Добавил:
СПбГУТ * ИКСС * Программная инженерия Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Специальные книги / Матюхин А. Ю. и др. Многоканальные системы передачи.pdf
Скачиваний:
531
Добавлен:
14.09.2020
Размер:
3.21 Mб
Скачать

Пусть m – разрядность кодовых групп, тогда метод кодирования фронтов может быть реализован только при условии, что TИ m TК . Так как под передачу информации о наличии и характере фронта отводятся два символа, то максимально возможное изменение длительности им-

пульса дискретного сигнала составит

T

 

=T 2m2 . Тогда величина

 

 

 

 

max

К

 

краевых искажений будет равна δ =

 

TК

100 % , а если T

= m T , то

2m2 T

 

 

 

 

И

К

 

1

 

 

И

 

 

 

δ =

100 % и коэффициент использования канала γ =1 m .

m 2m2

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая теперь, что минимальное значение разрядности кодовых групп равно трем (mmin = 3), получаем максимальную величину коэффициента использования канала γmax =1mmin =13 0,33.

Сравнивая между собой методы наложения и кодирования фронтов, нетрудно видеть, что при одной и той же величине краевых искажений метод кодирования фронтов обеспечивает в 2m2 раз больший коэффициент использования канала.

При передаче данных наиболее совершенным в отношении повышения коэффициента использования канала, но более сложным в реализации является метод согласования скоростей, подробно рассмотренный в п. 6.2.3. Данный способ позволяет довести коэффициент использования канала до γ ~ 0,9 .

6.2.7. Организация каналов звукового вещания

Как и в аналоговых системах передачи, в ЦСП организуются каналы звукового вещания трех классов: высшего, первого и второго. Напомним, что каналы высшего класса обеспечивают передачу сигналов с полосой частот от 40 Гц до 15 кГц, первого класса – от 50 Гц до 10 кГц, и второго класса – от 50 Гц до 7 кГц. Помимо этого, современные ЦСП позволяют организовать каналы вещания с эффективно передаваемой полосой частот от 20 Гц до 20 кГц в соответствии с европейским стандартом ETS 300401.

Каналы высшего класса, а также каналы с полосой 0,02–20 кГц используются для передачи сигналов звукового сопровождения телевизионных программ и программ центрального звукового вещания в рес-

276

(aКВ)

публиканские и областные центры. Каналы первого класса предназначены для внутриобластного вещания, а каналы второго класса – для передачи программ районного вещания.

Преобразование сигналов вещания на передающей стороне включает в себя: аналого-цифровое преобразование, компрессию сигнала, а также реализацию процедур контроля ошибок. Следует заметить, что компрессия может осуществляться как в процессе аналого-цифрового преобразования, так и после его выполнения.

Наиболее эффективным методом аналого-цифрового преобразования сигналов вещания является ИКМ. Это объясняется тем, что отсчеты, получаемые при дискретизации сигнала вещания, слабо коррелированны (взаимосвязаны) друг с другом, поэтому использование дифференциальной ИКМ (ДИКМ) или дельта-модуляции (ДМ), как раз и учитывающих взаимосвязь между отсчетами, является нецелесообразным.

Поскольку, независимо от класса организуемого канала, для ана- лого-цифрового преобразования применяется ИКМ, то преобразования в каналах различных классов будут отличаться главным образом частотой дискретизации сигналов и разрядностью используемого кода.

Согласно рекомендациям МСЭ частота дискретизации ( fд) должна быть кратной частоте 8 кГц и принимать следующие значения: для канала с полосой частот 0,02÷20 кГц – не менее 48 кГц, для канала высшего класса – не менее 32 кГц, для канала первого класса – не менее 24 кГц, и для канала второго класса – не менее 16 кГц. Выбор подобных значений частоты дискретизации обусловлен естественно теоремой Котельникова, а также тем, что передача сигналов звукового вещания, как правило, осуществляется в цифровом потоке 2048 кбит/с, а поэтому использование в качестве fД вышеуказанных значений позволяет упро-

стить генераторное оборудование.

Требования в отношении формы амплитудной (квантующей) характеристики кодера и разрядности кода в основном определяются требованиями к помехозащищенности от шумов квантования

вактивном канале. Опытным путем установлено, что в каналах высшего класса помехозащищенность aКВ должна быть не менее 54–56 дБ

вдиапазоне шириной D 30 дБ. Тогда ширина полного динамического

277

диапазона канала вещания определяется как aКВ + D > 84 ÷86 дБ. Напомним, что под шириной полного динамического диапазона канала вещания понимают разность между максимальным и минимальным уровнями сигнала, который может быть передан по каналу, а в качестве минимального уровня сигнала рассматривают уровень шумов, сопутствующих его передаче.

В соответствии с выражением для помехозащищенности от шумов квантования при использовании равномерной (линейной) шкалы (п. 5.1.) имеем

aКВ = 6m +1,8 D 54 ÷ 56 дБ.

Тогда, с учетом того, что динамический диапазон D равен 30 дБ,

получаем минимальное значение разрядности кода m = aКВ + D 1,8 14 .

6

Следует заметить, что приведенные расчеты справедливы только для каналов с цифровыми формами транзита, т. е. когда аналогоцифровое преобразование в канале выполняется один раз. В наиболее общем случае, когда допускается наличие транзитов в аналоговой форме, т. е. аналого-цифровое преобразование осуществляется неоднократно, требования к помехозащищенности на каждом отдельном цифровом участке повышаются, соответственно, разрядность кода увеличивается до m =16 . Таким образом, при организации канала, например, высшего класса необходимо обеспечить передачу информации со скоростью

W = fД m = 32 103 16 = 512 кбитс.

Для уменьшения требуемой скорости передачи информации используют либо кодеки с неравномерной (нелинейной) шкалой квантования, обеспечивающие сжатие (компрессию) динамического диапазона сигнала, либо алгоритмы компрессии, позволяющие снизить скорость за счет устранения как статистической, так и психофизической избыточности кодируемого сигнала. При этом сокращение статистической избыточности основывается на учете свойств самих звуковых сигналов, а психофизической – на учете свойств слухового восприятия.

Используемые кодеки с неравномерной шкалой квантования, так же, как и в случае рассмотренного в п. 5.2.2 кодека речевого сигнала, имеют сегментированные квантующие характеристики, параметры

278

которых приведены в табл. 6.5. Здесь N – число сегментов в положительной области квантующей характеристики (такое же число – в отрицательной области), m – разрядность кода, nk – число уровней квантования в k-м сегменте (сегменты нумеруются от центра квантующей характеристики в направлении порога ограничения). Шаг квантования в k-м сегменте, для всех квантующих характеристик, указанных в табл. 6.5, определяется как k = 2k11 , где 1 – шаг квантования в первом сегменте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тип

7-сегм.

9-сегм.

11-сегм.

 

13-сегм.

 

 

ПМК-5

характеристики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

4

5

 

6

 

7

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

12

 

11

11

11

 

10

10

 

9

 

8

 

10

n1

512

 

256

256

256

 

128

128

 

64

 

32

 

512

n2

512

 

256

128

128

 

64

64

 

32

 

16

 

512

n3

512

 

256

128

128

 

64

64

 

32

 

16

 

512

n4

512

 

256

128

128

 

64

64

 

32

 

16

 

512

n5

 

384

128

 

64

64

 

32

 

16

 

512

n6

 

128

 

64

64

 

32

 

16

 

n7

 

 

64

 

32

 

16

 

Кодирование сигнала с использованием любой из приведенных

втабл. 6.5 шкал квантования, за исключением ПМК-5, осуществляется

всоответствии с алгоритмом, подробно рассмотренным в п. 5.2.2. При этом кодовые комбинации имеют следующую структуру: первый разряд – полярность отсчета; следующие два или три разряда (в зависимости от количества сегментов) – номер сегмента, в котором находится отсчет; оставшиеся разряды – номер уровня квантования в данном сегменте, до которого округляется кодируемый отсчет. Так, например, 7-сегментная шкала квантования при 12-разрядном кодировании содержит по четыре сегмента в положительной и отрицательной областях, и по 512 уровней квантования в каждом сегменте. Таким образом, пер-

279

вый разряд – знаковый (полярность отсчета), следующие два разряда – номер сегмента (22 = 4), последние девять разрядов – номер уровня квантования (29 = 512).

