Кодирование квантованных сигналов

Квантованный сигнал, в принципе, можно считать кодовым с ос­нованием кода, равным числу М разрешенных уровней (уровней квантования), и с числом символов в кодовой группе, равным еди­нице. Таким образом, квантованный сигнал является многоуровне­вым.

Многоуровневые сигналы весьма неудобны для передачи, так как приемник должен различать все разрешенные уровни.

Кроме того, такие сигналы трудно восстановить (регенерировать), если они подверглись действию помех. Иными словами, многоуровневым сигналам в большей степени свойственны недостатки аналоговых сигналов. Поэтому в цифровых системах передачи обычно исполь­зуются коды со сравнительно низким основанием, чаще всего дво­ичные.

Квантованный сигнал, в отличие от исходного аналогового, может принимать только конечное число значений. Это позволяет представить его в пределах каждого интервала дискретизации числом, равным порядковому номеру уровня квантования. В свою очередь это число можно выразить комбинацией некоторых знаков или символов. Совокупность знаков (символов) и система правил, при помощи которых данные представляются в виде набора символов, называют кодом. Конечная последовательность кодовых символов называется кодовым словом. Квантованный сигнал можно преобразовать в последовательность кодовых слов. Эта операция и называется кодированием. Каждое кодовое слово передается в пределах одного интервала дискретизации. Для кодирования сигналов звука и изображения широко применяют двоичный код. Если квантованный сигнал может принимать N значений, то число двоичных символов в каждом кодовом слове n >= log2N. Один разряд, или символ слова, представленного в двоичном коде, называют битом. Обычно число уровней квантования равно целой степени числа 2, т.е. N = 2n.

Процесс преобразования многоуровневого сигнала в код с низким основанием называется кодированием.

Результатом коди­рования является комбинация символов (посылок, цифр), пред­ставляющая в соответствующей системе счисления номер разрешенного уровня квантованного сигнала.

В цифровых системах передачи широкое применение нашла двоичная система счисления. Запись любого квантованного уровня с М разрешенными уровнями в двоичной системе счисления может быть представлена в виде

         56

здесь т - число разрядов кода; - разрядная цифра, принимаю­щая значения 0 или 1. С помощью m-разрядного двоичного кода можно закодировать число уровней квантования, равного

М = 2 ^т . (57)

Поскольку выбор числа уровней квантования определяется до­пустимой величиной шага квантования, обычно приходится решать обратную задачу: определение минимально необходимого числа разрядов кода, который может быть использован для кодирования при заданном М. Из (57) очевидно, что для двоичного кода имеем

(58)

здесь ent (x) - означает, что берется целая часть числа х.

Например, для кодирования числа 111 необходимое число раз­рядов будет равно

а запись числа 111 в соответствии с (66) будет иметь вид

т.е. ему соответствует кодовая комбинация 1101111, что соответст­вует значениям разрядных цифр равных   .

Набор величин можно рассматривать как ряд эталонных сигналов, имеющих вес, определенный номером разряда.

Для нашего примера .

Однозначная связь величины эталонного сигнала с номером раз­ряда двоичного эквивалента разрешенного квантованного уровня позволяет ограничиться передачей в системе связи только ряда величин а_i, составляющих кодовую комбинацию (или кодовую группу).

Множество используемых кодовых комбинаций, связанных еди­ным законом построения, называется кодом.

Простейшим кодом является код, в основе построения комбинаций которого лежит отношение (56), называется натуральным двоичным кодом. Графи­чески коды удобно изображать кодовыми таблицами, или кодовыми растрами, характеризующими форму взаимной связи уровней квантования и соответствующих им кодовых комбинаций, представ­ляя их по порядку уровней. На рис. 9, а показан кодовый растр пятиразрядного натурального двоичного кода, с помощью которого можно образовать 32 двоичных числа - кодовые комбинации и, следовательно, передать 32 квантованных уровня; 1 («единицы» или «импульсы») и 0 («нули» или «пробелы») показаны здесь соответст­венно черными и белыми квадратиками. Нумерация уровней дана сверху вниз, вверху указан вес разрядов кода.

Перестановка порядка следования кодовых комбинаций на об­ратный дает простой обратный код. Например, уровень М = 22 в натуральном коде представляется комбинацией вида 10110 (см. рис. 9, а), обратный код выразится комбинацией вида 01101. Заме­на всех импульсов в кодовой комбинации на пробелы (или «еди­ниц» на «нули») приводит к инверсному коду. Так, для М = 22 в натуральном коде кодовая комбинация в инверсном коде будет иметь вид 01001.

Другой тип кода, применяемый в цифровых системах передачи, -код Грея (он же рефлексный или зеркальный). Его отличительной особенностью является то, что любые две соседние кодовые груп­пы (см. рис. 9, б) отличаются друг от друга лишь в одном разряде. Это свойство используется при построении кодов и позволяет уменьшить ошибки кодирования. К коду Грея применимы понятия обратный или инверсный.

Еще один класс составляют симметричные коды. Для кодирова­ния отсчетов, например, речевых - телефонных сигналов, которые принимают более или менее одинаковые абсолютные значения выше и ниже своего нулевого уровня, может оказаться удобным использовать первый разряд для обозначения знака полярности, т.е. положительного или отрицательного, а остальные разряды обозначения абсолютной величины.

 

 

Операция с звуковым сигналом в устройстве выборки и хранения

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: