Размещено на http://www.allbest.ru/

ОКОНЧАНИЕ лекций № 09 и10

Достоинство двоичных кодов - возможность реализации с помощью простых кодирующих устройств.

Недостаток - низкая помехозащищенность (так, искажения одного импульса с большим весом в кодовой комбинации приводит к резкому изменении амплитуды сигнала при восстановлении на приеме. Это воспринимается в виде «щелчков» в телефоне). Импульсы ПЕР 00 ПРМ 10 амплитуда увеличилась.

По принципу формирования кодовой комбинации двоичного кода кодеры делятся на три основные группы:

счетного типа;

взвешивающего типа;

матричные.

ИКМ-кодеки, используемые в современных многоканальных ЦСП, имеют кодеры взвешивающего типа.

Принцип работы кодирующего устройства взвешивающего типа можно представить как процесс поэтапного взвешивания на чашечных весах, снабженных указателями (стрелкой) «словами больше - 1», «меньше - 0».

Рассмотрим на примере кодирования отсчета кодовой комбинацией из трех элементов.

На одну чашу весов помещается дискретный отсчет сигнала (АИМ-2), подлежащий кодированию, например с весом . На другую чашу весов последовательно устанавливаются эталоны (гири), начиная с эталона наибольшего веса. Вес эталона выбирается кратным . Для кодирования кодовой комбинацией из трех элементов необходимы эталоны 2²1 = 4; 2¹1 = 2; 2⁰1 = 1.

На первом этапе (такте) взвешивания ставим эталон 2²1 = 4, в результате 4 < 5,3, стрелка покажет «1», на первую позицию кодовой комбинации записываем «1».

На втором этапе к 4 добавляем эталон 2¹1 = 2, в результате 4+2>5.3, стрелка покажет «0», на вторую позицию записываем «0» и убираем с весов эталон 2.

На третьем этапе добавляем эталон 2⁰1 = 1, в результате 4+1<5.3, стрелка покажет «1», на третью позицию запишем «1».

Таким образом, на весах стоят эталоны 2²1, 2¹1 и 2⁰1 (4, 2 и 1), т.е. сформирована комбинация «1 0 1».

Принцип построения кодирующего устройства взвешивающего типа (для кода из трех элементов) при положительных значениях уровней входного сигнала показан на рис.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Состав:

компаратор (К);

формирователь эталонных сигналов (ФЭС);

логическое устройство (ЛУ);

преобразователь кода (ПК).

Компаратор (указатель больше-меньше) определяет знак разности между амплитудой тока кодируемого отсчета I_с и суммой эталонных токов I_э.

Если I_с- I_э>0, то на выходе компаратора «0».

Если I_с- I_э<0, то на выходе компаратора «1».

Перед началом кодирования все выходы ЛУ устанавливаются в состояние «0».

В моменты, предшествующие такту кодирования выходы ЛУ последовательно, начиная с первого, переводятся в состояние «1». Решение компаратора это состояние сохраняет, если в момент такта кодирования на его выходе формируется «0». Если на выходе компаратора формируется «1», то соответствующий выход ЛУ переводится в «0».

Работу кодирующего устройства поясним на примере кодирования отсчета с амплитудой I_с = 5.3.

Первый такт. Замыкается кл.1, первый выход ЛУ переводится в «1» I_с- I_э = 5.3-4>0, на выходе компаратора - «0», состояние первого выхода ЛУ сохраняется, т.е. «1».

Второй такт. Замыкается кл.2; второй выход ЛУ переводится в «1» I_с- I_э = 5.3-(4+2)<0, на выходе компаратора - «1», состояние второго выхода ЛУ изменяется с 1 на 0 и размыкается кл.2; на втором выходе ЛУ - «0».

Третий такт. Замыкается кл.3; (кл.1 - замкнут, кл.2 - разомкнут); третий выход ЛУ переводится в «1» I_с- I_э = 5.3-(4+1)>0, на выходе компаратора - «0»; состояние третьего выхода ЛУ сохраняется, т.е. «1».

Таким образом, в ЛУ записана кодовая комбинация 1 0 1.

По мере формирования кодовой комбинации в ЛУ ПК преобразует ее в последовательность двоичных символов, представляющих собой выходной сигнал кодера.

