Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ)

Наибольшим искажениям квантования при ДИКМ подвергаются разностные сигналы малой величины. Для уменьшения этих искажений можно применить неравномерное квантование, при котором шаг квантования возрастает по мере увеличения значения разностного сигнала. Такой метод разностного кодирования называется адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (АДИКМ), поскольку при этом происходит адаптация величины шага квантования к параметрам кодируемого сигнала. Функциональная схема кодека АДИКМ приведена на рис.4.

Рис. 4. Функциональная схема кодека АДИКМ

DС _пр

С _пр

DС _пр

(С _{пр i} + DС _{пр i} )

С _пр

С (t)

ВУ

СС

АЦП

ПК

НЦП

ЦАП

С ^¢(t)

ПРДС

ГО

БУ

НЦП

ЦАП

S₁

ПРДС

S

DС _пр

На выходе вычитающего устройства ВУ формируется разностный сигнал DС _пр, получаемый как разность входного сигнала С (t) и суммарного сигнала предсказания и его разности, формируемого кодеком. Кодек АДИКМ представляет собой замкнутую систему с цепью обратной связи, в которую включено устройство, называемое предсказателем (ПРДС). На передающей стороне предсказанное значение С _{пр i} формируется из предшествующих отсчетов входного сигнала в ПРДС, которые поступают на сумматор S₁. На второй вход сумматора S₁ поступает разностный сигнал DС _{пр i}, который формируется схемой сравнения СС, блоком управления БУ, нелинейным цифровым преобразователем НЦП, представляющим экспандер с коэффициентом экспандирования, изменяющимся под воздействием сигналов от блока управления БУ. Этим самым изменяется шаг квантования в соответствии с изменениями крутизны входного сигнала и, следовательно, осуществляется процесс адаптации. Сигнал DС _{пр i} формируется такой величины и знака, чтобы с точностью до ошибки квантования выполнялось условие С_i -(С _{пр i} + DС _{пр i} )»0. Процесс взвешивания контролируется схемой сравнения СС, второй вход которой имеет нулевой потенциал. Формирователь кода ФК формируют кодовую комбинацию соответствующую разностному сигналу DС _{пр i} . На приемной стороне преобразования производятся в обратном порядке, только преобразователь кода ПК формирует цифровую комбинацию, соответствующую DС _{пр i} в параллельном коде.

С более общей точки зрения ДИКМ представляет собой особого рода линейный предсказатель с кодированием и передачей ошибок предсказания. Сигнал в цепи обратной связи систем с ДИКМ (рис.2 и рис.4) представляет собой предсказание первого порядка значения следующего отсчета, а разность между значениями отсчетов является ошибкой предсказания. С этой точки зрения реализацию ДИКМ можно расширить таким образом, чтобы включить в цепь предсказания значения более чем одного предсказания (значения более одного предшествующего отсчета). За счет этого дополнительная избыточность, извлекаемая из всех предшествующих отсчетов, может быть взвешена и суммирована для получения лучшей оценки значения следующего входного отсчета. В связи с улучшенной оценкой диапазон ошибок предсказания уменьшается, что дает возможность кодирования с меньшим числом разрядов. Для систем с постоянными коэффициентами предсказания большая часть реализуемого выигрыша достигается, когда используются значения только трех последних отсчетов. Типовой вариант кодера с линейным предсказанием (КЛП) на основе значений трех последних отсчетов, приведен на рис.5. Возможна реализация запоминающих устройств ЗУ (интеграторов) как аналоговой, так и цифровой схемотехникой.

Ранее отмечалось, что с ДИКМ и АДИКМ (предсказание первого порядка) обычно получается уменьшение разрядности кодовой комбинации соответствующего отсчета на один разряд по сравнению с числом разрядов в системах с ИКМ при эквивалентных показателях качества передачи. В системах с ДИКМ с предсказанием третьего порядка (рис.5) может быть достигнуто уменьшение на 1,5..2 разряда. Таким образом, ДИКМ с предсказанием может обеспечить сопоставимое с ИКМ качество при скорости передачи 48 кбит/с. Рассмотренные виды ДИКМ могут существенно снизить скорость передачи цифрового сигнала, но использование их невелико, так как дельта-модуляция, рассматриваемая ниже, дает сопоставимое качество передачи с ДИКМ при более простой реализации.

+ -

S

АЦП

С (t)

ЦАП

S

a₁

a₂

a₃

ЗУ

ЗУ

ФНЧ

ЗУ

ЦАП

S

a₁

a₂

a₃

ЗУ

ЗУ

ЗУ

Декодер

Кодер

Рис. 5. Система ДИКМ с тремя порядками предсказания  

С^¢ (t)

ФНЧ

Разработал: доцент И.Герасимов

Дата добавления: 2014-01-15