185634. lajstromszámú szabadalom • Előfizetői vonali hangfeldolgozó áramkör
1 185 634 2 öt szintet alkalmaz (feltéve hogy a csúcsérték nem csökken le a 00001111 értékre vagy ez alá, mert ebben az esetben az adaptáció visszatér a normál üzemmódra), és megfelelő számú szintet eltávolít a bemenőjel amplitúdójától függően, amely utóbbi 10 aktív szintnek megfelelő mértékig terjedhet. A csúcsértéknek le kell tudni csökkenni, ha a jelszint ilyen értelemben változik. Ez többféle módon valósítható meg. Például (a) minden egyes zérusátmenetnél egy szintet fogyasztani, (b) akkor fogyasztani egy szintet, ha a jel egy meghatározott perióduson belül (mondjuk 125 /usée alatt egy 8 kHz-es mintavételi frekvenciájú PCM rendszerben) nem ér el egy bizonyos értéket vagy (c) állandó periodikus ütemben fogyasztani. A jelenleg használt és a 11. ábrán szemléltetett megoldás szerint a csúcsszintet minden egyes nullátmenetnél fogyasztjuk. Az ilyen adaptív eljárás az aktív szintek számát 17-ről 10-re csökkenti, és a még követhető maximális frekvenciát Fs/32-ről Fs/18-ra növeli. Mindennek csupán az az ára, hogy váltóáramú jelek feldolgozásakor csekély mértékben megnő a kvantálási zaj. A zajtöbblet oka éppen a nullátmenet környéki szintek kiküszöbölése. A hiányzó szintek miatt fellépő jeltorzulási komponens kevesebb mint 1 %-át teszi csak ki egy jelhullám-periódusnak és a jel-zaj viszonyban csak minimális romlást okoz. A frekvenciafüggő erősítés karakterisztika is módosul, és a nagyobb frekvenciák felé lényegesen javul, alacsony frekvenciákon alig van változás, amint azt a 7. ábrán láthatjuk. A 6b. és a 11. ábrákon pedig egy 0 dB-es szintű 4 kHz-es jel adaptív módon illetve anélkül rekonstruált hullámalakjait mutatjuk be. Ez a módszer javítja a frekvencia karakterisztikát anélkül, hogy növelni kellene a mintavételi frekvenciát, vagy pedig gyengébb minőséggel, tehát kisebb dinamika tartománnyal, durvább felbontással és rosszabb jel-zaj viszonnyal kellene beérni. Az adaptív módszer előnye fordítva is kitűnik, vagyis a rendszer dinamika tartományát növelhetjük anélkül, hogy ez a frekvencia karakterisztika rovására menne. A 4. ábrán látható D/A átalakító 17 szintet használ, és a kódolóban lévő D/A átalakítót is, úgy, hogy az a leghogy megfelelő az előírt feladathoz. Minőségjavulást csak a mintavételi frekvencia növelésével és/vagy több szint bevezetésével érhetünk el. A kvantálási szintek szaporítása azonban nagyobb mintavételi frekvenciát kívánna, különben a frekvencia karakterisztika nem lenne kielégítő. A 10. ábrán bemutatott adaptív módszer segítségével viszont a nullátmenet környezetében több szintet iktathatunk be a frekvencia karakterisztika romlása nélkül, mert azok a többlet-szintek csak igen kis amplitúdójú jelek esetén fognak szerephez jutni. Egy 10-bites és 21 szintes D/A átalakítóval ellátott rendszer, amely a 0000000000-tóI 1111111111-ig terjedő értéktartományban működik, csak az öt legfelső szintet használná ki, ahogy azt a csúcstároló megszabná. Továbbá ez a rendszer csak 12 dB-lel nagyobb dinamika tartománnyal rendelkeznek, mivel most a legkisebb szint [Vinlmin lenne a [Vin]max/256 helyett. Az előző rendszerhez képest többletnek számitó szintek a zérusátmenet közelében zsúfolódnának, mivel a maximális szint most is — mint mindig — a [Vin]max-mal lenne