Одной из основных проблем повышения эффективности ЦСП является проблема уменьшения объема цифрового абонентского сигнала, выражаемого произведением частоты дискретизации на число разрядов кодовой комбинации. Эту задачу можно решить только за счет сокращения избыточности передаваемого первичного сигнала электросвязи, что требует индивидуальной (канальной) обработки. Поэтому дальнейший этап развития ЦСП предполагает широкое использование не групповых, а канальных кодеров и декодеров (кодеков) первичных сигналов. Для некоторых сигналов, например телевизионных, это представляется очевидным; для речевых (телефонных) сигналов переход на канальные методы кодирования требует обязательного учета стоимостных и массо-габаритных факторов, так как речевые кодеки являются самой многочисленной частью оконечной аппаратуры ЦСП. В настоящее время не создано такого варианта построения речевого кодека, который превосходил бы остальные по всем технико-экономическим показателям.
Многочисленные варианты канальных кодеков, как уже внедренные на цифровых сетях, так и обоснованные только теоретически, требуют определенной систематизации, которая может быть проведена по ряду показателей (признаков). Прежде всего различают кодеки по тому, в какой области — временной или частотной -- производится кодирование. Хотя изменения сигнала во времени и его частотный спектр однозначно связаны между собой, техническая реализация кодеков, осуществляющих кодирование во временной области, оказывается существенно проще, что и обусловило их широкое распространение. Кодеки этого типа, в свою очередь, делятся на два класса — с непосредственным кодированием отсчетов сигнала (кодеки с ИКМ) и с предиктивным кодированием (кодирование с предсказанием или разностно-кодовой модуляцией).
В ЦСП с ИКМ в цифровую форму преобразуются отсчеты мгновенных значений (выборок) непрерывного сигнала, взятые в дискретные моменты времени. При этом определяются знак (полярность) выборки и размах импульса (амплитуда). Формирование цифровой комбинации, соответствующей данной выборке, никак не связано с результатами кодирования предыдущих и последующих выборок. Соответственно на выходе декодера получают выборку определенной полярности и размаха, которая не зависит от предыдущих и последующих цифровых комбинаций. Такая независимость, с одной стороны, обеспечивает гибкость цифровой системы и возможность работы с сигналами различных источников. С другой стороны, это приводит к определенной информационной избыточности передаваемых сообщений и повышению требуемой скорости цифровой передачи.
В системах с разностно-кодовой модуляцией (РКМ) в цифровую форму преобразуются знак и амплитуда сигнала разности, образующегося в результате сравнения текущей и предсказанной выборок. Предсказанная выборка Unp.j в j-й момент времени jТдрассчитывается по определенному алгоритму в зависимости от точно известных значений выборок в предыдущие моменты времени (j — 1)Tд, (j — 2)Тд и т.д. Чем точнее предсказание, тем меньше разность (ошибка) предсказания ∆Uj = Uj – Unp.j, которая и является объектом цифрового преобразования. Естественно, чем меньше ∆Uj, тем меньше разрядность кодовой комбинации. Это и определяет выигрыш при использовании разностных методов кодирования.
Различают два основных разностных метода кодирования:
1) дифференциальная ИКМ (ДИКМ);
2) дельта-модуляция (ДМ).
Кодеки с ИКМ и РКМ могут иметь как фиксированные параметры (наиболее простая реализация), так и перестраиваемые (адаптивные), которые меняются в зависимости от тех или иных показателей первичного аналогового сигнала. Адаптивные кодеки (сокращенно АИКМ, АДИКМ, АДМ) могут менять такие параметры, как частота дискретизации, пределы шкалы квантования, шаг квантования и т.д. Каждый из них, в свою очередь имеет ряд вариантов, которые требуют самостоятельного рассмотрения.
Схема цифровой системы передачи с использованием ДИКМ в упрошенном виде представлена на рис. 14.1. На передающей стороне предсказанное значение Unp.j формируется из предшествующих отсчетов входного сигнала в предсказателе 1 и поступает на схему вычитания 2, где формируется разностный сигнал (ошибка предсказания):
∆Uj = Uj – Uпр.j. (14.1)
Далее этот сигнал поступает в кодер 3, который осуществляет цифровое преобразование сигнала ∆Ujточно так же, как это делают кодеры в ЦСП с ИКМ: определяется знак ошибки, квантуется модуль величины ∆Uj до ближайшего разрешенного уровня, а затем номер уровня кодируется в цифровую форму. Кодер может иметь линейную или нелинейную шкалу квантования.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.