Аналогично можно рассмотреть и 9-сегментную шкалу квантования. Однако стоит заметить, что данная шкала содержит по восемь сегментов как в положительной, так и в отрицательной области, и по 128 уровней квантования в каждом сегменте. Поскольку в первых двух сегментах шаг квантования одинаков, то их объединяют в один сегмент. Точно так же поступают с последними тремя сегментами. В результате, после объединения первых сегментов положительной и отрицательной областей, шкала становится 9-сегментной. Тем не менее, при реализации алгоритма кодирования учитывают наличие всех шестнадцати сегментов, поэтому номер сегмента в каждой области кодируется тремя разрядами, а номер уровня квантования внутри сегмента – семью разрядами (27 = 128).

Семисегментная шкала квантования при m =12 реализована в аппаратуре цифрового вещания АЦВ–480, позволяющей в цифровом потоке со скоростью 2048 кбит/с организовать 4 канала высшего класса. При этом скорость передачи одного цифрового сигнала вещания, защищенного от ошибок линейного тракта и содержащего сигналы автоматического контроля тракта передачи, составляет 480 кбит/с, а обеспечиваемое значение помехозащищенности от шумов квантования превышает 55 дБ в диапазоне шириной 30 дБ.

Девятисегментная и одиннадцатисегментная шкалы квантования также могут быть использованы для организации каналов высшего класса. Отличительной особенностью 11-сегментной шкалы является наличие запрещенных кодовых комбинаций. Как следует из табл. 6.5, при m =11 для кодирования сигналов вещания не используется 256 кодовых комбинаций, а при m =10 – 128 комбинаций. С помощью этих комбинаций в паузах звуковой программы может передаваться технологическая внутрисистемная информация.

Тринадцатисегментная шкала квантования при m =10 используется для организации каналов высшего класса, а при m = 9 и при m = 8 – для каналов первого и второго класса. Так комплекс «Орбита-РВ» позволяет сформировать в стандартном первичном цифровом потоке

280

со скоростью 2048 кбит/с шесть каналов высшего класса ( fД = 32 кГц,

m = 10, W = 320 кбит/с), либо 10 каналов первого класса ( fД = 21

1

кГц,

 

 

3

 

m = 9

, W =192 кбит с), либо 15 каналов второго класса ( fД =14

2

кГц,

 

 

9

 

m = 9

, W =128 кбит с). Обеспечиваемая при этом помехозащищенность

от шумов квантования составляет около 44 дБ.

В аппаратуре ИКМ-15 на основе тринадцатисегментной шкалы A = 87,613 при fД =16 кГц и m = 8 вместо двух каналов ТЧ организуется

канал вещания второго класса, а в ИКМ-30, при fД = 32 кГц и m = 8 , ка-

нал первого класса (вместо четырех каналов ТЧ).

Реализация аналого-цифрового преобразования сигналов вещания осуществляется с использованием тех же узлов, что и в случае преобразования речевых сигналов (п. 6.2.2). При этом кодек может являться как индивидуальным устройством, так и групповым, т. е. объединение канальных сигналов в групповой может происходить как на уровне цифровых сигналов, так и на уровне дискретных аналоговых сигналов. В качестве примера, на рис. 6.31 представлена структурная схема приемопередатчика сигналов вещания, входящего в состав аппаратуры ИКМ-30.

Вход

 

Ус1

 

КП

 

 

 

ФНЧ1

Ус2

 

 

 

 

М

 

 

 

На вход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кодера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ус4

 

 

от ГО

 

Ус3

КВ

ФНЧ2

С выхода

Выход

декодера

 

 

 

 

Ус5

 

 

ВС

 

 

 

 

Рис. 6.31. Структурная схема прием-передатчика сигналов вещания аппаратуры ИКМ-30

Как уже говорилось в п. 6.2.2, в ИКМ-30 групповой сигнал формируется на входе кодера путем объединения канальных сигналов АИМ-1, поэтому кодек на рис. 6.31 не показан.

281

В состав тракта передачи приемопередатчика входят усилители (Ус1, Ус2), контур предыскажений (КП), фильтр нижних частот (ФНЧ1) и амплитудно-импульсный модулятор (М), а в состав тракта приема – временно́й селектор (ВС), фильтр нижних частот (ФНЧ2), контур восстановления (КВ) и усилители (Ус3, Ус4, Ус5).

