Телефонный сигнал

Выбор кода аналого-цифрового преобразователя

Кодирование отсчетов квантованного АИМ-сигнала осуществляется устройством, которое называется кодером или аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Кодирование двуполярных отсчетов квантованного АИМ-сигнала осуществляется симметричным кодом, в котором для обозначения знака полярности отсчета используется первый разряд («1» используется для обозначения положительного отсчета, а «0» – для обозначения отрицательного отсчета), а остальные разряды используются для обозначения абсолютной величины.
Весьма удобным графическим представлением кодов является таблица – кодовый растр, иллюстрирующий всю кодовую таблицу путем представления ее комбинацией по порядку уровней, рисунке 3.1. На рис. 3.1,а показана кодовая таблица 4-разрядного натурального двоичного кода; единицы (знаки) и нули (пробелы) показаны соответственно черными и белыми квадратами; на рисунке 3.1, б приведена кодовая таблица симметричного двоичного кода, где все разряды, кроме высшего, используются для кодирования абсолютного значения уровня отсчета в виде двоичного кода.



Рисунок 3.1. Таблица двоичных кодов: a – натурального; б – симметричного

Кодирование по А-закону компандирования предусматривает разбиение характеристики компандирования на сегменты, в пределах которых осуществляется линейное квантование с соответствующим этому сегменту шагом квантования. Число разрядов для кодирования номера сегмента рассчитывается по формуле

,

где D_c – динамический диапазон сигнала, определенный по методике изложенной выше.

В пределах каждого сегмента число шагов квантования является величиной постоянной. Число разрядов для кодирования уровней в пределах сегмента равно:

Таким образом, кодовая комбинация, необходимая для кодирования АИМ квантованных отсчетов будет иметь вид:

.

Рассчитаем и по формулам (1.11) и (1.12) соответственно

По итогам расчета получим кодовую группу имеющую вид Q₁Q₂Q₃Q₄Q₅Q₆Q₇, где символ Q₁ (0 или 1) обозначает полярность кодируемого отсчета; Q₂Q₃Q₄ – символы, обозначающие номер сегмента, в который попадает кодируемый отсчет, и представляющие собой натуральный двоичный код номера сегмента; Q₅Q₆Q₇ – символы обозначающие номер уровня квантования внутри сегмента.

Уровни квантования, соответствующие нижним границам сегментов, образуют ряд 0δ, 16δ, 32δ, … 1024δ (δ – минимальный шаг квантования). В пределах каждого сегмента 16 уровней квантования формируются с помощью четырех эталонных сигналов. Значения этих сигналов для каждого сегмента и алгоритм кодирования номера сегмента показаны в таблице 3.2.

Таблица.3.2

Для формирования всех уровней квантования при кодировании сигнала одной полярности, как следует изрисунке 3.2, достаточно 11 эталонных сигналов; при кодировании одного отсчета одновременно используется не более пяти эталонных сигналов: один для определения границы сегмента и четыре для определения шага квантования в пределах сегмента.

Для уменьшения искажений при декодировании используется 12-й корректирующий эталон, равный половине минимального шага квантования сегмента, в котором находится конкретный отсчет. Согласно проведённому расчёту, число разрядов для кодирования уровней в пределах сегмента равно трём, следовательно, при кодировании будет использоваться только три старших эталонных разряда. Структурная схема нелинейного АЦП приведена на рисунке 3.3, где приняты такие обозначения: К – компаратор; БКЭ – блок выбора и коммутации эталонных сигналов; ГЭТ+ – генератор положительных эталонных сигналов; ГЭТ- – генератор отрицательных эталонных сигналов; КЛ – компрессирующая логика; ЦР – цифровой регистр; ПК – преобразователь кода из параллельного в последовательный; ГО – генератор тактовой частоты.



Рисунок 3.3. Структурная схема нелинейного АЦП

Структурная схема нелинейного декодера – цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) приведена на рисунке 3.4, где, кроме уже приведенных обозначений, используется новое: ЭЛ – экспандирующая логика. Для уменьшения искажений при декодировании используется 12-й корректирующий эталон, равный половине минимального шага квантования сегмента, в котором находится конкретный отсчет.

Рисунок 3.4. Структурная схема нелинейного ЦАП.

Рассмотрим пример определения структуры кодовой комбинации отсчета U_отс = 185₀.

1. 
   Т.к. отсчет положительный, то Q₁ = 0.
   
2. 
   Определение номера сегмента. Из рисунк 3.2 следует, что отсчет с амплитудой 185₀ попадает в пятый сегмент с диапазоном входных амплитуд 128₀…256₀. Следовательно, код этого сегмента имеет вид 100.
   
3. 
   Для определения символа Q₅ составляется сумма U₁ = U_нг + U_эт3 , где U_нг – нижняя граница сегмента, U_эт3 – высший эталон напряжения сегмента. Амплитуда исходного отсчета сравнивается с полученной суммой. Если отсчет больше суммы – 1, нет – 0. В нашем случае U_нг = 128 и U_эт3 = = 64, U₁ = 192>U_отс = 185. Следовательно, Q₅ = 0.
   
4. 
   Для определения символа Q₆ составляется сумма U₂ = U_нг + Q_5U_эт3+ + U_эт2. Для нашего примера имеем: U_эт2 = 32, U₂ = 160₀отс = 185₀. Следовательно, Q₆ = 1.
   
5. 
   Для определения символа Q₇ составляется сумма U₃ = U_нг + Q_5U_эт3+ +Q_6U_эт2 +U_эт1; U_эт1 = 16, U₃ = 176>U_отс = 185. Следовательно, Q₇ = 1.
   

Т.о., заданному отсчету соответствует кодовая комбинация 1100011.