Импульсно-кодовая модуляция аим сигнал, как отмечалось ранее, представляет собой последовательность узких импульсов.

Подвергнем АИМ сигнал квантованию по уровню:

s(t) Δ_i - -шаг квантования, где i = 0,1,2,3,4,5,6,7,8

t_д – период дискретизации (шаг квантования)

Границы шагов квантования являются точками разрешения для передачи значений амплитуд импульсов, которые приближенно равны мгновенным ближайшим значениям первичного (речевого) сигнала.

Такое преобразование называется квантованной АИМ (КАИМ).

Число квантов большое, но конечное - 256 = 2⁸.

Если шаги квантования одинаковые, квантование называется равномерным, при разных величинах шагов квантования - неравномерным.

Ошибки, возникающие при КАИМ, называются шумом квантования, который представляют собой случайную последовательность импульсов. Максимальное значение амплитуд импульсов шума квантования не должно превышать половины шага квантования.

Чем меньше шаг квантования и период дискретизации (квантования), тем меньше шумы квантования.

Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, или: импульсно-кодовая модуляция - ИКМ

Преобразование аналогового, в т.ч. речевого сигнала в цифровую форму осуществляется в 4 этапа (имеют место четыре процесса):

-фильтрация - к преобразованию допускаются стандартные звуковые частоты;

-выборка (АИМ) - дискретизация (samplinq) - формирование - отсчетов амплитуды речевого сигнала (для речи амплитуда сигнала измеряется 8000 раз/ с, т.е. частота дискретизации равна 8000,0Гц, или 8,0кГц);

-квантование, т.е. корректировка амплитуды полученных отсчетов (каждого импульса АИМ сигнала) вдоль вертикальной оси - всего 256, или 2⁸ уровней.

При этом сигнал компрессируется (сжимается).

-кодирование амплитуды каждого импульса конечным двоичным числом.

В системе ИКМ-30 кодирование каждой отсчетной точки АИМ осуществляется 8-ми битовой комбинацией, или байтом.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) является развитием АИМ.

.

.

.

Функциональная схема системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ)

Входной Стандартные Дискреты АИМ- Дискреты, закодированные Дискреты Аналоговый

аналоговый голосовые сигнала в цифровую форму АИМ-сигнала выходной

сигнал частоты сигнал s'(t)

s(t)

ФНЧ

АИМ

АЦП

ЦАП

ФНЧ

канал

(битовый поток)

Импульсы дискретизации кодированный сигнал

где:

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

Дискретизация Квантование

Процесс аналого-цифрового преобразования сигнала называется импульсно-кодовой модуляцией - ИКМ.

Частота дискретизации при аналого-цифровом преобразовании речевого сигнала равна 8,0кГц.

Частота дискретизации речевого сигнала 8,0кГц используется во всех телефонных сетях мира.

В системах ИКМ с равномерным квантованием дискретная амплитуда сигнала кодируется 12/13-ти разрядным двоичным числом (12-13 битами) по линейному закону.

Размер шага квантования не зависит от сигналов с малой или большой амплитудой, что создает избыточное качество для сильных сигналов, вероятность появления которых очень мала. По этим причинам в системах с ИКМ с равномерным квантованием кодовое пространство используется очень неэффективно.

Более эффективна процедура кодирования при неравномерном квантовании, когда применяется нелинейный (логарифмический) закон квантования. В этом случае квантованию подвергается не амплитуда сигнала,

а ее логарифм (шаги квантования увеличиваются пропорционально увеличению значениям дискрет). Эти схемы значительно сложнее и дороже схем кодирования при равномерном квантовании.

.

.

В данном случае имеет место процесс "сжатия" (компрессирования) динамического диапазона сигнала с 12-13 бит до 8 бит (одного байта).

.

Пропускная способность канала ИКМ определяется арифметически:

4,0кГц (максимальная частота спектра речевого сигнала) х 2 = 8,0кГц (частота дискретизации) х 8бит = 64Кбит/с - составляет основу всей цифровой телефонии и является всемирным стандартом для цифровых сетей всех типов (т.к. обеспечивает высокое качество передачи речи).

Типовая характеристика компрессирования

Шаги равномерного квантования Δi компрессированные значения дискрет)

(8-ми разрядное двоичное число - байт, октет) Входной сигнал s(t)

Δi

8

7

6

5

4

3

2 с 9-го по 13-й шаг, или квант

1