8С какой целью осуществляется квантование сигналов

Дискретные сигналы создаются на основе непрерывных сигналов. Процесс преобразования непрерывного сигнала в дискретный называется «квантование сигнала». Исходный непрерывный сигнал называется «квантуемый сигнал», сигнал, получаемый в результате квантования, называется «квантованный сигнал». Существуют разные способы квантования непрерывного сигнала.Необходимо различать квантование по времени и квантование по уровню.Квантование по времени заключается в замене непрерывного сигнала х (t) дискретным по времени сигналом xg (t), значения которого для фиксированных моментов времени t0, tit t2,.Квантование по уровню заключается в замене непрерывного множества значений сигнала х (t) множеством дискретных значений.

Очевидно, с уменьшением интервала временного квантования Тк воспроизводящая функция будет с большей точностью отображать исходную функцию х (t).На практике преимущественное применение получило равномерное квантование в связи с простотой его технической реализации.В результате квантования образуется ступенчатая функция xg(t).Квантование по уровню практически может осуществляться двумя способами.При втором способе квантования мгновенное значение функции заменяется ближайшим меньшим или большим дискретным значением в зависимости от того, какое из этих значений ближе к мгновенному значению функции.Практически в процессе квантования могут иметь место случаи, когда дискретные уровни не фиксированы относительно нулевого уровня х (t).9

9Назовите основные этапы преобразования аналоговой информации.

Информация может быть в двух представлениях:

• Аналоговая

• Дискретная

Аналоговая информация характеризуется плавным изменением ее параметров. Чистый звук, к примеру, может быть разной громкости и разной высоты (частоты). Уровень освещенности (измеряемый в люксах) тоже аналоговая величина. Основные параметры наиболее простых синусоидальных аналоговых сигналов (амплитуда, частота, фаза) могут непрерывно и плавно меняться во времени. Это все мы хорошо знаем из школьного курса физики. Дискретная информация базируется на ряде фиксированных уровней представления некоторых параметров. Скажем, выключатель света в вашей комнате может быть либо включенным, либо выключенным. Если говорить о свете просто как о факте, то он может быть или не быть, т. е. характеризоваться всего двумя уровнями. Если этих уровней много, можно говорить о цифровом представлении информации, например о кульке с десятком пирожных.

Преобразование аналоговой в цифровую информацию

К счастью, аналоговую информацию легко преобразовать в цифровую. Для этого достаточно задать аналоговый сигнал рядом дискретных (т. е. постоянных на хотя бы небольшом отрезке времени) значений. Это делают так называемыеаналого-цифровые преобразователи — АЦП. Главные их показатели — это разрядность (число уровней квантования) и скорость выполнения преобразований.

10Какова технология кодирования и квантования сигналов

Квантование – процесс сопоставления значений амплитуды взятого дискрета (сигнала АИМ) ближайшему выделенному уровню. Поскольку в системе ИКМ используется 256 или 128 уровней, то сопоставление квантованного речевого сигнала производится одному из 256 или 128 уровней квантования. Номер каждого уровня выражается в двоичной системе счисления.

Кодирование основано на замене значения квантового дискрета восьмиразрядным словом. Квантование и кодирование осуществляется с помощью кодера. Воспроизводимый в приемнике сигнал не совпадает в точности с передаваемым сигналом, поскольку, ввиду конечного числа уровней квантования (256), вершина дискрета может занимать произвольное значение внутри интервала, который определяется величиной шага квантования, т.е. расстоянием между последовательными уровнями квантования. Поэтому в приемнике значение восстановленного сигнала может располагаться в середине интервала квантования. Таким образом, на приемной стороне принимаются два сигнала: сигнал, идентичный переданному, и разностный сигнал (разность между переданным и восстановленным сигналами), который называется шумом квантования. Такая последовательность операций обеспечивает возможность представления сериями 8 – битовых кодов любых аналоговых сигналов. Эти 8–битовые коды из различных разговорных каналов размещаются в соответствующих временных интервалах и собираются в блоки для передачи. Методика называется временным разделением каналов. Структура временных интервалов зависит от применяемых стандартов: ИКМ – 30, ИКМ – 24, ИКМ – 15 и т. д.

Таким образом, амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом – за счет этого происходит дискретизация по времени. Затем каждый замер представляется в виде двоичного числа определенной разрядности, что означает дискретизацию по значению функции – непрерывное множество возможных значений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений. Устройство, выполняющее подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналам связи в виде последовательности единиц и нулей. При этом применяются методы кодирования, применяемые в случае передачи дискретной информации.

На приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последовательность бит, а специальная аппаратура, называемая цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), производит демодуляцию оцифрованных амплитуд непрерывного сигнала, восстанавливая исходную непрерывную функцию времени.

Существуют и другие методы дискретной модуляции, позволяющие представить замеры голоса в более компактной форме, в виде 4-битных или 2-битных чисел. При этом голосовой канал требует меньшей пропускной способности (32 кбит, 16 кбит). С 1985г. применяется стандарт CCITT кодирования голоса и основан на нахождении разностей между последовательными замерами голоса, которые затем и передаются по сети. Для хранения одной разности используется 4 бит и голос передается со скоростью 32 кбит/с.

Более современный метод Linear Predictive Coding (LPC), делает замеры исходной функции более редко, но использует методы прогнозирования направления изменения амплитуды сигнала. При помощи этого метода можно понизить скорость передачи голоса до 9600 бит/с.

Представленные в цифровой форме непрерывные данные можно передать и через компьютерную сеть. Для этого необходимо поместить замеры в кадр стандартной сетевой технологии, снабдить кадр правильным адресом назначения и отправить адресату. Адресат должен извлечь из кадра замеры и подать их с частотой квантования (для голоса с частотой 8000 Гц) на цифро–аналоговый преобразователь. По мере поступления следующих кадров с замерами голоса операция должна повториться. Если кадры будут прибывать синхронно, то качество голоса может быть достаточно высоким. Однако, кадры в компьютерных сетях могут задерживаться в узлах коммутации (конечных и промежуточных мостах, коммутаторах, маршрутизаторах). Поэтому качество голоса при передаче в цифровой форме через компьютерные сети обычно бывает невысоким. Для качественной передачи оцифрованных непрерывных сигналах голоса сегодня используют специальные цифровые сети frame relay, задержки передачи кадров которых укладываются в допустимые пределы.

Вывод: Для повышения качества телефонной связи осуществляют ее преобразование к цифровому виду различными способами. Преобразованная таким образом информация, передается по сетям связи при помощи устройств согласования и аппаратуры передачи данных.