Системы звукозаписи

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Разновидностями ИКМ являются дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) и дельта-модуляция. ДИКМ отличается от ИКМ тем, что кодируется не сам сигнал S(t), а его приращения. Если приращения между выборками существенно меньше амплитуды самого сигнала, то при заданном шаге квантования может быть использован АЦП с меньшей разрядностью. Условие малости приращений выполняется тем лучше, чем выше частота дискретизации. ДИКМ относится к системам кодирования с предсказанием. В этих системах кодируются разности между действительным сигналом в данный момент времени и предсказанным.

Алгоритмов предсказания разработано множество. Среди них часто используются системы с линейным предсказанием. При линейном предсказании значение формируется как временная сумма предшествующих отсчетов сигнала

Применение ДИКМ дает выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с ИКМ на 15дБ.Это позволяет уменьшить число разрядов АЦП на два, три тем самым и уменьшить скорость цифрового потока на выходе АЦП.

Более сложные алгоритмы предсказания позволяют существенно уменьшить число разрядов АЦП без потери качества воспроизведения ЗС (с 16 разрядов до 8) и сократить поток цифровой информации на 50 процентов.

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ

Реальный ЗС представляет собой аналоговый сигнал. Следовательно большинство цифровых звуковых систем начинаются АЦП, а заканчиваются ЦАП. При этом на пути от источника звукового сигнала до слушателя в цифровых системах звукопередачи все операции со ЗС (запись, хранение, преобразование, обработка, передача по каналу связи и т.д.) производятся с его цифровой копией.

Обобщенная структурная схема цифровой системы звукопередачи показана на рис.9.7.

Аналоговый сигнал перед АЦП пропускают через ФНЧ, ограничивающий его частотную полосу. Необходимость ФНЧ обусловлена следующими причинами. Сигнал поступающий на АЦП подвергается дискретизации с частотой, где - максимальная частота спектра ЗС. Спектр дискретного сигнала изображен на рис.9.8.

Ограничение полосы частот ЗС на входе АЦП необходимо для того, чтобы для любого ЗС на входе АЦП выполнялось условие выбора частоты дискретизации. Если это условие не будет выполняться, (а это возможно, если нет фильтра на входе) то спектры дискретизации взаимно пересекаются и адекватно восстановить аналоговый сигнал невозможно. То есть сигнал подвергается большим нелинейным искажениям.

К параметрам ФНЧ предъявляются жесткие требования по равномерности АЧХ и крутизне спада частотной характеристики фильтра. Затухание в полосе пропускания выбирается в зависимости от требуемой точности аналого-цифрового преобразования. Так при 16-ти разрядном АЦП теоретически требуется затухание фильтра не менее 96 дБ на частотах выше.Неравномерность АЧХ фильтра в полосе пропускания должна быть не хуже 0.5 дБ. Аналогичные требования предъявляются к восстанавливающему фильтру на выходе ЦАП.

Дискретизация в АЦП осуществляется устройством выборки-хранения (УВХ). УВХ реализует операцию отсчета амплитуды аналогового сигнала в дискретный момент времени и хранит (запоминает) значение выборки до следующего момента дискретизации.К УВХ предъявляются след. требования:

- взятие отсчета должно осуществляться за минимальное время.На практике;

- изменение запомненного значения напряжения в течение интервала дискретизации должно быть минимально.

Аналого- Ограничение

вый полосы Дискретизация Квантование Кодирование Канальное

сигнал частот кодирование

Канал передачи

Z A

S(t) Z(n)

ФНЧ УВХ АЦП

Канальное Декодер УВХ ФНЧ

декодирование

A Z

Канал передачи

Z(n)

ЦАП

Аналоговый сигнал

а)

Ограничение АЦП Цифровая ЦАП Восстанавливающий

полосы обработка НЧ-фильтр

DT CT

DCP

CT DT

S(t) m m S(t)

б)

Рис.9.7. Обобщенная структурная схема цифровой системы звукопередачи.

f

Рис.9.8.Спектр дискретного сигнала.

Операции дискретизация, квантование и кодирование осуществляются в едином устройстве - АЦП. По принципу работы АЦП разделяются на следующие группы.

Параллельные преобразователи. Отсчеты выбираются одновременно несколькими (N-1) компараторами, число уровней квантования при этом равно N. Путем логической обработки сигналов с выходов компараторов формируется кодовое слово, содержащее m бит. Достоинство параллельных АЦП состоит в их высоком быстродействии (МГц). Разрешающая способность таких АЦП ограничена числом одновременно работающих компараторов (N-1), которое при 10...12 составляет 1023...4095.

Последовательные АЦП. Входной сигнал поступает на один компаратор, у которого в соответствии с заданным алгоритмом изменяется уровень опорного сигнала. Число уровней опорного сигнала равно m- разрядности АЦП. Преобразование слова, состоящего из m разрядов требует m шагов (циклов). По этому принципу строятся АЦП с числом разрядов 16 и более на отсчет и работающие при частоте дискретизации более 50 кГц.

