|
| |
|
Главная Журналы Дд.2*-1, где До - минимальный интервал квантования. Для этой характеристики компрессора отношение максимального интервала к минимальному Дтах/Ао = 2. Таким образом, при максимальной разрешающей способности квгштователя для слабых сигналов (\х\ < Хп/64), соответствующей 14-разрядному равномерному квантованию, большие отсчеты {\х\ > Хл/2) квантуются с разрешающей способностью, отвечающей 8-разрядному квантованию. При этом общее число уровней квантования равно 2", т. е. для передачи сигнала достаточно иметь 10-разрядный двоичный код. На рис. 2.9. показана кусочно-линейная характеристика типа л=15/7, которую применяют в цифровой аппаратуре передачи сигналов. 4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯЦИИ Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) [2] использует корреляцию между отсчетами сигнала, т. е. кодируется только разность между соседними отсчетами. Результаты измерений разностей накапливаются затем в декодере для восстановления сигнала. По существу, эти системы кодируют крутизну или производную сигнала на передающей стороне и восстанавливают сигнал путем интегрирования на приемной стороне. Для получения разности отсчетов в ДИКМ-кодера необходимо запомнить предыдущий отсчет непосредственно в аналоговой памяти (АП) и подать его на аналоговое вычитающее устройство для измерения. Изменения сигнала затем квантуются и кодируются для передачи. Для повышения надежности устройства предназначена цепь обратной связи (ЦОС) в виде ЦАП (рис. 2.10, а). Эта схема является более сложной, так как предыдущая входная величина восстанавливается с помощью цепи обратной связи, в которой накапливаются кодированные разности отсчетов. Сигнал ЦОС представляет собой оценку входного сигнала, которая получена интегрированием кодированных разностей отсчетов. Вследствие этого сигнал обратной связи, полученный таким же образом, используется в декодере для восстановления формы исходного сигнала. Преимущество схемы с ЦОС состоит в" том, что ошибки квантования не накапливаются неограниченно. Если сигнал в ЦОС отклоняется от входного в результате накопления ошибок квантования, то при следующей операции кодирования разностного сигнала это отклонение автоматически компенсируется. Системы с ДИКМ можно выполнить различными способами в зависимости от разделения функций обработки между аналоговыми и цифровыми сигналами. . На рис. 2.10, б изображена схема ДИКМ с аналоговым дифференцированием и интегрированием Аналого-цифровому преобразованию подвергается разностный сигнал, а цифроаналоговому в ЦОС - непосредственно код разности. Для интегрирования используется суммирование и запоминание в аналоговой памяти. На рис. 2.10, в показана схема ДИКМ с цифровым интегрированием. Код разности суммируется и накапливается в регистре для получения цифрового представления предыдущего входного отсчета. Для получения из ЦОС аналогового сигнала, применяемого для вычитания, используется ЦАП на полный динамический диапазон сигнала. На рис. 2.10, г изображена схема ДИКМ, в которой вся обработка сигналов выполняется при помощи цифровых логических схем. АЦП формирует кодовые комбинации, соответствующие различным отсчетам с полным амплитудным диапазоном, которые сравниваются с аппроксимированными значениями кодовых комбинаций предыдущего отсчета, полученными цифровым методом. Концепцию ДИКМ можно расширить и использовать в качестве предсказывающих устройств для более чем одного предшествующего отсчета. На рис. 2.U показана схема ДИКМ с тремя "порядками предсказания. Дополнительную избыточность, получаемую от всех предшествующих отсчетов, можно оценить и суммировать для получения лучшей оценки следующего входного отсчета. Диапазон ошибок, предсказания уменьшается, и можно кодировать с меньшим числом ч>нч Аналоговый ёкоднвй сигнал  кодер АИЛ 1оВиробаннь1» разностные дискреты Ч>НЧ Кодер + Декодер ФНЧ иап "4© / 5 ФНЧ Кодер Декодер ФНЧ 
гистр цап -f Ч>НЧ Кодер Дг , АЦП -j- Регистр Регистр Декодер ФИЧ ЦАП - ЯЬ Рис.. 2.10. Структурная схема одномерной САУТП Декодер ФНЧ  Рис. 2.11. Структурная схема ДИКМ с тремя порядками предсказания tpHQ Иодер -гаси  Декодер Рис, 2.12. Структурная схема кодера и декодера при дельта-модуляции разрядов. В частности, для схемы, показанной на рнс. 2.11, использующей аналоговое интегрирование, можно уменьшить кодовые комбинации на 1,5-2 разряда на отсчет. Следовательно, в таких ДИКМ можно получить равноценное качество передачи на меньшей скорости. Так, при скорости передачи 64 кбит/с система с ИКМ имеет то же качество, что и на скорости 48 кбит/с система с тремя порядками предсказания. Другой качественно более высокой ступенью ИКМ является дельта-модуляция (ДМ), которая представляет собой разновидность ДЦКМ. Она дает сопоставимое качество, но. проще в реализации. В системах с ДМ используется только один разряд на отсчет разностного сигнала. Он показывает только полярность отсчета и указывает, увеличился или уменьшился сигнал за время, прошедшее после последнего отсчета. Аппроксимируется входной сигнал в ЦОС путем формирования «ступеньки вниз», если разность отрицательна (нуль) и «ступеньки вверх», если разность положительна (единица). Сигнал кодируется последовательностью «подъемов» и «спусков», образуя ступенчатую функцию. Ступеньки создаются в одном направлении, пока значения аппроксимирующего сигнала в два последовательных момента времени не окажутся по разные стороны кривой входного сигнала. В этот момент ступеньки меняют направление на обратное до тех пор, пока снова не повторится этот процесс. Это позволяет с помощью сглаживающего фильтра правильно восстановить входной сигнал. В каждом кодированном отсчете содержится относительно небольшое количество информации, и системы с ДМ требуют более высокой частоты дискретизации, чем системы с ИКМ и ДИКМ. Эту частоту следует выбирать намного выше минимальной частоты дискретизации, равной удвоенной полосе, что необходимо для лучшего предсказания следующего отсчета. Реализация кодера и декодера при ДМ выполняется довольно просто (рис. 2.12). Аналого-цифровое преобразование в этой схеме осуществляется компаратором, формирующим положительное напряжение разности как единицу, а отрицательное как нуль. Цифроаналоговое преобразование выполняется генератором импульсов с двумя полярностями и интегратором, который состоит из конденсатора, накапливающего заряды от импульсного генератора. В дельта-модуляторе можно использовать простые сглаживающие фильтры для ограничения полосы входного сигнала и его сглаживания. Иногда кодированный сигнал может «отстать» от входного более чем на размер шага. Это происходит, когда дельта-модулятор не в состоянии отслеживать быстрые изменения во входном сигнале. Такое явление называется «перегрузка по крутизне». Основная причина этого явления - превышение максимальной скорости изменения сигнала, которую можно получить в ЦОС. Так как эта скорость равна произведению размера шага на частоту дискретизации, условие перегрузки выполняется при \dx(f)ldt\ < AxU, (2.20) где x{t)-входной сигнал; Ах - размер шага; fs - частота дискретизации. При расчете дельта-модуляции необходимо учитывать кроме перегрузки по крутизне также шум квантования (гранулярный шум). Шум квантования мож- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 |
||||||||||||||||||||||||||||