30. Дискретизация сигналов по времени.

Формирование цифрового сигнала из аналогового предусматривает выполнение трех основных операций:

1. Дискретизация сигнала по времени, в результате чего, формируется импульсный сигнал, промодулированный по амплитуде.

2. Квантование АИМ сигнала по уровням.

3. Кодирование отсчетов АИМ сигнала

В цифровых системах передачи формируется групповой цифровой сигнал, импульсно кодовой комбинации. В процессе формирования АИМ сигнала осуществляется дискретизация непрерывного сигнала по времени, в соответствии с теоремой Котельникова:

Любой непрерывный сигнал ограничен по спектру сверху частотой F_в, полностью определяется последовательностью своих дискретных отсчетов, взятых из промежутков времени T₃=1/2F_в, называемых периодом дискретизации. В соответствии с этой теоремой частота дискретизации выбирается из условия:

F_д>=2F_в

Поскольку все реально существующие непрерывные сигналы представляют собой случайные процессы с бесконечно широким спектром, причем основная энергия сосредоточена в относительно узкой полосе частот, то период дискретизации T_д необходимо с помощью фильтра нижних частот ограничить спектр некой частотой F_в.

Схема преобразования аналогового сигнала в АИМ сигнал:

31. Аналого-цифровое преобразование сигналов.

Формирование цифрового сигнала из аналогового предусматривает выполнение трех основных операций:

4. Дискретизация сигнала по времени, в результате чего, формируется импульсный сигнал, промодулированный по амплитуде.

5. Квантование АИМ сигнала по уровням.

6. Кодирование отсчетов АИМ сигнала

В цифровых системах передачи (ЦСП) формируется групповой цифровой сигнал, иначе называемый сигналом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При формировании группового ИКМ-сигнала добавляется еще одна операция: перед квантованием по уровню производится объединение индивидуальных АИМ-сигналов

Поскольку все реально существующие непрерывные сигналы представляют собой случайные процессы с бесконечно широким спектром, причем основная энергия сосредоточена в относительно узкой полосе частот, то период дискретизации T_д необходимо с помощью фильтра нижних частот ограничить спектр некой частотой F_в.

F_д>=2F_в

В процессе квантования по уровню значение каждого АИМ-отсчета заменяется ближайшим разрешенным значением.

Характеристиками квантующего устройства являются следующие:

• число уровней квантования N_КВ;

• шаг квантования  - разность между двумя соседними разрешенными уровнями;

• напряжение ограничения U_ОГР - максимальное значение амплитуды отсчета, подвергаемого квантованию.

Если  =const, то квантование называют равномерным. Амплитудная характеристика равномерногоквантователя

Ошибка квантования - разность между истинным значением отсчета и его квантованным значением. При равномерном квантовании величина ошибки квантования не превышает половины шага квантования.

При квантовании возникает так называемый шум квантования, мощность которого определяется выражением P_Ш.КВ=²/12. Защищенность от шумов квантования определяется как А_З.КВ=10lg(P_С/P_Ш.КВ).

Недостатком равномерного квантования является меньшая защищенность от шумов квантования малых уровней сигнала.

Для обеспечения А_З.КВ не менее 30 дБ во всем динамическом диапазоне речевого сигнала требуется 2¹²=4096 уровней квантования.

Квантованный сигнал, в отличие от исходного аналогового, может принимать только конечное число значений. Это позволяет представить его в пределах каждого интервала дискретизации числом, равным порядковому номеру уровня квантования. В свою очередь это число можно выразить комбинацией некоторых знаков или символов. Совокупность знаков (символов) и система правил, при помощи которых данные представляются в виде набора символов, называют кодом. Конечная последовательность кодовых символов называется кодовым словом. Квантованный сигнал можно преобразовать в последовательность кодовых слов. Эта операция и называется кодированием. Каждое кодовое слово передается в пределах одного интервала дискретизации. Для кодирования сигналов звука и изображения широко применяют двоичный код. Если квантованный сигнал может принимать N значений, то число двоичных символов в каждом кодовом слове n >= log2N. Один разряд, или символ слова, представленного в двоичном коде, называют битом. Обычно число уровней квантования равно целой степени числа 2, т.е. N = 2n.

  Операции, связанные с преобразованием аналогового сигнала в цифровую форму (дискретизация, квантование и кодирование), выполняются одним устройством - аналого-цифровым преобразователем (АЦП).