В последовательных АЦП входной сигнал уравновешивается либо суммой эталонов, т.е. минимальных для данного преобразования и равных друг другу мер (АЦП счета), либо набором из N эталонов, вырабатываемых внутри преобразователя и взвешенных по двоичному закону (АЦП сравнения). К последовательным АЦП счета относят преобразователи с накоплением, без промежуточного преобразования, с промежуточным преобразованием и интегрирующие.

Из АЦП сравнения наиболее широко применяются преобразователи, реализующие принцип последовательных приближений. В АЦП последовательных приближений используются, как правило, ЦАП в цепи ОС и счетчик или регистр в качестве устройства управления.

ЦАП можно разделить на преобразователи с прямым и промежуточным преобразованием. Преобразователи с прямым преобразованием делятся на параллельные и последовательные. Большинство ЦАП - параллельного типа. В основу их работы положен принцип суммирования токов, соответствующих весам разрядов преобразователя.

Существуют ЦАП, в которых используется предварительное преобразование в промежуточную величину, представленную длительностью или частотой следования импульсов, а затем в соответствующий выходной сигнал. Микросхемы ЦАП способны работать с различными видами входных кодов: двоичным (прямым и обратным), двоично-десятичным, Грея и др. Существуют ЦАП с выходом по току или напряжению, с дискретным или непрерывным выходным сигналом.

Интегральные микросхемы АЦП и ЦАП и их основные параметры приведены соответственно в таблице

Наименование Число Частота прео- Диапазон входного Нелинейность Время Макс. f

АЦП разрядов бразования, напряжения. В преобр. входного

МГц Uвх.min Uвх.max мкс сигнала, МГц

К1107.ПВ1.(ТТЛ) 6 20 -2.0 0 0.5 <100

К1107.ПВ2.(ТТЛ) 8 20 -2.0 0 0.5 <100

К1107.ПВ3.(ЭСЛ) 6 100 -2.5 2.5 0.25 <20

К1107.ПВ4.(ЭСЛ) 8 100 -2.5 2.5 1 <30

К1107.ПВ5.(ЭСЛ) 6 100 -2 2 1 20 25

К1108.ПВ1.(ТТЛ) 10 1.5 0 3 1 900

К1108.ПВ2.(ТТЛ) 12 0.5 0 5 2 2000

К1113.ПВ1.(ТТЛ) 10 0.4 0 10.5 0.1 30

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Колесников В.М. Лазерная звукозапись и цифровое радиовещание. - М.: Радио и связь, 1991.- 216 с.: ил.

2.Щербина В.И. Цифровая звукозапись. - М.: Радио и связь, 1989.-192 с.: ил.

3.Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие для ВУЗов. / Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк./- 2 -изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1990.- 256 с.

4.Применение цифровой обработки сигналов./Под ред. Э.Оппенгеймана. Пер. с англ. под ред. А.М. Рязанцева.- М.: Мир, 1980.- 552 с.

5.Синклер Ян. Введение в цифровую звукотехнику.: Пер. С англ. - М.: Энергоатомиздат, 1990.- 80 с.: ил.

6.Справочник по технике магнитной записи./В.И. Антонов, В.П.Веклич, Л.П.Возяницкий и др.; Под ред. О.В.Порицкого, Е.Н.Травникова.- К.: Техника, 1981.- 319 с.

7.Цифровые звуковые магнитофоны./И.П.Золотухин, А.А.Изюмов, М.М.Райзман.- Томск: Радио и связь, 1990.-160 с.

8.Цифровые системы передачи абонентских линий. / И.В.Ситняковский, О.Н.Прохоров, А.Л.Нехаев. - М.: Радио и связь, 1987.- 216 с.

9.Звуковое вещание./А.В.Выходец, П.М.Жмурин, И.Ф.Зорин и др.; под ред. Ю.А.Ковалчика.: Справочник.- М.: Радио и связь, 1993.- 464 с.

10.Радиовещание и электроакустика.: Учебник для ВУЗов. / А.В.Выходец, М.В.Гитлиц, Ю.А.Ковалгин и др.; Под ред. М.В.Гитлица.- М.: Радио и связь, 1989.- 432 с.

11.Федоров Б.Г. и др. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.- М.: Радио и связь, 1984.- 120 с.

12.Шачурин И.И. Микросхемотехника.: Учебное пособие для ВУЗов.- 2-е изд., перераб. и доп.- Н.: Радио и связь, 1990.- 496 с.

13.Шкритек П. Справочное руководство по звуквой схемотехнике.: Пер. с нем.- М.: Мир, 1991.-446 с.

14.Федорков Б.Г. и др. Микросхемы ЦАП и АЦП.- М.: Энергоатомиздат, 1990.

15.Кирков В.В., Анисимов С.В. Аналого-цифровое преобразование звуковых сигналов методом кодирования с предсказанием./ Техника средств связи. Сер.ТРПА.- 1986.- Вып.4.-с.33-39.

Дата добавления: 2014-01-07