egyenlő (vagy 4/3[Vin]max-mal, ha egy-komparátoros A/D átalakítót használnák). A zérus közelében létesíthető szintek számát a rendszer zaja korlátozza, és amíg az összes D/A szintet az egyenlő relatív pontosság követelményei szerint jelöljük ki, addig ennek a rendszernek a dinamika tartománya éppen 12 dB-lel fogja felülmúlni az előbbiét. A 12. ábra a jel-zaj viszonyokat szemlélteti 17 illetve 21 szintes rendszerek esetén, amelyek mindketten adaptív algo itmust alkalmaznak. Mint már említettük a fentebb leírt adaptív algoritmus egy adott mintavételi frekvencia esetén javítja mind a frekvencia karakterisztikát, mind a dinamika tartományt. Az algoritmus lefolyására csak a bemenőjel amplitúdójának van hatása, a frekvencia változásától független. T ovábbfejleszthetjük úgy is a rendszert, hogy az adaptív követés a bemenő frekvencián alapuljon. Az ilyen rendszer érzékeli, ha a frekvencia túllép azon a határértéken, ameddig az A/D átalakító pontosan tudja követni a bemenőjelet, és ekkor az adaptív algoritmus megszüntet néhány szintet a zérus közelében. Ez a módszer nagyfrekvenciás bemenőjelek esetén növelni fogja a zajt, de lehetővé teszi a nagyobb frekvenciás bemenőjelek követését. A rendszer ilyen irányú továbbfejlesztése érdekében a 10. ábrabeli áramkört a 13. ábrán bemutatott résszel kell kiegészíteni. Ez az áramkör a bemenőjelnek a 110 komparátor által előállított előjelbitjét összehasonlítja a 80 D/A átalakítóból érkező kvantált előjelbittcl 32 mintavételi perióduson keresztül, amely utóbbiakat egy 4-bites 112 számláló számlálja meg. Ha a mmták több mint 50%-ánál különböző a kétféle előjel, ez arra utal, hogy a rendszer nem követi pontosan a be menetet, és az adaptációt néhány szint megszüntetéséve7 módosítani kell. Ez a rendszer lehetővé teszi, hogy az A/D átalakító először 10 aktív szintet használjon a bemenőjel követésére, majd lecsökkentse a szintek számát 8-ra 6-ra vagy 4-re aszerint, hogy a 6 bites 114 számláló, a ké bites 116 számláló és a 118 dekódoló milyen állapotot segisztrál. Az adaptív követés feltételeit a következő táblázattal szemléltetjük: Qo Qi Az adaptáció állapota 0 0 10 szintes 0 1 8 szintes 1 0 6 szintes 1 1 4 szintes A frekvencia függvényében vizsgálva a fenti állapotok az Fs/18, Fs/14, Fs/10 és az Fs/16 frekvenciáknál kapcsolódnak át. Az Fs/16 frekvencia felett a rendszer nem köve t tovább. A rendszert úgy is lehetne módosítani, hogy az kezdetben mind a 17 (vagy 21) szintet használja, és akkor kezdje fogyasztani a szinteket, amint a követés abbamaradását észleli. Ez a dinamikusan vezérelt adaptív követés gyors felfutásra képes (32 mintavételi periódus alatt), a lefutási idejét azonban a stabilitás érdekében hosszúra kell beállítani (a 6-bites 114 számláló segítségével). A 14. ábra a 16 kHz-es jelre adott választ mutatja ezen módosítás esetén és enélkül), A dinamika tartomány, a felbontóképesség és a jel-zaj viszeny szempontjából előnyös, ha az interpoláló A/D átalakító után kapcsolt digitális átlagoló szűrő egyúttal ritkító funkciót is végez, és minden átfedés? frekvencián többszörös átviteli zéiushellyel rendelkezik. Ilyen szűrőt mut; tunk be a 15. ábrán. Ez a szűrő egy 120 aritmetikai processzorból, egy az együtthatókat tároló 122 fixmemóriából, egy 124szám-11 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