Примечание: кроме процесса кодирования, в кодирующем устройстве осуществляется также операция квантования. Она реализуется в последнем такте. Максимально возможное значение абсолютной ошибки квантования равно 1-д.

В рассмотренном примере абсолютная ошибка равна 0.3 д.

3 ИКМ- кодеки с неравномерным квантованием.

Указанные во втором вопросе недостатки равномерного квантования могут быть устранены:

обеспечением АРУ средней мощности сигнала на входе ИКМ- кодека с целью сведения к минимуму разброса амплитудных значений этого сигнала (уменьшение динамического диапазона). Однако это существенно усложняет АЦП (на практике не используется);

неравномерным квантованием (широко используется).

Сущность неравномерного квантования.

При неравномерном квантовании шаг квантования изменяется, возрастая с увеличением уровня сигнала.

При таком подходе абсолютная ошибка квантования д возрастает с увеличением уровня сигнала, но ее относительное значение, т.е. д_отн= д/U_c, при изменении уровня сигнала не меняется.

Неравномерное квантование может быть реализовано несколькими способами:

аналоговое компандирование;

цифровое компандирование;

нелинейное кодирование и декодирование.

Рассмотрим сущность аналогового компандирования.

Перед кодированием в ИКМ- кодере с помощью компрессора происходит сжатие динамического диапазона входного сигнала.

В ИКМ-декодере после декодирования с помощью экспандера осуществляется расширения динамического диапазона (т.е. восстановление исходного динамического диапазона).

Совместный процесс сжатия и расширения динамического диапазона называется компандирование.

Амплитудные характеристики компрессора (1) и экспандера (2) приведены на рисунке.

В результате использования компрессии сигнала перед квантованием и кодированием реализуется операция неравномерного квантования.

Собственно квантователь имеет одинаковый шаг квантования д, а совместно с компрессором разный (д₁,д₂,…). Для малых р_вх- малый шаг, для больших р_вх- большой шаг.

В зависимости от математического выражения описывающего амплитудную характеристику компрессора р_вых=ц(р_вх) различают:

А-закон компрессии



у =

коэффициент компрессии = 87,6

м-закон компрессии

.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Недостатком аналогового компандирования является то, что очень сложно получить с большой точностью взаимообратные характеристики компрессора и экспандера, что приводит к нелинейным искажениям передаваемых сигналов.

Рассмотрим сущность цифрового компандирования.

В реальных ИКМ- кодеках вместо плавной амплитудной характеристики, которую имеют аналоговые компандеры, применяют так называемые сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную апроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями.

Наибольшее распространение получила сегментная характеристика компандирования типа А=87,6/13, где:

аппроксимация амплитудной характеристик производится по закону А (с А=87,6).

сама характеристика строится из 13 сегментов.

Такая характеристика приведена на рис.

она содержит в положительной области восемь сегментов (С₁,С₂,…С₈). Аналогично строится характеристика для отрицательной области входного сигнала.

четыре сегмента (два в положительной области С₁,С₂ и два в отрицательной) объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13.

Каждый из 16 сегментов содержит 16 шагов (уровней ) квантования, а общее число уровней равно 256, из них 128 положительных и 128 отрицательных областей.

Шаг квантования по оси входного сигнала внутри каждого сегмента равномерный, а при переходе от одного сегмента к другому увеличивается в два раза (начиная с центрального).

Шаг квантования по оси выходного сигнала равномерный во всех сегментах.

Кодирование осуществляется за восемь тактов (т.е. формируется кодовая комбинация из восьми символов) и включает три этапа:

1 этап (первый такт)- определение и кодирование полярности входного сигнала;

2 этап (2,3,4 такт)- определение и кодирование номера сегмента;

3 этап (5,6,7,8 такт)- определение и кодирование номера уровня квантования.

В результате выполнения указанных операций формируется восьмиразрядная кодовая комбинация двоичных символов.

Кодирование на 2 и 3 этапах осуществляется по ранее рассмотренному принципу кодирующего устройства взвешивающего типа.

ИКМ- кодер, в основу работы которого положены сегментные характеристики компрессии и кодирующее устройство взвешивающего типа, называют нелинейный кодер взвешивающего типа с цифровой компрессией.

