Лекция №10. При равномерном квантовании обеспечить высокую защищенность от шумов квантования для всех сигналов, в том числе и для слабых

НЕРАВНОМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕ

При равномерном квантовании обеспечить высокую защищенность от шумов квантования для всех сигналов, в том числе и для слабых, можно только увеличив число разрядов на отсчет при кодировании. При увеличении m - числа разрядов пропорционально растет скорость цифрового потока.

Для повышения отношения С-Ш при малых уровнях входных сигналов при той же разрядности применяют неравномерное квантование. При неравномерном квантовании происходит повышение С-Ш для малых сигналов за счет уменьшения этого отношения для больших (по сравнению с равномерным).

Устройство, реализующее неравномерное квантование с использованием мгновенного компандирования (рис.9.3) состоит из последовательно соединенных компрессора К, квантователя КУ с равномерной шкалой квантования и экспандера Э.

Компрессор имеет нелинейную амплитудную характеристику, называемую характеристикой компрессии (рис.9.4).

Из рис.9.4. видно, что равномерному шагу на выходе компрессора (на входе квантователя) соответствует неравномерный шаг для входного сигнала компрессора. Причем в области слабых входных сигналов шаг для входного сигнала меньше. Экспандер включается на приемной стороне после ЦАП. Амплитудная характеристика экспандера обратна характеристике компрессора.

К КУ Э

Рис.9.3. Структурная схема неравномерного квантования.

Рис.9.4. Характеристика неравномерного квантования при использовании компрессора.

Подбирая характеристику компрессии можно получить постоянное отношение С-Ш в наибольшем динамическом диапазоне входных сигналов.

При - законе характеристика неравномерного квантования описывается соотношением:

где - коэффициент сжатия компрессора.

чем больше тем сильнее различаются и.

При кодировании телефонных сигналов принимают =100, при кодировании вещательных =15. Кроме компрессии по - закону, применяют компрессию по А- закону.

где А- число.

Компрессия по А - закону при А=87.6 принята за стандартную в многоканальных системах передачи.

Практически реализовать аналоговый компрессор и экспандер с взаимно-обратными характеристиками с большой точностью сложно. Поэтому в системах кодирования чаще применяют цифровые компрессоры, у которых плавная характеристика аналогового компрессора заменяется линейно-ломаной аппроксимацией.

В зависимости от вида компрессии и числа аппроксимирующих участков линейно-ломаную характеристику компрессии обозначают буквой и двумя цифрами. Например, запись А87,6/13 означает, что применяется аппроксимация закона компрессии А=87,3 тринадцатью сегментами, по шесть для каждой полярности сигнала и один центральный (рис.9.5).

В пределах каждого сегмента шаг квантования постоянный. Число уровней квантования для каждого сегмента тоже одинаково. Кодирование цифрового сигнала происходит следующим образом.

Вначале определяется полярность сигнала. В зависимости от полярности формируется старший знаковый разряд слова. Если полярность сигнала положительная, то в старшем разряде формируется уровень логического нуля, если отрицательная- то уровень логической единицы. Затем следующими тремя разрядами кодируется номер сегмента, в пределах которого находится уровень входного сигнала. Последние (младшие) 6 разрядов кодируют номер уровня квантования в пределах сегмента. Общее число разрядов в кодовом слове равно 10.

На рис.9.6 приведен пример кодового слова, которому соответствует положительный сигнал, в третьем сегменте, занимающий 18 уровень квантования.

В ряде случаев применяют почти мгновенное компандирование, в основу которого положена не одна неравномерная шкала, а пять различных равномерных шкал. Число уровней квантования для каждой шкалы одинаково. Шаг квантования равномерный, но для каждой шкалы свой. Минимальный шаг имеет пятая шкала, максимальный- первая.

Вначале преобразования выборка из 32 отсчетов сигнала, что при частоте дискретизации соответствует длительности сигнала 1мс, кодируется при минимально-возможном шаге квантования (шкала-5).

Это соответствует разрешающей способности кодирования 14 разрядов на отсчет. Даже запомненные в памяти 32 14-разрядных слова анализируются и в зависимости от значения наибольшего из них отбрасываются четыре разряда. Если отбрасываются четыре старших, то это соответствует минимальному шагу квантования. Если отбрасываются три старших и один младший разряд, то это означает увеличение шага квантования в 2 раза, двух старших и двух младших – в 4 раза, одного старшего и трех младших – в 8 раз, четырех младших – в 16 раз. Таким образом, шаг квантования при почти мгновенном компандировании зависит не от мгновенного значения сигнала, а от максимального в течение 1 мс. Для восстановления амплитуды сигнала на приемной стороне вместе с группой из 32 слов передается трехразрядный код шкалы квантования. При кГц полная скорость оказывается равной 323 Кбит/с на моноканал. Отношение С/Ш на 3 дБ лучше, чем при 11-разрядном кодировании с мгновенным компандированием.

0.75

0.5

0 1/8 1/4 1/2 1

1/16

1/32

Рис.9.5. Аппроксимация закона компрессии А=87,3

10р 9p 8p 7p 6p 5p 4p 3p 2p 1p

Знак сегмент номер уровня

Рис.9.6. Структура кодового слова при цифровом кодировании

Дата добавления: 2014-01-07