3.2.1 Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
Дифференциальную ИКМ целесообразно применять при передаче таких сигналов, у которых возможны резкие скачки (длительностью 1/Fmax) мгновенных значений. В этих условиях повышение частоты дискретизации не гарантирует снижения разницы соседних отсчетов до величины шага квантования. При ДИКМ частота дискретизации обычно выбирается такой же, как и при ИКМ.Структурная схема канала цифровой разностной системы представлена на рисунке 34.
Рисунок 34 – Структурная схема цифровой разностной системы
«Кодер представляет собой замкнутую систему с цепью обратной связи, в которую включено устройство, называемое предсказателем (Пр). Его задача состоит в том, чтобы на основе анализа сигнала в предшествующие тактовые моменты времени сформировать в некоторый i –й момент напряжение u*, величина которого как можно меньше отличалась бы от напряжения входного сигнала uвх 1 в этот момент. Иными словами, Пр предсказывает наиболее вероятное значение входного сигнала в i –й тактовый момент, располагая для этой цели отсчетами сигнала до ( i - 1 ) -го тактового момента включительно. Последовательность u* называется копией сигнала. В общем случае копия представляет собой квантованное АИМ-колебание .Сигнал uвх 1 и его копия u* подаются на входы схемы вычитания (СВ), где образуется разность
uр = uвх 1 - u*.
Таким образом:
- чем точнее копия, тем меньше разность ир;
- чем меньше разность uр,
тем при фиксированной частоте тактовых
импульсов шаг квантования
может быть выбран меньшим, что ведет к
уменьшению шумов квантования и повышает
качество передачи;
- если шаг квантования фиксирован, то улучшение предсказания позволяет снизить разрядность используемого кода, а, следовательно, и тактовую частоту сигнала на выходе кодера.
С выхода СВ напряжение ир поступает на квантующее (Кв) и кодирующее (КУ) устройства, вырабатывающие цифровой сигнал, подаваемый в линию. Квантованный сигнал ир кв является также входным для предсказателя.
В декодере сигнал поступает на декодирующее устройство (Д), в котором превращается в последовательность АИМ импульсов, представляющие собой квантованные отсчеты разности сигнала uр кв. Предсказатель приема (ППр) используя эти отсчеты, формирует значения сигнала в тактовые моменты времени. Таким образом, на выходе ППр образуется АИМ сигнал, из которого с помощью ФНЧ получаем первичный сигнал.
ПК – предыскажающий и ВК – восстанавливающий контуры предназначены для коррекции первичного сигнала для лучшей работы предсказателя. Восстанавливающий контур компенсирует те изменения, которые внесены ПК на входе СВ.
ДИКМ не находит широкого применения при передаче телефонных сигналов, хотя, при равной скорости цифрового потока величина отношения сигнал/шум при ДИКМ на 6 дБ выше, чем при ИКМ.
Наибольший интерес вызывает использование ДИКМ для передачи сигналов изображения. Резкие перепады сигнала изображения могут достигать величины, равной полному амплитудному диапазону такого сигнала. Казалось бы, в этом случае применение дифференциальных методов не позволяет уменьшить число символов в кодовой группе, т.е. уменьшить требуемую пропускную способность системы по сравнению с ИКМ. Однако эффективность использования дифференциальных методов в данном случае определяется особенностями зрительного восприятия. Глаз наиболее чувствителен к шумам и ложным контурам, возникающим из-за квантования при передаче изображения с плавными изменениями яркости, и малочувствителен к искажениям при передаче резких перепадов яркости. В этих условиях применение ДИКМ с компандированием позволяет согласовать систему передачи с особенностями восприятия. В областях с малым числом деталей, где различительная способность зрения высока, разности дискретных отсчетов малы, и система передачи вносит малые искажения. При передаче резких перепадов амплитуды разностей возрастают, пропорционально возрастают и ошибки квантования, но они мало заметны.