Назначение всех узлов, за исключением контуров предыскажения и восстановления, такое же, как и в схеме приемопередатчика телефонных сигналов, показанной на рис. 6.8. Поэтому здесь лишь отметим, что контур предыскажений выравнивает характеристику спектральной мощности сигнала вещания и тем самым увеличивает помехозащищенность от шумов квантования, а контур восстановления выполняет обратную функцию, т. е. обеспечивает восстановление исходной характеристики спектральной мощности сигнала.

Рассмотрим теперь шкалу квантования ПМК-5 (почти мгновенное компандирование с пятью возможными значениями шага квантования). Напомним, что под компандированием понимается совокупность операций сжатия и расширения динамического диапазона сигнала, выполняемых на передающей и приемной сторонах соответственно.

В случае кодирования отсчетов с использованием обсуждавшихся ранее сегментированных шкал квантования каждая кодовая комбинация содержит номер сегмента. Поскольку номер сегмента однозначно определяет шаг квантования, то можно считать, что при передаче каждой кодовой комбинации на сторону приема передается значение шага квантования. Однако максимальная скорость изменения сигнала вещания такова, что значение шага квантования достаточно передавать один раз на интервале, равном 1 мс. Иными словами, все отсчеты, поступающие за 1 мс, располагаются в одном и том же сегменте, а поэтому номер сегмента из кодовых комбинаций может быть исключен и передан отдельно один раз. В этом и заключается суть метода почти мгновенного компандирования (ПМК).

Шкала ПМК-5 содержит по пять сегментов в положительной и отрицательной областях, и по 512 уровней в каждом сегменте. Алгоритм кодирования включает в себя несколько этапов:

– запоминание отсчетов на интервале, равном 1 мс;

282

определение наибольшего по амплитуде отсчета и выбор сегмента (шага квантования) в соответствии с этим;

кодирование накопленных на данном интервале отсчетов с использованием выбранного шага.

Получаемые в результате кодирования кодовые комбинации являются 10-разрядными и имеют следующую структуру: первый разряд –

полярность, остальные девять разрядов – номер уровня квантования в выбранном сегменте. Помимо закодированных отсчетов каждую миллисекунду передается 3-разрядная комбинация – номер выбранного сегмента. Таким образом, при организации канала, например, высшего класса частота дискретизации (fД = 32 кГц) и скорость передачи цифро-

вого сигнала составит W = 32 103 10 +1 103 3 = 323 кбитс. Обеспечиваемая в данном случае помехозащищенность от шумов квантования превышает 60 дБ, что существенно больше помехозащищенности, достижимой при других шкалах квантования с m =10 .

Реализация аналого-цифрового преобразования с ПМК, как правило, осуществляется с использованием цифрового компрессора. В связи с этим сигнал вещания сначала подвергается ИКМ-преоб- разованию с линейной шкалой при m =14 , а затем полученные кодовые комбинации преобразуются в 10-разрядные.

Следует заметить, что на практике ИКМ с ПМК применяют, чаще всего, совместно с дифференциальной ИКМ (ДИКМ). Это позволяет получить дополнительное уменьшение скорости цифрового сигнала за счет того, что четные отсчеты кодируются 10-раз- рядными кодовыми комбинациями с использованием ПМК-5, а вместо нечетных отсчетов кодируется разность между полусуммой двух соседних четных отсчетов и расположенным между ними нечетным отсчетом, причем эта разность кодируется 9-разрядными комбинациями с использованием ПМК-3. Таким образом, в среднем на отсчет приходится 9,5 бит. В итоге скорость цифрового сигнала при fД = 32 кГц, и с учетом того, что разрядность сигналов управления,

отвечающих за передачу номера сегмента, возрастает до m = 4 , составит W = 32 103 102 + 32 103 92 +1 103 4 = 308 кбитс.

Структурная схема аналого-цифрового преобразователя, реализующего рассмотренный алгоритм, представлена на рис. 6.32.

283

Здесь: АЦП – аналого-цифровой преобразователь с линейной шкалой квантования; ПМК – устройство почти мгновенного компандирования с пятью возможными значениями шага; Комм. – коммутатор кодовых комбинаций; РС – устройство расчета разностного сигнала; ПМКД – дополнительное устройство ПМК для разностного сигнала; ФГС ЗВ – формирователь группового сигнала звукового вещания.

АЦП

ПМК

Комм.

чет

ПМКД

ФГС ЗВ

РС

m=14

m=10

m=9

 

нечет

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.32. Структурная схема АЦП

 

Примером аппаратуры, в которой используется комбинация ИКМ с ПМК-5 и ДИКМ, является система ИКМ-В6/12. Данная ЦСП позволяет организовать 6 каналов вещания высшего класса, либо вместо любого канала высшего класса могут быть организованы 2 канала второго класса. Таким образом, минимальное количество каналов равно 6, а максимальное – 12. Скорость передачи группового цифрового сигнала составляет 2048 кбит/с.

При организации канала высшего класса сигнал на выходе АЦП, как было показано ранее, имеет скорость 308 кбит/с.

Использование процедуры защиты от ошибок, основанной на применении кода Хэмминга, позволяющего исправлять одиночные ошибки, приводит к увеличению скорости передачи канального сигнала до 316 кбит/с. Сформированный таким образом канальный сигнал имеет структуру цикла, содержащего 632 тактовых интервала общей длительностью 2 мс. В цикле размещаются 32 десятиразрядные комбинации, 32 девятиразрядные комбинации, 10 символов защиты старших разрядов, 12 символов передачи и защиты кодовых комбинаций, отвечающих за передачу номера сегмента (размера шага квантования), 1 символ управления каналом и 1 символ сигнала цикловой синхронизации.

Формирование группового сигнала со скоростью 2048 кбит/с осуществляется путем синхронного либо асинхронного объединения канальных сигналов. В последнем случае используется метод двухстороннего согласования скоростей с двухкомандным управлением (п. 6.2.3).

284

Групповой сигнал имеет структуру цикла стандартного первичного потока (п. 6.2.1, рис. 6.2). Каждый канальный сигнал вещания, имеющий скорость 316 кбит/с, занимает в цикле пять канальных интервалов (КИ). Номера занимаемых КИ приведены в табл. 6.6.

Таблица 6.6

Номер канала вещания

 

Номера канальных

высшего класса

интервалов в цикле

1

9,

15,

19,

25,

31

2

3,

7,

11,

23,

27

3

5,

13,

17,

21,

29

4

1,

8,

12,

24,

28

5

4,

10,

20,

26,

30

6

2,

6,

14,

18,

22

Поскольку пять канальных интервалов позволяют передавать информацию со скоростью W = 5 64 кбит/с = 320 кбитс, то в режиме синхронного сопряжения сигнал вещания занимает все тактовые интервалы отведенных для него КИ, за исключением последнего тактового интервала последнего КИ в нечетных циклах, что и обеспечивает передачу сигнала со скоростью 316 кбит/с. Отличие четных циклов от нечетных определяется положением сигнала цикловой синхронизации.

В режиме асинхронного сопряжения для организации служебного канала, обеспечивающего передачу команд согласования скоростей (КСС), а также передачу информационного символа сигнала вещания при отрицательном согласовании, используется указанный выше свободный тактовый интервал (в КИ31 для первого канала, в КИ27 для второго канала и т. д.). Команды согласования скоростей являются трехразрядными (000 или 111), и поэтому организуется сверхцикл, состоящий из четырех циклов: в первых трех передаются КСС, а в четвертом – информационный символ при отрицательном согласовании. В качестве сверхциклового синхросигнала данного служебного канала используются команды 000 и 111.

Помимо рассмотренных способов уменьшения скорости передачи сигналов звукового вещания, основанных на использовании компандирования, в настоящее время применяются методы, позволяющие

285

снизить требуемую скорость за счет устранения как статистической, так и психофизической избыточности. Данные методы закреплены в международных стандартах (например, MPEG-1, MPEG-2), разработанных международной экспертной группой MPEG.

Согласно стандартам, сокращение избыточности реализуется путем представления сигнала вещания в частотной области и кодирования «формы спектра». При этом для представления сигнала в частотной области используются два метода: субполосное представление (полосовая фильтрация) и ортогональное преобразование, в частности, преобразование Фурье либо модифицированное дискретное косинусное преобразование (МДКП) [9].