Кодер содержит:

К - компаратор;

ФЭС-1- формирователь эталонных сигналов (положительных- 1024;512;256;128;64;32;16;8;4;2;1);

ФЭС-2- формирователь эталонных сигналов (отрицательных);

БКЭ- блок комутации эталонов;

КЛ- логика компрессора;

ЦР- цикловой распределитель;

ПК- преобразователь кода.

Работа К, ФЭС, ЦР, (ЛУ), ПК- аналогична рассмотренному во 2 вопросе кодеру взвешивающего типа. Согласно логике работы КЛ с помощью БКЭ в ФЭС формируется необходимый эталон.

Рассмотрим работу схемы кодера на примере кодирования дискретного отсчета с условным весом 410 ед.

Й-этап (1 такт):

1-й выход ЦР переводится в ”1”;

через БКЭ включается ФЭС-1, но I_э=0;

Iс-I_э=410-0>0, на выходе К=>"0";

состояние 1 выхода ЦР сохранится, т.е. "1" (зафиксировать положительные полярности).

II-этап (2 такт ):

2-й выход ЦР переводится в "1";

в ФЭС-1 включается эталон I_э4=128;

Iс-I_э=410-128>0, на выходе К=>"0";

состояние 2 выхода ЦР сохранится, т.е. "1".

(3 такт):

3-й выход ЦР переводится в "1";

в ФЭС-1 включается эталон I_э6=512;

410-512<0, на выходе К=>"1";

состояние 3 выхода ЦР изменится, т.е. "0".

(4 такт):

4-й выход ЦР переводится в "1";

в ФЭС-1 включается этап I_э5=256;

410-256=0, на выходе К=>"0";

состояние 4 вывода ЦР сохранится, т.е. "1";

Т.О. во 2,3,4 тактах сформулирована кодовая комбинация 101, которая указывает , что кодируемый отчет находится в пределах 5 сегмента (всего их восемь: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7).

III этап (5 такт):

5-й выход ЦР переводится в “1”;

в ФЭС-1 дополнительно подключается еще один эталон I_э4, т.е. I_э = I_э5 + I_э4=256+128=384;

410-384>0, на выходе К=>"0";

состояние 5 выхода ЦР сохранится, т.е. “1”;

(6 такт):

6-й выход ЦР переводится в “1”;

в ФЭС I_э4+I_э5+I_э3=256+128+64=448;

410-448<0, на выходе К=>"1";

состояние в выходе ЦР изменится, т.е. “0”;

эталон I_э3=64 отключается;

(7 такт):

7-й выход ЦР переводится в”1”;

в ФЭС 256+128+32=416, 410-416<0, на вых. К=>"1";

состояние 7 выхода ЦР изменится, т.е. “0”, (I_э2 =32- отключ.).

(8 такт):

8-й выход ЦР переводится в “1”;

в ФЭС 256+128+16=400;

410-400>0, на выходе К=>"0";

состояние 8 выхода ЦР сохранится, т.е. “1”.

Т.О. по окончании третьего этапа кодирование 5,6,7,8 выходов будет иметь состояние 1001, что в двоичном коде указывает на 9-й уровень квантования находящемся в 5 сегменте этапа II.

Итак дискретный отсчет с условным весом 410 ед. закодирован 8-ми разрядной кодовой комбинацией, 1 101 1001, указывающей что кодируемый отсчет:

а) имеет положительную полярность;

б) находится в пятом сегменте;

в) находится в зоне 9 уровня квантования в пятом сегменте (89 уровня квантования по общей нумерации);

г) имеет вес 400 усл.ед.

Примечание: Ошибка квантования составила 10 усл.ед. (max значение в 6 секторе=16 усл.ед.). нелинейный кодеки декодер

Заключение: 1) принцип работы ИКМ-декодера аналогичен ИКМ-кодеру, только обратной последовательности преобразования сигналов;

2) нелинейные кодеки взвешивающего типа с цифровой компрессией находят широкое применение в современной КОА ЦСП в качестве как индивидуальных так и групповых кодеков;

3) вопросы технической реализации ИКМ-кодеков будут рассмотрены на практическом занятии № 09.

Размещено на Allbest.ru

...