Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. Уменьшение полосы частот необходимой для передачи цифрового сигнала классической импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) возможно только уменьшением разрядности

Уменьшение полосы частот необходимой для передачи цифрового сигнала классической импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) возможно только уменьшением разрядности кодовой комбинации. Этот путь приводит к увеличению шага квантования и, следовательно, к снижению защищенности сигналов от шумов квантования. Этот недостаток можно значительно ослабить, если воспользоваться корреляционными связями между соседними отсчетами речевых сигналов, сигналов вещания и телевидения и квантованию и декодированию подвергать не абсолютную величину отсчета, а разность между предыдущим и последующим отсчетами исходного сигнала. Системы передачи, где кодированию подвергаются разности отсчетов, называются цифровыми разностными системами.

Поскольку диапазон разностей между отсчетами меньше самих отсчетов, то для кодирования величины разности требуется меньше разрядов при той же частоте дискретизации, что и в классической ИКМ. Такое формирование цифрового сигнала приводит к уменьшению полосы частот, необходимой для его передачи.

Способ формирования цифрового сигнала, при котором квантованию и кодированию подвергается сигнал разности между двумя соседними отсчетами, называется дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией.

Совокупность устройств, формирующий цифровой сигнал на основе ДИКМ, называется ДИКМ - кодером, а устройства, которые выполняют обратные преобразования, называются ДИКМ - декодером. ДИКМ - кодер и ДИКМ - декодер образуют ДИКМ - кодек.

Простейшим способом получения разности соседних отсчетов для ДИКМ-кодера является запоминание предыдущего входного отсчета непосредственно в налоговой памяти и использование аналогового вычитающего устройства устройства для получения разности, которая затем квантуется и кодируется для передачи. На приемном конце принятая цифровая последовательность сначала декодируется, в результате чего сначала восстанавливается последовательность квантованных приращений сигнала в моменты отсчетов, а затем путем последовательного суммирования с помощью интегратора они преобразуются в последовательность квантованных отсчетов сигнала и далее в исходный аналоговый сигнал.

Структурная схема такой реализации ДИКМ-декодека показана на рис.1. Здесь приняты следующие обозначения: ФНЧ – фильтр нижних частот, предназначенный для ограничения полосы частот первичного (информационного) сигнала и формирования сигнала С(t); ЭЗ – элемент задержки сигнала С(t) на время

Т, равное периоду дискретизации Т_д; на выходе ЭЗ формируется сигнал вида С(t- T_д); ДУ – дифференциальный усилитель, выполняющий роль вычитающего уст-

ФНЧ

С(t)

Д ФНЧ

C^¢(t)

ЭЗ

С(t)- C(t-T_д)

C(t –T_д)

ройства, на выходе которого получается разностный сигнал вида С(t) - С(t-T_д); Дискр – дискретизатор, осуществляющий дискретизацию разностного сигнала на выходе ДУ с частотой f_д, на выходе которого получается сигнал r(nT_д); Кодер – кодирующие устройство, формирующее ДИКМ цифровой сигнал; Декодер – декодирующее устройство, преобразующие принятый цифровой ДИКМ сигнал в отсчеты разностного сигнала; Интг – интегратор, преобразующий сигнал r^¢(nT_д) на выходе декодера в ступенчатый сигнал, который с помощью ФНЧ приема преобразуется в сигнал вида С¢(t), отличающийся от сигнала С(t) наличием шумов квантования и присущих ДИКМ искажений.

На рис.2 приведена схема кодека ДИКМ, содержащая в передающей части цепь обратной связи, включающей в себя декодер и интегратор.

ФНЧ

ФНЧ C(t)

С^¢(t)

Интг Декодер

Схема кодека рис.2 является более сложной по сравнению со схемой рис.1, так как предыдущая входная величина восстанавливается с помощью цепи обратной связи, в которой накапливаются кодированные разности значений отсчетов. По существу сигнал в цепи обратной связи представляет оценку входного сигнала, которая получается путем интегрирования кодированных разностей отсчетов.

Преимущество реализации кодека ДИКМ с цепью обратной связи состоит в том, что при этом шумы квантования не накапливаются неограниченно. Если сигнал в цепи обратной связи отклоняется от входного в результате накопления шу-

мов квантования, то при следующей операции кодирования разностного сигнала это отклонение автоматически компенсируется. В системе без обратной связи выходной сигнала, формируемый декодером на противоположном конце линии, может неограниченно накапливать шумы квантования.

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы декодека ДИКМ, приведены на рис.3.

C₃ DС₃

DC₂ Определение разностного сигнала

C₂

DC₁

C₁

t

C(t) – C(t – nT_д)

Разностный сигнал на выходе ДУ

t

С¢(t)

Формирование сигнала на выходе декодера

t

В начальный момент времени t₁ сигнал на выходе интегратора отсутствует, а сигнал на выходе дифференциального усилителя (ДУ) соответствует непрерыв-

ному сигналу. Дискретный отсчет с амплитудой С₁ квантуется и кодируется в кодере и затем через декодер поступает на интегратор (Интг), который запоминает его амплитуду до момента времени t₂ ( т.е. на время равное периоду дискретизации Т_д). В момент времени t₂ сигнал на неинвертирующем входе ДУ (+) равен аналоговому сигналу С₂, а на инвертирующем входе (- ) – С₁. На выходе ДУ получаем разностный сигнал DС₁=С₂ – С₁. После квантования и кодирования этой разности в линию поступает кодовая комбинация, соответствующая разности двух

соседних отсчетов. По цепи обратной связи через декодер амплитуда отсчета С₂ поступает на интегратор и запоминается им до момента t₃. В этот момент времени опять происходит определение разности DС₂, ее квантование кодирование и т.д. Когда сигнал на выходе интегратора (в момент t₄) больше аналогового сигнала, разность на выходе ДУ будет отрицательной. После квантования, кодирования и декодирования на выходе интегратора получится отрицательный скачок сигнала DС₃ на величину этой разности.

Как видно из рис.3, амплитуда разностей отсчетов меньше самих отсчетов, поэтому при одинаковом шаге квантования число разрядов в кодовой комбинации при ДИКМ меньше, чем при обычной ИКМ.

Эффективность ДИКМ можно проиллюстрировать следующим примером. Пусть преобразованию на основе ДИКМ подвергается синусоидальный сигнал частотой 800 Гц и амплитудой U_c

c(t) = U_c ·sin 2p ·800 t.

Амплитуду разностного сигнала можно получить путем дифференцирования с(t) и умножения ее на временной интервал между отсчетами Т_д = 1/f_д =1/8000 ( здесь f_д = 8000 Гц – частота дискретизации)

=U_c·2p·800·cos 2p·800 t;

çDc(t)ç_макс = U_c·2p·800 / 8000 = 0.628 U_c.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 591; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!