Кодирование с предсказанием

Для реального сигнала (телефонного, телевизионного) более вероятны низкочастотные составляющие спектра. Кроме того, частоту дискретизации на практике выбирают выше, чем по Котельникову. Это означает, что значения соседних отсчетов непрерывного сигнала с большой вероятностью мало отличаются друг от друга. Передача кодированных значений отсчетов непрерывного сигнала (ИКМ) является неэффективной, т.к. канал будет загружен наряду с полезной также и избыточной (известной на приеме) информацией. Устранение этой избыточности создает условия для передачи большего количества информации.

Повысить эффективность систем передачи информации позволяет передача кодированных значений отсчетов сигнала ошибки предсказания (кодирование с предсказанием). Сигнал ошибки предсказания представляет собой разность между истинным и предсказанным сигналами. Предсказанный сигнал формируется из предыдущих отсчетов сигнала.

ДИКМ

Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) - импульсно-кодовое представление значений отсчетов сигнала ошибки предсказания. Другими словами отсчеты сигнала ошибки предсказания подвергают обычным операциям квантования и кодирования.

Известно большое число вариантов технической реализации кодирования с предсказанием, которые отличаются операцией формирования сигнала ошибки предсказания. Наиболее широкое распространение получила схема модулятора с обратной связью. В этой схеме кодируются значения разности между данным отсчетом и квантованным предыдущим отсчетом.

Рисунок 24.1 – Структурная схема модулятора ДИКМ.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) ограничивает спектр частот входного сигнала частотой . Дифференциальный усилитель (ДУ) усиливает разность двух сигналов, поступающих на его неинвертирующий 1 и инвертирующий 2 входы: исходного и предсказания . Дискретизатор (Дскр) осуществляет дискретизацию разностного сигнала (сигнала ошибки предсказания). С Дскр дискретизированный разностный сигнал поступает на кодер ИКМ, который осуществляет квантование и кодирование отсчетов разностного сигнала. По цепи обратной связи цифровой ДИКМ сигнал поступает в декодер ИКМ, где кодовые комбинации преобразуются в квантованный дискретизированный разностный сигнал . Интегратор преобразует квантованные отсчеты разностного сигнала в ступенчатый сигнал (сигнал предсказания).

Рисунок 24.2 – Принцип формирования ДИКМ сигнала.

Шум квантования при ДИКМ меньше, чем при ИКМ при том же числе уровней квантования. Качество передачи при ДИКМ такое же, как и при ИКМ при меньшем числе символов в кодовой комбинации (на один-два и белее символов). Шум ложных импульсов при ДИКМ в большей мере, чем при ИКМ, ухудшает верность приема.

24.3 Дельта-модуляция

Дельта-модуляция (ДМ) – представление значений отсчетов сигнала ошибки предсказания с помощью двухуровнего (+1 или -1) одноразрядного кода при большой частоте дискретизации. Сигнал на выходе дельта-модулятора содержит лишь сведения о полярности (знаке) сигнала ошибки предсказания.

Рисунок 24.3 – Структурная схема модулятора ДМ.

ФНЧ ограничивает спектр частот входного сигнала . ДУ усиливает разность двух сигналов . Генератор тактовой частоты (ГТЧ) вырабатывает тактовые импульсы , которые поступают на пороговое устройство (ПУ). ПУ формирует ДМ сигнал : на его выходе возникают импульсы положительной полярности, если на выходе ДУ в момент прихода тактового импульса разностный сигнал положительный , и импульсы отрицательной полярности, если он отрицательный . В цепь обратной связи включается Инт, на выходе которого формируется аппроксимирующий ступенчатый сигнал . При ДМ соседние значения ступенчатого напряжения различаются обязательно на один шаг квантования.

Рисунок 24.4 – Принцип формирования ДМ сигнала.

Шум квантования тем меньше, чем выше частота дискретизации и чем меньше шаг квантования. При малом шаге квантования возникают дополнительные искажения, называемые «перегрузкой по наклону», вызванные тем, что ступенчатая сигнал на выходе интегратора не успевает следит за изменениями исходного сигнала.

Частота следования импульсов при ДМ и ИКМ примерно одинакова при одинаковой верности передачи. Преимуществом ДМ является сравнительная простота кодирующих и декодирующих устройств. Шум ложных импульсов при ДМ меньше, чем при ИКМ.

25 ЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР