Материал: 636_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.1_

выборки к выборке. Полученный результат представляется в виде 4 бит, которые и передаются как сигнал ADPCM.

Таблица 2.2 Нормированные характеристики входа/выхода устройства квантования АДИКМ

На вход обратного адаптивного АЦП подается 4-битовый сигнал I(k), а на выходе получается разностный сигнал dq(k), который затем используется в качестве входного сигнала для адаптивного предсказателя. Это отображение представлено во втором и третьем столбцах табл. 2.2.

Адаптивный предсказатель имеет структуру линейного предсказателя (см рис. 2.17), который, впрочем, сложнее, чем предсказатель схемы DPCM. Предсказатель для схемы ADPCM является комбинацией рекурсивного фильтра второго порядка и нерекурсивного фильтра шестого порядка, что можно представить следующим уравнением:

адаптации к скорости изменения выборок se(k) и dq(k).

Таким образом, адаптивный предсказатель настраивается на скорость изменения разностей выборок, а также на скорость изменения оценочных значений сигнала.

Кодеки ADPCM работают на скоростях 40, 32, 20 и 16 кбит/с.

2.2.4 Дельта-модуляция

66

цифрой. По сути, двоичный поток генерируется путем аппроксимации производной аналогового сигнала, а не его амплитуды: 1 генерируется, если ступенчатая функция возрастает на следующем интервале, и 0 - в противоположном случае.

Направление перехода (вверх или вниз), происходящего в каждый момент взятия выборки, определяется так, чтобы ступенчатая функция максимально соответствовала исходному аналоговому сигналу. Логика процесса изображена на рис. 2.20 и представляет, по сути, механизм обратной связи. При передаче происходит следующее: в каждый момент взятия выборки входной аналоговый сигнал сравнивается с последним значением аппроксимирующей ступенчатой функции. Если величина оцифровываемого сигнала превышает значение ступенчатой функции, то генерируется 1; в противном случае генерируется 0. Таким образом, изменение ступенчатой функции всегда происходит по направлению к входному сигнал. Выходом же процесса дельта-модуляции является двоичная последовательность, которую приемник может использовать для восстановления ступенчатой функции.

фильтр нижних частот, что позволяет создать аналоговую аппроксимацию входного аналогового сигнала.

В схеме дельта-модуляции имеется два важных параметра: размер шага δ, выделенного каждому двоичному символу, и частота выборки F = 1/TS. Как показано на рис. 6.18, выбор δ является компромиссом между двумя типами ошибок или шумов. При очень медленном изменении аналогового сигнала будет существовать квантовый шум, возрастающий по мере увеличения δ. Однако если аналоговая форма волны изменяется настолько быстро, что ступенчатая функция не может за ней поспеть, то возникает шум перегрузки по крутизне, возрастающий по мере увеличения δ.

Очевидно, что точность схемы можно улучшить за счет увеличения частоты выборки, однако при этом увеличивается скорость передачи цифрового сигнала. Основным преимуществом дельта-модуляции по сравнению с импульсно-кодовой модуляцией является простота еѐ реализации.

Скорость передачи при дельта-модуляции соответствует частоте дискретизации (одноразрядное квантование); при скоростях 40-30 кбит/с ДМ обеспечивает более высокое качество восстановления, чем ИКМ. Дельта-модуляция обладает наилучшими параметрами помехоустойчивости среди всех методов кодирования. Соответствующие системы не теряют работоспособности при возникновении одиночных ошибок и их пакетов (серий) малой длительности.

2.3 Кодер речи

С возникновением электрической связи ученые и инженеры начали неустанный поиск способов компактного представления данных, то есть хранения и передачи информации меньшим потоком цифровых данных или в более узком частотном диапазоне. Весьма важное место в технике связи занимает передача речи. Поэтому понятно стремление представить речь в возможно более компактной форме.

Сжатие речи при ее передаче сокращает объем передаваемых данных, затраты и, благодаря этому, позволяет снижать цены на услуги и привлекать новых пользователей. Именно поэтому рынок цифровой телефонии развивается под непосредственным технологическим диктатом ученых и разработчиков кодеков речи.

2.3.1 Методы кодирования речи

После того как аналоговый сигнал преобразован в цифровую форму, к нему можно применять различные способы обработки, которые невозможно использовать при работе с чисто аналоговым сигналом. В частности, оцифрованный сигнал перед передачей можно сжать, уменьшив, таким образом, пропускную способность, необходимую для передачи одного голосового соединения. Методы сжатия речи разрабатываются для

69

достижения определенных целей – нужных скоростей битового потока, качества сигнала, задержки и сложности. Чтобы гарантировать взаимную совместимость устройств кодирования и декодирования, организации по стандартам, такие как ITU-T, ISO и ETSI, определяют эти цели в соответствии с предназначением каждого метода. Но при этом, выигрывая в одном, пользователь часто проигрывает в другом.

б) Декодер

Рисунок 2.20 Кодер а) и декодер б) для дельта модуляции

Во-первых, несмотря на то, что алгоритмы сжатия реализуются на аппаратном уровне, с использованием специализированных процессоров обработки цифрового сигнала (Digital Signal Processor – DSP), все-таки эта операция может привести к задержкам в передаче голоса. При разработке высококачественных методов сжатия речи для скоростей цифровых потоков ниже 10 Кбит/с возникают особенные трудности. Для простых алгоритмов задержка невелика – единицы миллисекунд, однако для сложных

70