При субполосном представлении полоса частот сигнала с помощью набора фильтров разделяется на отдельные полосы, называемые субполосами, а затем полученные субполосные сигналы кодируются.

Следует заметить, что слуховой аппарат человека при восприятии звука выполняет аналогичное разделение полосы сигнала на так называемые критические полоски слуха. В связи с этим ширина полосы пропускания каждого фильтра приблизительно равна ширине критических полосок слуха.

Подобное представление позволяет не учитывать субполосные сигналы с малыми энергиями, и кроме того, исключить часть информации, которая не будет воспринята человеком по причине маскирующего действия, оказываемого субполосными сигналами друг на друга. Помимо этого, для преобразования каждого субполосного сигнала могут использоваться дифференциальные методы модуляции (например, АДИКМ), причем достаточно обеспечить помехозащищенность от шумов квантования, равной 30 дБ. Таким образом, субполосное представление дает возможность уменьшить избыточность, а соответственно, и снизить скорость передачи до 64–128 кбит/с на моноканал.

Представление сигнала в частотной области с помощью ортогонального преобразования предусматривает расчет спектра сигнала на интервале наблюдения, равном 10–20 мс с шагом 50÷100 Гц. Полученные коэффициенты Фурье или МДКП затем кодируются и передаются. При этом, так же, как и в случае субполосного представления, избыточность может быть уменьшена за счет исключения спектральных

286

составляющих, имеющих малые амплитуды, а также не воспринимаемых слуховым аппаратом человека по причине эффекта маскировки. Кроме этого, использование при кодировании дифференциальных методов модуляции и снижение точности кодирования до разрешающей способности слухового аппарата (1 дБ для амплитуд и 16 для фаз) позволяют дополнительно уменьшить избыточность, и тем самым обеспечить передачу сигнала вещания со скоростью 64–128 кбит/с.

Рассмотрим основные этапы преобразования сигнала при кодировании с использованием субполосного представления. Поскольку сжатие реализуется с помощью цифрового компрессора, сигнал вещания предварительно подвергается ИКМ-преобразованию с линейной шкалой при m =16 . Полученный цифровой сигнал вещания разбивается на кадры длиной 2304 байта (1152 отсчета). Каждый кадр с помощью набора цифровых фильтров разделяется на n = 32 субполосных сигнала, при этом ширина субполосы определяется как f = fД (2 n) . В итоге,

с учетом того, что общее количество отсчетов остается прежним, в каждой субполосе содержится по 1152/32 = 36 отсчетов.

На следующем шаге преобразования отсчеты каждого субполосного сигнала нормируются с помощью масштабного коэффициента, в качестве которого выбирают максимальное значение отсчета этого субполосного сигнала в данном кадре. Однако в блоке из 36 отсчетов могут наблюдаться всплески, а поэтому такой блок, как правило, делится на три субблока по 12 отсчетов в каждом, и соответственно, определяются три масштабных коэффициента. Далее полученные коэффициенты квантуются и кодируются с использованием 63 разрешенных уровней, причем округление выполняется всегда в бо́льшую сторону.

Для квантования и кодирования нормированных отсчетов субполосных сигналов используют равномерную шкалу квантования. Следует заметить, что такие параметры шкалы, как количество разрешенных уровней, а соответственно, и разрядность кода, являются индивидуальными для каждой субполосы и определяются требуемой скоростью передачи, в зависимости от которой меняется количество передаваемых субполос (например, при W =192 кбитс передаются субполосы с 0-й по 26-ю), а также используемой психоакустической моделью (ПАМ), позволяющей, с учетом эффекта маскировки, рассчитать допустимое

287

значение уровня шумов квантования в субполосе и найти минимально возможное значение разрядности кода. Подробный анализ ПАМ можно найти в [9].

Поскольку разрядность m для каждого субполосного сигнала может меняться в пределах от 2 до 16, то на приемную сторону, помимо закодированных отсчетов, передается индекс шкалы квантования, определяющий число разрешенных уровней, а соответственно, и шаг квантования.

