Импульсно-кодовое преобразование

Компандирование

Принцип компандирования заключается в том, что диапазон значений амплитуды от максимального до минимального разбивается на сегменты. Те из них, которые соответствуют меньшим значениям сигнала, квантуются более мелкими квантами, а для больших значений выбираются большие кванты, величина которых возрастает с номером сегмента.

Используются два закона неравномерного кодирования: -компандирование и A-компандирование. Они отличаются небольшими подробностями, которые мы рассмотрим позднее. Весь диапазон амплитуд разбивается на 8 сегментов, включая нулевой. Они нумеруются от 0 до 7 или, в двоичной системе, 000 —111.

В каждом сегменте для измерения применяются 16 шагов квантования различной величины (в двоичной системе они нумеруются от 0000 до 1111). При переходе от сегмента к сегменту величина шага квантования внутри сегмента увеличивается в 2 раза. Если шаг квантования в нулевом сегменте принять за 2 кванта, то в первом сегменте (при квантовании по закону A —значение кванта 2 ) во втором сегменте этот шаг составляет 4 кванта, в третьем — 8 и последнем, восьмом — 16 квантов. Если рассматривать величину шагов квантования с учетом уменьшения максимального значения сигнала в данном сегменте, точность квантования возрастает в два раза. Соответственно, уменьшается абсолютное значение ошибки квантования (напомним, что она равна половине шага квантования). Относительная ошибка на всех шагах приблизительно одинакова и определяется разбросом амплитуд конкретного сигнала в данном сегменте. Заметим, что при применении квантования число шагов квантования в каждом сегменте составляет 16. Величина каждого шага, как мы помним, разная. Код, передаваемый в линию, содержит в 1-м разряде знак комбинации значения сигнала (положительное/отрицательное), следующие 3 разряда — номер одного из восьми сегментов и 4 разряда — номер шага внутри сегмента. Таким образом, вместо передачи 13-разрядных комбинаций, образуемых на входе при 8192 (включая нулевой) квантах, в линию передаются 8 разрядов. Исходя из сказанного выше, формат, проходящий в линию, содержит один байт, структура полей которого показана на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Структура байта для компандированного отсчета ИКМ

Поле имеет значение:

0 — при положительной величине,

1 — при отрицательной.

Кодирование остальных полей будет рассмотрено ниже.

Эту операцию называют сжатием диапазона передаваемой мощности (компрессия). На приемном конце эта информация приблизительно восстанавливается (расширяется — экспандируется). Поэтому устройство, которое совершает эту операцию (обычно это специальный диод с нелинейной характеристикой), называют КОМПАНДИРОВАНИЕ (компрессия — экспандирование).

В настоящее время компрессия включается в состав аналого­цифрового преобразователя (кодера), а экспандирование — в состав декодера.

Компандирование по закону A (13-сегментное компандирование)

Начнем с компандирования по закону A. При этом законе весь диапазон амплитуд измеряется с помощью 4096 квантов (в данном случае они выполняют функции единиц измерения амплитуды).

Условно (чтобы сохранить общий подход к двум законам) считается, что имеется 16 сегментов (8 отрицательных и 8 положительных).

Согласно принятому правилу компрессии, каждый сегмент содержит 16 шагов квантования, которые вместе с номером сегмента позволяют установить значения отсчета с точностью, определяемой номером сегмента. Нулевые сегменты (положительный и отрицательный) рассматриваются как один сегмент, имеющий 31 шаг квантования. При обоих законах компандирования имеется один шаг, перекрывающий начало координат. Кодовое слово 0 000 0000 обозначает значения, меньшие +1, а 1 000 0000 обозначает значения, большие (-1). Это приводит к числу сегментов 15.

Нулевой и первые два сегмента каждого знака имеют один и тот же шаг квантования (2 кванта) и могут рассматриваться как один сегмент положительного, а другой — отрицательного знака. Поэтому часто квантование по закону A называют "13-сегментным компандированием". Значения остальных сегментов и их нумерация будет зависеть только от величины амплитуды отсчетов.

Однако для упрощения алгоритмов кодирования используется представление характеристики компандирования в виде 16 сегментов. Таким образом, для нумерации сегментов (без учета знака) требуется три бита (значения номеров от 000 до 111). Конкретные коды кодирования/декодирования по A-закону приведены в таблице 8.2.

При передаче биты инвертируются через один.