Кодирование и декодирование сигналов
В процессе кодирования амплитуда каждого квантованного по уровню АИМ отсчета представляется в виде двоичной последовательности, содержащей m символов.
Как говорилось выше, для качественной передачи телефонного сигнала при равномерном и неравномерном квантовании нужно иметь соответственно 4096 и 256 уровней квантования, т.е. необходимо использовать 12- и 8-разрядный двоичный код.
Линейным кодированием называется кодирование равномерно квантованного сигнала, а нелинейным - неравномерно квантованного сигнала.
Код, формируемый в кодере, называется параллельным, если импульсные сигналы (1 и 0), входящие в состав m-разрядной кодовой группы, появляются на разных выходах кодера одновременно, причем каждому выходу кодера соответствует сигнал определенного разряда. Код называется последовательным, если все сигналы, входящие в состав m-разрядной кодовой группы, появляются на одном выходе кодера поочередно со сдвигом по времени (обычно начиная со старшего по весу разряда). Параллельный код может преобразовываться в последовательный и наоборот.
Часто функции квантования и кодирования (соответственно декодирования и деквантования) выполняет одно устройство.
При кодировании с неравномерной шкалой квантования могут использоваться следующие способы:
аналоговое компандирование, характеризующееся компрессией (сжатием) динамического диапазона сигнала перед линейным кодированием, и экспандированием (расширением) динамического диапазона сигнала после линейного декодирования;
нелинейное кодирование, характеризующееся кодированием сигнала в нелинейных кодерах, сочетающих функции аналого-цифрового преобразования и компрессора;
цифровое компандирование, характеризующееся кодированием сигнала в линейном кодере с большим числом разрядов с последующей нелинейной цифровой обработкой результата кодирования.
На практике наиболее часто используется нелинейное кодирование.
При частоте дискретизации FД=8кГц (TД=125 мкс) и разрядности кода m=8 получаем скорость передачи сформированного ИКМ-сигнала 64 кбит/с, которая и является скоростью основного цифрового канала (ОЦК). Преобразование аналогового сигнала в сигнал ИКМ стандартизировано МСЭ-Т Рекомендацией G-711.
Устройства, в целом выполняющие преобразования аналоговых сигналов в цифровые и обратно, называются, соответственно, аналого-цифровыми (АЦП) и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП).
Примеры построения ЦАП и АЦП приведены на Рис.7 и Рис.8 соответственно.
Рис. 7. Структурная схема ЦАП
Рис. 8. Структурная схема АЦП
Аналого-цифровое преобразование Кодирование информации
Операция представления одного алфавита в другом называется кодированием.
Алфавит источника сообщений
Алфавит сигнала
, где m<<r
Количество знаков n,
которое потребуется для представления
всех элементов
находиться из соотношения
Для двоичного алфавита
,
получаем
.
М етоды сжатия информации
Сжатие информации является одним из способов ее кодирования. Вообще коды делятся на три большие группы - коды сжатия (эффективные коды), помехоустойчивые коды и криптографические коды. Существует несколько методов сжатия (компрессии) данных. Все их можно разделить на две группы – сжатие без потерь и с потерями. В первом случае распакованное сообщение точно повторяет исходное. Естественно, так можно обрабатывать любую информацию. Сжатие же с потерями возможно только в тех случаях, когда допустимы некоторые искажения – какие именно, зависит от конкретного типа данных.
А зачем нужно сжимать информацию? Посчитаем, к примеру, сколько памяти займет изображение, по качеству близкое к телевизионному. Пусть его разрешение – 800х600 пиксел, а число оттенков цвета около 16 тысяч (High Color), т. е. цвет каждого пиксела представляется двухбайтовым кодом. 800x600=480000 элементов. 480000x2 байт = 960000 байт – это чуть меньше 1 мегабайта. Кажется, не так много – на лазерном диске поместится больше 650 таких картинок. Ну, а если речь идет о фильме? Стандартная скорость кинопроекции – 24 кадра в секунду. Значит, на компакт-диске можно записать фрагмент длительностью 650:24=27 секунд. Куда это годится?! А ведь это далеко не единственный случай, когда информации "слишком много". Таким образом, одна из причин использования сжатия данных - желание поместить больше информации в память того же объема. Есть и вторая причина. Сжатие информации ускоряет ее передачу. Но об этом – в следующей главе.
Сжатие с потерями применяется в основном для графики (JPEG), звука (MP3), видео (MPEG), то есть там, где мелкие отклонения от оригинала незаметны или несущественны, а степень сжатия в силу огромных размеров файлов очень важна. Сжатие без потерь применяется во всех остальных случаях - для текстов, исполняемых файлов, высококачественного звука и графики и т.д. и т.п.