При использовании представления сигнала в частотной области с помощью ортогонального преобразования алгоритм кодирования остается прежним, но кодированию подвергаются не отсчеты сигнала, а коэффициенты Фурье или МДКП.

Для правильного разделения и декодирования субполосных сигналов формируются пакеты данных, каждый из которых содержит поле данных, где размещаются закодированные отсчеты, а также набор полей служебной информации (заголовок (header); контрольная сумма CRC–8; информация о распределении бит или, что то же самое, индекс шкалы квантования (Bit allocation); информация о количестве (SCFSI) и величинах (Scale factor) масштабных коэффициентов; вспомогательное поле данных (ancillary data), позволяющее изменять скорость передачи).

Согласно стандартам, передача сигналов звукового вещания в ЦСП осуществляется в первичном цифровом потоке (W = 2048 кбитс). Поскольку первичный поток является структурированным (п. 6.2.1, рис. 6.2), то для организации каналов вещания используются канальные интервалы КИ1–КИ15 и КИ17–КИ31. При этом скорости передачи выбираются кратными 64 кбит/с и для двух моноканалов или одного стереоканала должны принимать следующие значения:

– для каналов с полосами частот 0,05÷10 кГц и 0,05–7 кГц –

128кбит/с;

для каналов с полосами 0,04–15 кГц и 0,02–20 кГц – 256 кбит/с или 384 кбит/с.

В соответствии с заданными скоростями, а также с учетом значе-

ний частот дискретизации, определяются длины пакетов, которые

вданном случае должны быть следующими:

для каналов с полосами частот 0,05–10 кГц и 0,05–7 кГц – 576 байт;

288

для канала с полосой 0,04–15 кГц – 1152 байта;

для канала с полосой 0,02–20 кГц – 768 байт.

Ввод сигналов вещания в цикл первичного потока выполняется, как правило, в режиме синхронного сопряжения, и каждый канальный сигнал, в зависимости от скорости, может занимать от одного до шести канальных интервалов (КИ). Номера занимаемых КИ при скоростях передачи 128, 192, 256 и 384 кбит/с, приведены в табл. 6.7 и табл. 6.8 [10].

 

 

 

 

 

Таблица 6.7

 

 

 

 

 

 

 

A

B

C

D

E

1

КИ1, КИ17

КИ4, КИ20

КИ7, КИ23

КИ10, КИ26

КИ13, КИ29

2

КИ2, КИ18

КИ5, КИ21

КИ8, КИ24

КИ11, КИ27

КИ14, КИ30

3

КИ3, КИ19

КИ6, КИ22

КИ9, КИ25

КИ12, КИ28

КИ15, КИ31

Примечание. Пятнадцать моноканалов 128 кбит/c – A1, A2, …, E2, E3; семь стереоканалов 128 кбит/c или моноканалов 256 кбит/с – A1+A2, A3+B1, B2+B3,…, E1+E2 или A2+A3, B1+B2, B3+C1, …, E2+E3.

 

 

 

 

 

Таблица 6.8

 

 

 

 

 

 

 

A

B

C

D

E

1

КИ1, КИ2, КИ3

КИ4, КИ5, КИ6

КИ7, КИ8, КИ9

КИ10, КИ11, КИ12

КИ13, КИ14, КИ15

2

КИ17, КИ18,

КИ20, КИ21,

КИ23, КИ24,

КИ26, КИ27,

КИ29, КИ30,

КИ19

КИ22

КИ25

КИ28

КИ31

 

Примечание. Десять моноканалов 192 кбит/c – A1, A2, …, E1, E2; пять стереоканалов

192 кбит/c или моноканалов 384 кбит/с – A1+A2, B1+B2, C1+C2, …, E1+E2.

Примером ЦСП, в которой реализованы рассмотренные выше алгоритмы, является аппаратура семейства «Рабита», позволяющая в первичном цифровом потоке со скоростью 2048 кбит/с организовать:

11 стерео или 22 моноканала с полосой 0,03÷10 кГц или 0,03÷7 кГц;

7 стерео или 15 моноканалов с полосой 0,03÷15 кГц;

5 стерео или 10 моноканалов с полосой 0,02÷20 кГц. Обеспечиваемая при этом помехозащищенность составляет 83 дБ.

289