[其他]极值编码数字转换信号的处理方法和设备

说明书

本发明涉及到信号处理技术领域，特别是涉及到这样一种信号处理技术领域，即以一种方式将模拟信号波形编码成数字信号，从而使该数字信号能够在压缩了带宽的传输信道上传输，并且信号的带宽压缩后仍能保持其高的主观的信号质量。尤其是，该发明涉及到电子信号处理的技术领域，其中将模拟信号波形的极值或最大和最小点所发生的时间进行编码。本发明还涉及到信息（该信息是送到人的感官系统或送至模拟人的感官系统的机构）的编码、传输和译码的方法。例如，本发明可应用到话音编码、音乐编码和视频编码技术上，并可以实用到编码译码器（CODEC）系统上。例如，本发明可用于以4.8-32Kbits/S的速率对话音信息进行数字化编码。采用本发明音乐信息也可以以16Kbits/S这样低的速率进行数字化编码，并且采用本发明时，比特速率还可以降低，而且视频信息也可以在以56Kbits/S-1.544MKbits/S的速率进行编码。

近几年来，人们提出了多种不同的将模拟信号转换成数字信号的系统。

总的来说，这些技术主要是设法保持近似于原来的模拟信号，至少在模拟信号输送到数字转换装置这点上近似于原来模拟信号，大多数这些设计都是基于下列方法。

第一种技术是一种公知的脉冲编码调制：（PCM），其中信息波形振辐的取样是在有规律的时间间隔下进行的。每秒取样的次数是根据奈奎斯特（Nyquist）关系式（即取样速率至少必须为被编码的模拟信号的最高视频分量的两倍），是由输入信号的带宽来决定的，这种方法的精度还取决于每次取样振幅的分辨率，要求的精度越高，则所需的信息的比特数就越多。一般来说，通过将每一次取样值同许多预定的电平进行比较，而将各振幅量化。

第二种技术是公知的△调制（△M）。△调制不是将波形的振幅进行不连续的取样，相反，它是将输入信号同另一信号进行连续比较该另一信号是由一个数字形式的信号快速地重新形成的，该数字形式的信号通常是送到一个积分电路上。例如，在△调制中，典型地是将输入信号的目前值与和前一次取样值有关的信号进行比较，并且形成一个代表该二者差值的数字信号。如果重新构成的信号的幅度低于该输入信号的话，则△调制器的输出是例如为“1”，否则输出为“0”。

△调制法的精度也取决于所采用的每秒的比特数。在这种情况下比特速率同样也取决于输入信号的最大带宽。然而，在△调制中，和在PCM中一样，采用一个未加权编码，即“一组”码或一个字，并不代表一个取样的振幅。但是用△调制器进行比较时，以一个“1”或“一个”0简单地表示这种比较的结果。

无论是PCM还是△M的性能均取决于其允许的比特速率。采用高的比特速率由于其电路较复杂性，和由于信道必须具有高的质量，以便通过高的比特速率，故其造价昂贵。另外，传输高速率所必须的质量的时分信道并非用简单的方法就可以实现的。人们多次设法以求在低的速率下达到PCM和△M在高速率下所能达到的同样性能。

如果输入到PCM或△M上的信号的振幅只在有限的动态范围内变化，则在比较低的速率下，其性能尚会是好的。这是因为实际上，就信息而言，或就量化的噪声而言，一个变化较小的信号用较少的比特数就能予以代表。在线性的PCM或△M中，把低电平的变化同为数甚少的振幅进行比较，因此其精度不高。如果将高电平的变化同多个电平相比较，则其误差率就比较低。如果在低电平输入情况下，要改善信号对量化噪声的比，则需要增加传输的比特速率。

一种公知的解决方法，叫做压缩法，但该方法有其局限性和缺点。采用一个非线性压缩电路来提高低电平的强度，然后将其与为数众多的量化电平数值进行比较，高的输入振幅先被衰减，以便与低的量化电平数目进行比较，从而无论是低强度还是高强度的输入模拟信号，都具有相同的编码分辨率。压编法的反面即所谓的扩展法是在译码器中进行的。

诸如A线PCM、μ线，PCM和压缩△调制非线性编码技术，同样是公知的技术，但是这些技术仍然要求相当高的比特速率才能在编码精度上取得实际的效果。

由称之为自动增益控制法（AGC）和自适应量化法的技术中提供了另一种比特速率减缩的方法，例如在PCM中，这些系统就导至自适应PCM在相应的△调制技术中则称为连续变化斜率△调制（CUSD）和数字控制△调制。

这些技术采用变化的各量化电平或变化的各步距电平，这些电平是在一个特定时间点上，由信号变化的能量大小所确定的。此种方法可把数字转换器调整得适合于各种形式的信号电平，以便更精确的量化。