1.1.2.Аналого-цифровое преобразование (ацп)

Аналого-цифровое преобразование, то есть преобразование сигнала из широкополосного вида в узкополосный для передачи его по цифровой сети и обратное - в аналоговый вид, производится в кодеке (кодере/декодере), выполняющем следующие процессы:

Рисунок 1‑2

Дискретизация

Цель любого кодирования – получить такую цифровую последовательность, которая требует минимальной скорости передачи, и из которой декодер может восстановить исходный речевой сигнал с минимальными искажениями. Чтобы приемник мог воспроизвести аналоговый сигнал из цифрового с минимальными искажениями, частота дискретизации, согласно теореме Котельникова (1933г), должна быть, по крайней мере, в 2 раза больше, чем максимальная частота аналогового сигнала. Для речевого сигнала частота дискретизации выбрана 8000 Гц (4000 Гц×2), то есть выборки делаются через 1/8000=125мкс. Перед дискретизацией необходимо ограничить полосу разговорного спектра до 4000 Гц.

Рисунок 1‑3

В результате дискретизации мы получили набор отсчетов, отстоящих друг от друга на 125 мкс. Эта процедура получила название амплитудно-импульсная модуляция (АИМ). Временной отрезок между отсчетами обеспечивает возможность передачи по одному тракту отсчетов для нескольких источников речевого сигнала.

Квантование

Полученная последовательность импульсов не может быть передана по линии, так как на приемной стороне из-за искажений, возникших во время передачи, невозможно будет восстановить исходный сигнал. Квантование - это процесс округления значения амплитуды взятого отсчета до ближайшего значения, т.е. значения одного из так называемых уровней квантования.

Рисунок 1‑4

В процессе квантования каждому отсчету должно быть присвоено дискретное значение, определяющее амплитуду сигнала. Для кодирования мы можем использовать одно из значений уровня квантования, поэтому после обратного преобразования в аналоговом сигнале мы получим ошибку округления, которая выразится в виде шума квантования. Следовательно, чем больше уровней квантования используется для кодирования дискретного отсчета, тем меньше шаг квантования (расстояние между соседними уровнями) и тем меньше шумов. Проведенные около 50 лет назад исследования показали, что достаточно 256 уровней квантования, при этом для кодирования уровня квантования или значения одного отсчета будет использоваться 8 битов. Увеличение числа уровней квантования, а следовательно и битов, ведет к незначительному улучшению качества речи.

Линейное кодирование речевого сигнала – это не лучший способ, так как вся основная информационная часть сигнала находится в области малых значений, а пиковые значения сигнала достаточно редки и их искажение не приведет к большому ухудшению сигнала. В Северной Америке используется µ-закон квантования, в европейских странах, в том числе, и в России, – А-закон. При А-законе для кодирования малых значений используется линейная кривая, для кодирования больших амплитуд - логарифмическая.

Кодирование

В используемых законах каждый отсчет кодируется 8 битами, то есть одним байтом, который можно считать звуковым фрагментом. Для одного разговорного канала скорость передачи определяется:

8000Гц×8битов=64 кбит/с

Такая процедура (кодирование амплитуды дискретного отсчета) получила название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ, в английской аббревиатуре - РСМ).

В цифровых коммутаторах каналов или в цифровых системах уплотнения ИКМ закодированные значения сигнала от разных источников помещаются во временные интервалы, тайм-слоты, которые собираются в циклы, где временной интервал от каждого источника занимает свое место. Такая процедура называется мультиплексированием цифровых телефонных каналов с использованием технологии временного разделения каналов (TDM) в групповой сигнал, который, в свою очередь, используется для взаимодействия между коммутаторами.

В зависимости от методики объединения к самым распространенным стандартам относятся:

• Е1, объединяющий 32 тайм-слота (64 кбит/с×32=2048 кбит/с);

• Т1, объединяющий 24 тайм-слота (64 кбит/с×24=1536 кбит/с плюс служебная информация кадров, общая скорость передачи данных по линии 1544 кбит/с);

• ИКМ-15 (1024 кбит/с).

Скорость передачи речевой информации 64 кбит/с стала стандартом для цифровых сетей, причем, обеспечивающим хорошее качество передачи речи (4.2 из 5 по шкале МОС). Соответствующие процедуры кодирования и декодирования сигнала стандартизованы в рекомендации МСЭ-Т (ITU-T) G.711, а кодеки, работающие в том или ином стандарте, получили соответствующие названия.

Первые системы уплотнения стандарта Т1 появились в 1962 году.

Поток E1, который имеет цикловую структуру, определенную в МСЭ-Т G.704, представляет собой упорядоченную последовательность циклов длиной по 32 временных интервала.