Принципы записи с использованием импульсно-кодовой модуляции

На рис.4.1 представлена упрощенная блок-схема процес­са кодирования, который типичен для оборудования, используемого при записи на КД звукового сигнала.

Для записи на КД используется ИКМ-модуляция. Особенностью ИКМ-систем является то, что аудиосигнал снимается периодически и представляется в виде дво­ичного кода. При описании оцифровывания аналогового сигнала необходимо кратко напомнить некоторые понятия.

Выборкой называют измерение амплитуды аналогового сигнала в определенные интервалы или точки времени. Схема выборки служит для того, чтобы трансформировать аналоговый сигнал в импульсный амплитудно-модулированный с фик­сированными интервалами времени. Частоту снятия амплитуды на­зывают частотой выборки. Согласно теореме Котельникова, после дискретизации могут быть правильно восстановлены только те ча­стоты, которые меньше, чем половина частоты выборки. Скорости осуществления выборки 44,1 кГц при записи аудиосигнала на КД больше чем достаточно для типичного звукового диапазона от 0 до 20 кГц. Как правило, схема выборки соединена со схемой хранения, так как здесь устанавливаются границы скоро­сти выполнения квантования.

Дискретизация, или квантование - это процесс, который про­исходит в фазе захвата. Амплитуда периодически снимаемого и крат­ковременно фиксируемого аудиосигнала разбивается на фиксиро­ванные ступени.

Для обеспечения воспроизведения Hi-Fi-сигнала устанавлива­ют 14 – 16 шагов квантования, которые дают воз­можность представить выборку в виде 16384 – 65536 значений и которые к тому же должны содержать еще один су­щественный аспект.

Линейная дискретизация внутри всего диапазона амплитуды сиг­нала имеет постоянную (одинаковую) ширину шага. В случае му­зыкальных или других сигналов, которые имеют относительно боль­шой динамический диапазон, шаг дискретизации при больших амплитудах должен быть больше, а при малых амплитудах – мень­ше, чтобы имелась возможность понизить сумму передаваемых дан­ных (рис.4.2). А так как человеческое ухо имеет логарифмичес­кую звуковую восприимчивость, такая нелинейная дискретизация имеет прямой смысл.

Уровень шумов при цифровой записи можно рассматри­вать как следствие дискретизации (рис.4.3). Шумы квантования неизменно являются следствием процесса квантования, при кото­ром амплитуда снимаемых сигналов, которые еще являются анало­говыми, превращается вряд определенных конечных значений. При этом между исходным сигналом и его цифровым значением образу­ется небольшое расхождение.

Эти ошибки называют шумами квантования. В ИКМ-системах отношение сигнал/шум в основном определяется этими шумами, из чего следует прямой вывод: чем меньше шаг квантования, тем меньше и шумы.

Если входная частота меньше, чем половина частоты выборки , то квантованный сигнал можно опять преобразовать в его первона­чальную форму. Перед схемой выборки и хранения (УВХ) распола­гают фильтр низкой частоты (ФНЧ), чтобы отделить ненужные высокие частоты. В случае, если частота среза ФНЧ (верхняя гра­ничная частота) слишком высока, могут возникать интермодуляци­онные шумы (рис.4.4).

Преобразование квантованных амплитуд в импульсный код назы­вают кодированием. Квантование и кодирование про­исходит в аналого-цифровом преобразователе (АЦП), на выходе которого представляется сигнал в формате импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

Недостатком ИКМ-записи является то, что даже один непра­вильно переданный бит при воспроизведении может вызывать очень громкий щелчок. Чтобы избежать такого эффекта, при ИКМ-запи­си используют различные специальные способы распознавания и исправления ошибок.

Дата добавления: 2014-01-06