1.4. Принципи кодування аім-сигналів двійковим кодом

В процессе кодирования амплитуда каждого квантованного по уровню АИМ отсчета представляется в виде двоичной последовательности, содержащей m символов (m-разрядной кодовой комбинации). Для определения структуры комбинации в простейшем случае нужно в двоичном коде записать амплитуду АИМ отcчета H_АИМ, выраженную в шагах квантования. В этом случае можно воспользоваться соотношением.

H_АИМ = + + +……+ ,

где: ={0, l}—состояние соответствующего разряда комбинации;

2ⁱ – вес соответствующего разряда в условных шагах квантования.

Например, если m = 5, а H_АИМ = 26, то кодовая комбинация будет иметь структуру 11010 (первый разряд – старший по весу), т. к. 26=0·2⁰+1·2¹+0·2²+1·2³+1·2⁴ 11010. Последовательность m-разрядных кодовых комбинаций представляет собой групповой сигнал с ИКМ, называемый также цифровым.

На рис. 16 приведены временные диаграммы, поясняющие процесс кодирования при использовании пятиразрядного двоичного кода. Амплитуда отсчетов, поступающих на вход кодера, в данном случае может принимать значения в диапазоне H_АИМ = 0…31 условных шагов квантования, а на выходе кодера формируется цифровой сигнал с ИКМ, представляющий собой последовательность пятиразрядных кодовых комбинаций.

Как было показано выше, для качественной передачи телефонных сигналов при неравномерном квантовании необходимо использовать восьмиразрядный код (m = 8), а при равномерном – 12-разрядный (m = 12). На практике находят применение двоичные коды следующих типов: натуральный двоичный код, симметричный двоичный код, рефлексный двоичный код (код Грея).

Симметричный двоичный код в основном используется при кодировании двуполярных сигналов (например, телефонных). На рис. 17 показаны структура кода и кодовая таблица, соответствующая данному коду. Для всех положительных отсчетов знаковый символ имеет значение 1, а для отрицательных 0. Для положительных и отрицательных отсчетов, равных по амплитуде, структуры кодовых комбинаций полностью совпадают (за исключением знакового разряда), т. е. код является симметричным. Например, максимальному положительному сигналу соответствует код 11111111, а максимальному отрицательному – 01111111. Абсолютное значение шага квантования δ = U_ОГР./ .

Натуральный двоичный код в основном используется при кодировании однополярных сигналов. На рис. 18. показаны структура кода и кодовая таблица, соответствующая данному коду (m = 8). Очевидно, что число комбинаций различной структуры равно 256, причем минимальному сигналу соответствует комбинация 00000000, а максимальному – 11111111. Абсолютное значение шага квантования δ = U_ОГР./ .

С помощью натурального двоичного кода можно кодировать и двухполярные сигналы, обеспечив предварительно их смещение, как показано на рис. 17. В этом случае, очевидно, изменяется амплитуда кодируемых отсчетов, причем переход от амплитуды отсчета Н_C, выраженной в шагах квантования, при использовании симметричного кода к амплитуде этого же отсчета Н_Н при использовании натурального кода и наоборот можно осуществить следующим образом (рис. 17 и 18 ):

.

Натуральный и симметричный двоичные коды являются наиболее простыми. Как для натурального, так и для симметричного кода ошибка в одном из символов может привести к значительным искажениям сигнала. Если, например, в кодовой комбинации вида 11010011 ошибка произошла в пятом разряде, т. е. принята комбинация 11000011, то амплитуда отсчета будет меньше истинного значения на 2 = 16 условных шагов квантования.

Наиболее опасными, очевидно, будут ошибки в старших разрядах (Р₈, Р₇).