24) répondant au signal appliqué afin de développer un signal repré 72 12140 10 ?137728 sentatif de la polarité du signal appliqué en sorte de conférer la polarité correcte aux impulsions qui sont une représentation linéaire de la valeur de l'échelon adaptatif. 4. Convertisseur de signal selon la revendication 5 2, caractérisé en ce que le second circuit comprend un circuit de comptage (45) répondant au signal proportionnel à la valeur prédéterminée de l'échelon adaptatif et aux impulsions de temps afin de développer sélectivement un premier groupe d'impulsions, le nombre de ces impulsions correspondant à la valeur de l'éche-10 Ion adaptatif, et un second groupe d'impulsions pendant le restant de l'intervalle du signal appliqué, un dispositif (29) pour alterner la polarité des impulsions appartenant au second groupe, un circuit d'échantillonnage et de retenue (24) répondant au signal appliqué afin d'engendrer un signal représentatif de 15 la polarité du signal appliqué» et un circuit de combinaison (32, 41) pour combiner sélectivement le signal représentatif de polarité, les impulsions du premier groupe, et les impulsions du second groupe afin d'engendrer un signal modulé en delta linéaire.