Кодеки информационных сигналов в цифровых системах передачи с икм

А. 1. Нелинейные кодеки вида А=87,6/13 и =255/15

На рис. А. 1 приведена схема нелинейного кодека, выполненного на основе линейного кодера и линейного декодера, цифрового компрессора и цифрового экспандера.

Рис. А. 1. Схема нелинейного кодека

На вход линейного кодера поступают сигналы с частотой дискретизации, равной 8 кГц. Напряжения кодируются в линейном кодере с использованием симметричного кода. Первый бит – бит полярности (п) рассчитывается следующим образом:

п = 0 для отрицательных напряжений,

п = 1 для положительных напряжений.

Остальные биты получают при использовании арифметического натурального кода (при этом самым значащим должен быть левый или первый разряд), затем выполняется цифровая компрессия, и для передачи по линии применяется кодовое слово, состоящее из восьми битов: первый бит – бит полярности (п),

второй, третий и четвертый биты – номер сегмента (с),

пятый, шестой, седьмой и восьмой биты – это номер уровня (к), который получается при кодировании арифметическим натуральным кодом разности значения входного напряжения и нижней границы сегмента с шагом квантования данного сегмента.

В табл. А. 1 приведены возможные значения шагов квантования и границы сегментов для кодеров А=87,6/13 и =255/15 в милливольтах.

Кодирование и декодирование при компрессировании по закону А=87,6/13 можно выполнить в следующем порядке:

определить бит полярности;

рассчитать структуру кодовой группы на выходе линейного кодера из 12 битов (без учета бита полярности, поэтому необходимо кодировать абсолютное значение напряжения), но шаг линейного кодирования следует взять равным 2 мВ. Для расчета структуры кодовой группы нужно разделить значение напряжения на 2 мВ, отбросить дробную часть, а целую часть представить в двоичном арифметическом натуральном коде, состоящем из 12 символов, при этом самым значащим должен быть левый (первый) бит.

Таблица А. 1

Параметры кодеров А=87,6/13 и =255/15

	Кодер А=87,6/13		Кодер =255/15
Номера сегментов	Шаг квантования, мВ	Границы сегментов, мВ	Шаг квантования, мВ	Границы сегментов. мВ
0	4	0–64	1 и 2	0–31
1	4	64–128	4	31–95
2	8	128–256	8	95–223
3	16	256–512	16	223–479
4	32	512–1024	32	479–991
5	64	1024–2048	64	991–2015
6	128	2048–4096	128	2015–4063
7	256	4096–8192	256	4063–8159

Затем, из 12‑битовой комбинации следует получить 7‑битовую, в которой первые три бита – это номер сегмента в двоичной виде. Этот номер в десятичном виде рассчитывается по формуле

с = 7  ,

где – количество нулей до первой ведущей "единицы",

и переводится в двоичное число. Величина к – это четыре бита после ведущей “1” (за исключением нулевого сегмента, для которого к – это биты после семи нулей (см. табл. А. 2)), а на приеме после битов (к) всегда включается корректирующая “1”.

Кодирование и декодирование при компрессировании по закону А=87,6/13 без учета бита полярности приведено в табл. А. 2.

Таблица А. 2

Кодирование и декодирование по закону А=87,6/13

Кодовые группы на выходе линейного кодера и на входе цифрового компрессора	Кодовые группы на выходе цифрового компрессора и на входе цифрового экспандера	Кодовые группы на выходе цифрового экспандера и на входе линейного декодера
0000000wxyza	000wxyz	0000000wxyz1
0000001wxyza	001wxyz	0000001wxyz1
000001wxyzab	010wxyz	000001wxyz10
00001wxyzabc	011wxyz	00001wxyz100
0001wxyzabcd	100wxyz	0001wxyz1000
001wxyzabcde	101wxyz	001wxyz10000
01wxyzabcdef	110wxyz	01wxyz100000
1wxyzabcdefg	111wxyz	1wxyz1000000

Кодирование и декодирование по закону =255/15 при напряжении ограничения равном 8159 можно выполнить в таком же порядке, как показано выше для закона А=87,6/13, но диапазон кодирования необходимо сместить на 33, а именно, к абсолютным целым (без дробной части) значениям напряжений дискретных сигналов перед линейным кодированием необходимо добавлять 33 и только после этого полученное десятичное значение дискретного сигнала можно перевести в двоичное число, состоящее из 13 символов, т.е. на выходе линейного кодера необходимо получить 13‑битовую комбинацию, используя шаг квантования, равный 1. Тогда диапазон кодирования смещается из 0–8159 в диапазон 33–8192. На приеме после получения квантованного значения следует из напряжения квантованного отсчета вычесть 33. Алгоритм получения номера сегмента такой же, как в кодере А=87,6/13, но для нулевого сегмента имеется ведущая "единица". Кодирование и декодирование при компрессировании по закону =255/15 без учета бита полярности приведено в табл. А. 3.

Таблица А. 3

Кодирование и декодирование по закону =255/15

Кодовые группы на выходе линейного кодера и на входе цифрового компрессора	Кодовые группы на выходе цифрового компрессора и на входе цифрового экспандера	Кодовые группы на выходе цифрового экспандера и на входе линейного декодера
00000001wxyza	000wxyz	00000001wxyz1
0000001wxyzab	001wxyz	0000001wxyz10
000001wxyzabc	010wxyz	000001wxyz100
00001wxyzabcd	011wxyz	00001wxyz1000
0001wxyzabcde	100wxyz	0001wxyz10000
001wxyzabcdef	101wxyz	001wxyz100000
01wxyzabcdefg	110wxyz	01wxyz1000000
1wxyzabcdefgh	111wxyz	1wxyz10000000

Для проверки правильности расчета для каждого входного сигнала необходимо рассчитать ошибку квантования по формуле

,

где – значение напряжения сигнала на входе кодера, – значение квантованного напряжения на выходе декодера по данным расчета.

Ошибка квантования не должна быть больше половины шага квантования в сегменте (по абсолютному значению). Значения шагов квантования приведены в табл. А. 1.