Цифровые методы передачи непрерывных сигналов

Развитие информационных систем предполагает объединение и распределение разнообразных по форме потоков сигналов, запоминание и хранение информации, обеспечение безопасности её. Все эти задачи гораздо успешнее решаются для дискретных сигналов, нежели для непрерывных. Теоретической основой методов преобразования непрерывных сигналов в дискретную форму и обратного является теорема отсчётов (теорема В.А. Котельникова).

Рассмотрим два метода из большого числа их:

1. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

Данное преобразование состоит из трёх этапов (рис. 6.4)

- дискретизации,

- квантования,

- кодирования.

s(t)

4

3 ΔS

2

1

t1 t2 t3 tk tk+1 t

t

Рис.6.4

Дискретизация по времени сигнала s(t) осуществляется согласно теореме Котельникова: на интервале наблюдения T задаются T/Δt мгновенных значений сигнала s(t),равноудалённых друг от друга на интервал Δt=1/2Fm,где Fm – верхняя частота спектра сигнала.

Квантование сопровождается разбиением диапазона изменения значений сигнала на К уровней, с шагом квантования ΔSk. При этом в каждой точке отсчёта ti отображается не мгновенное значение, а ближайший уровень квантования.

Число уровней и шаг квантования определяется требуемой точностью воспроизведения сигнала. Для высококачественной передачи речевых сигналов достаточно К=128256 уровней.

С целью уменьшения шумов квантования желательно применять неравномерный шаг квантования. Уровни сигнала, появляющиеся с большей вероятностью, должны иметь меньший шаг квантования. Опыт показывает, что неравномерное квантование целесообразно осуществлять по логарифмическому или экспоненциальному законам. Техническая реализация неравномерного квантования основана на следующем:

а)сначала диапазон сигнала сжимается (компрессируется) по выбранному закону, эта операция называется командированием;

б)сжатый сигнал равномерно квантуется, кодируется и передаётся;

в)на приёме, после декодирования, диапазон сигнала вновь расширяется по тому же закону, по какому было осуществлено сжатие его.

Кодирование представляет собой преобразование уровня сигнала в последовательность бинарных символов – кодовые комбинации. Общее число символов кодовой комбинации должно уместиться в промежутке Δt – шаге дискретизации.

2. Дельта – модуляция.

Для многих непрерывных источников характерна взаимозависимость соседних отсчётов сигнала. Поэтому целесообразно передавать не сами уровни сигналов, а только приращения их за шаг дискретизации. При этом символ “+1” передаётся, если величина приращения положительна и повышает установленный порог; символ “-1” передаётся, если знак приращения отрицательный и также повышает порог по величине. В других случаях передаётся “0”.Возможны и бинарные системы.

В качестве эталона для сравнения используются уровни аппроксимирующей функции сигнала (рис. 6.5).

s(t)

t

0 +1 +1 0 0 0 -1 0 -1 0 0 0 0 +1 +1 0 0 0

Рис.6.5