Главная → Каталог статей → Документация → ЦСП

Принцип работы нелинейного кодирования в цифровых системах передачи с ВРК

Необходимое качество передачи сигналов достигается при выполнении квантования с неравномерной шкалой. Построение такой квантующей характеристики может осуществляться различными методами. Один из них - это при¬менение аналогового компандера в сочетании с линейным коде¬ром и декодером. В СП с ИКМ вместо плавной амплитудной ха¬рактеристики, которую имеют аналоговые компандеры, приме¬няются сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступеня¬ми. Наибольшее распространение получила сегментная характе¬ристика типа А-87,6/13, где аппроксимация логарифмической ха¬рактеристики компрессирования производится по так называе¬мому А-закону,
А = 87,6 — коэффициент компрессии, а сама характеристика строится из 13 сегментов. Она содержит в положительной области сегменты С1 – С8., находящиеся между точками (узлами) 0—1, 1-2, .... 7-8.
Аналогичным образом строится характеристика для отрица¬тельной области значений входного сигнала. Четыре централь¬ных сегмента (два в положительной и два в отрицательной об¬ластях) объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13. Каждый из 16 сегментов характеристики содержит по 16 шагов (уровней) квантования, а общее число уровней равно 256, из них 128 положительных и 128 отрицательных. Каждый сегмент начинается с определенного эталона, назы¬ваемого

основным. Шаг квантования внутри каждого сегмента равномерный, а при переходе от одного к другому сегменту из¬меняется в 2 раза, начиная с центрального сегмента, куда входят С1 и С2. Значения основных и дополнительных эталонов шагов квантования даны в табл.
Все эталонные значения в табл. приведены в условных единицах по отношению к минимальному шагу квантования. Со¬четание дополнительных эталонов позволяет получить любой из 16 уровней квантования в данном сегменте. При изменении шага квантования изменяется крутизна характеристики. Изменение крутизны происходит в точках (узлах) характеристики. Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицатель¬ной областях характеристики) имеют одинаковую крутизну и равные шаги квантования. При таком построении характеристи¬ки минимальный шаг квантования δmin будет в сегментах С1 и С2, а максимальный δmax - в сегменте С8. Причем отношение δmax / δmin составляет 26 или 64. Это значение примерно характеризует пара¬метр сжатия для сегментной характеристики компандирования, или параметр А. Точное значение данного параметра для непре¬рывной характеристики типа А определяется из выражения А/(1 + ln А) = 2 nc-1 , где n - число сегментов; при числе сегмен¬тов nc = 8 имеем А = 87,6.
Эффективность рассмотренной характеристики можно оце¬нить визуально, если обратить внимание на то, что 112 уровней из 128 используются для квантования сигналов, амплитуда кото¬рых не превышает половины максимальной, 64 уровня - для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает 6,2 % максимальной.
Рассмотрим особенности этапов кодирования и декодирования сигналов при нелинейной характеристике квантования. В случае сегментной характеристики компрессии типа А-87,6/13 для кодиро¬вания абсолютных величин отсчетов необходимо 11 эталонов с ус¬ловными весами, равным 20, 21, 22 , 23, ..., 210 усл. ед., или 1, 2, 4, 8, … 1024 усл, ед. При линейном кодировании такая характеристика эквивалентна характеристике квантования с 2048 уровнями. Для кодирования 2048 положительных и 2048 отрицательных уровней потребуется 12-разрядная кодовая группа. При нелинейном коди¬ровании для обеспечения такой же защищенности А кв > 25дБ по¬требуются 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а ко¬довая группа должна быть 8-разрядной.
Кодирование осуществляется за восемь тактов и включает три основных этапа, на которых определяется и кодируется:
полярность входного сигнала;
номер сегмента, в котором заключен кодируемый отсчет;
номер уровня квантования сегмента, в зоне которого заклю¬чена амплитуда кодируемого отсчета.
Первый этап кодирования осуществляется за первый такт, второй этап - за второй - четвертый такты, третий этап - за пятый - восьмой такты кодирования.
Работа кодера на первом этапе при определении и кодирова¬нии полярности отсчета не отличается от работы линейного ко¬дера.
На втором этапе определяется и кодируется узел характе¬ристики, определяющей начало сегмента, в котором находится амплитуда кодируемого отсчета, например: узла 0, если отсчет находится в сегменте 1; узла 1, если отсчет находится в сегменте 2; узла 2, если отсчет находится в сегменте 3, и т. д. Для этого выбирается алгоритм работы, обеспечивающий определение узла характеристики за три такта кодирования. В первом такте коди¬рования амплитуда отсчета Iс сравнивается с эталонным током Iэт4. Если Iс > Iэт4, то это означает, что Iс находится в сегментах 5—8 характеристики, и вместо тока Iэт4 включается ток Iэт6. Если при сравнении окажется, что Iс < Iэт4, то это означает нахождение Iс в сегментах 1—4 характеристики, и вместо тока Iэт4включает¬ся ток Iэт2 .Далее в зависимости от результата сравнения на вто¬ром этапе кодирования включается, если Iс > Iэт6, ток Iэт7 или, если Iс < Iэт6 ток Iэт5 . Аналогично подбираются эталоны, если на втором этапе был включен Iэт2. Результат сравнения в третьем и также кодирования позволяет окончательно выбрать номер узла характеристики, определяющий начало сегмента. Результат представляется двоичной кодовой комбинацией, занимающей разряды 2-4 кодовой группы.
На третьем этапе определяется и кодируется номер уровня квантования внутри выбранного сегмента, в зоне которого нахо¬дится амплитуда кодируемого отсчета. Необходимо напомнить, что число шагов квантования внутри сегмента равно 16, шаг квантования равномерный и равен δС, причем для каждого сег¬мента свой. Третий этап осуществляется за четыре такта методом линейного кодирования. При кодировании в дополнение к основному эталону, определяющему начало сегмента, подключают¬ся дополнительные эталоны с весами 8 δС,4 δС,2 δС, δС. В результате сравнения определяется номер уровня квантования, в зоне которого находится амплитуда отсчета.
Итак, после выполнения указанных операций получается 8-разрядная кодовая комбинация двоичных символов, 1-й разряд которой указывает полярность кодируемого отсчета, (2 - 4)-й разряды - номер сегмента узла характеристики компрессии; (5 -8)-й разряды - номер шага квантования внутри того сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета. Напри¬мер, кодовая комбинация двоичных символов 11011010 означает, что кодированию подлежит отсчет положительной полярности, амплитуда которого находится в сегменте 6 и заключена в зоне 10-го уровня квантования этого сегмента, на характеристике компрессии соответствует сигналу с амплитудой в зоне 90-го уровня квантования.