ГлавнаяКаталог статейДокументацияЦСП

Структурная схема нелинейного кодера, характеристика компрессии типа А-87,6/13. Принцип ра

Структурная схема нелинейного кодера, характеристика компрессии типа А-87,6/13. Принцип работы

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. Эти эталоны указаны в начале каждого сегмента. 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.
Все эталонные значения 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 ?min будет в сегментах С1 и С2, а максимальный ?max - в сегменте С8. Причем отношение ?max / ?min 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 ?С, 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 ?С,4 ?С,2 ?С, ?С. В результате сравнения определяется номер уровня квантования, в зоне которого находится амплитуда отсчета.
Кодер содержит компаратор (К), блок выбора и коммутации эталонных токов (БКЭ), генератор положительных (ГЭТ,) и отрицательных (ГЭТ2) эталонных токов, компрессирующих логику (КЛ), цифро¬вой регистр (ЦР) и преобразователь кода (ПК). Компаратор оп¬ределяет знак разности между амплитудами токов кодируемого отсчета Iс и эталона Iэт. Принцип работы компаратора при оценке импульсов положительной и отрицательной полярностей опи¬сан ранее. Генератор эталонов формирует полярность и значения эталонов. По построению он аналогичен ГЭТ линейного кодера, только число формируемых эталонов равно 11, а значения этих эталонов равны 1, 2. 4, ..., 1024 усл. ед. Цифровой регистр слу¬жит для записи решений компаратора после каждого такта коди¬рования и формирования структуры кодовой группы. В зависи¬мости от решений компаратора ЦР выбирает полярность ГЭТ и управляет работой КЛ. По мере образования кодовой комбина¬ции формирователь считывает состояние выходов 1—8 ЦР, пре¬образует параллельный код в последовательный. Работой узлов кодера управляет устройство ГОпер.
Принцип работы нелинейного кодера во многом аналогичен работе линейного. Поясним работу нелинейного кодера на при¬мере кодирования отсчета положительной полярности с амплиту¬дой, равной 0,2 Im что равно примерно 410 усл. ед.
В исходном положении выходы 1—8 ЦР находятся в состоя¬нии 0, ГЭТ отключены и Iэт= 0. Кодируемый отсчет Iс, подается на вход 7 компаратора. В момент, предшествующий первому такту кодирования, выход 7 ЦР переводится в состояние 1, чем включается ГЭТ, положительной полярности. Ток Iэт = 0, а Iс> 0, поэтому на выходе компаратора (точка 5) в первом такте кодиро¬вания будет сформирован 0, и состояние 1 первого выхода ЦР сохранится. На этом заканчивается первый этап, в котором уста¬навливается и кодируется полярность отсчета.
Второй этап кодирования - определение и кодирование но¬мера сегмента, в котором заключена амплитуда отсчета, начина¬ется с того, что в состояние 1 переводится выход 2 ЦР и на вход 2 компаратора подается Iэт4 величиной 128 усл. ед. (узел 4 харак¬теристики компрессии). Поскольку в этом случае Iс> / Iэт, во вто¬ром такте кодирования па выходе компаратора будет сформиро¬ван 0, и состояние 1 второго выхода ЦР сохранится. Далее эта¬лон 128 усл. ед. снимается и в состояние 1 переводится выход 3 ЦР, в результате чего на вход 2 компаратора вместо Iэт подается Iэт6 величиной 512 усл. ед. В этом случае Iс< Iэт, поэтому в третьем такте кодирования на выходе компаратора будет сформиро¬вана 1, которая изменит состояние выхода 3 ЦР с 1 на 0. В со¬стояние 1 переводится выход 4 ЦР и на вход 4 компаратора вместо Iэт6подается Iэт5 величиной 256 усл. ед. Так как Iс> Iэт5 , то в четвертом такте кодирования на выходе компаратора будет 0, и состояние выхода 4 ЦР сохранится. Итак, по окончании второго этапа кодирования выходы 2—4 ЦР будут отмечены состоянием 101 соответственно, что в двоичном коде определяет номер узла (сегмента), в пределах которого находится амплитуда кодируемо¬го отсчета - узел 5 (сегмента С5).
Третий этап кодирования - определение и кодирование номе¬ра уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета Iс. Таких уровней квантования в пределах каждого сегмента 16, и все они могут быть получены с помощью дополнительных эталонных значений на 9-й уровень кванто¬вания, находящийся в сегменте С6.

Просмотров: 10035 | Дата: 2020-10-30 | Добавил: Dima
Всего комментариев: 2
#2 Лев   (2011-10-30 15:37) [Материал]
0  
Скачай Учебник Скалин "Цифровые системы передачи". Там очень хорошо написано про работу схемы Нелинейного кодера..!!!
#1 Женя   (2011-06-20 22:32) [Материал]
0  
Статья помогла, но не помешало бы несколько конкретных примеров нелинейного кодирования. Причем взять одно и то же значение амплитуды и закодировать в нелинейном и линейном кодере, сравнить цифры и шумы квантования.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]