Дәріс 2 Сигналдарды кодалау және декодалау Кодалау процесінде

Дәріс 2. Сигналдарды кодалау және декодалау. Кодалау процесінде әрбір АИМ санау деңгейі бойынша кванттау амплитудасы m символдарды құрайтын (m-разрядты кодалық комбинация) екілік тізбек түрінде қарастырылады. Қарапайым жағдайдағы комбинация құрылымын анықтау үшін екілік кодада кванттау қадамымен көрсетілген АИМ санауының амплитудасын НАИМ жазу керек. Бұл жағдайда келесі қатынасты қолдану керек. 1

Мұндағы αi={0, 1}-сәйкес комбинация разрядының қалпы, 2 iкванттау қадамының шарты кезінде сәйкес разрядтың салмағы. Мысалы, егер m=5, ал НАИМ=26 болса, онда кодалық комбинация 11010 құрылымын құрайды, себебі 26=0*20+1*20 = 11010 m - разряды кодалық комбинацияның тізбектілігі ИКМ бар топтық сигналды көрсетеді, ол цифрлық деп аталады. 1. 16 -суретте бесразрядты екілік коданы қолдану кезіндегі кодалау процесін түсіндіретін уақыттық диаграммалар келтірілген. Берілген жағдайда кодер кірісіне келіп түсетін санаулар амплитудасы кванттау қадамы шартында НАИМ=0 -31 мәніне ие болады, ал кодалау шығысында ИКМ цифрлық сигналы қалыптасады. Олар өзара бесразрядты кодалық комбинациясының тізбектігін құрайды. Жоғарыда көрсетілгендей теңөлшемсіз кванттау кезінде телефонды сигналды сапалы түрде тарату үшін сегіз разрядты коданы қолдану керек m=8, ал теңөлшемді кезде 12 разрядты (m=12). Практика жүзінде екілік коданың келесі түрлері қолданыс тапты: табиғи екілік кода, симметриялық екілік кода, рефлексті екілік кода (Грей кодасы). 2

1. 16 -сурет. Топтық ИКМ сигналының қалыптасуы. 3

Симметриялық екілік кодасы әсіресе екіөрісті сигналдарды кодалау кезінде қолданылады. 1. 17 - суретте берілген кодаға сәйкес кода құрылымы және кодалық кесте берілген. Барлық оң санаулар үшін символ 1 санына тең, ал теріс үшін 0. Амплитуда бойынша тең теріс және оң санаулар үшін кодалық комбинацияның құрылымы толығымен сәйкес келеді, яғни кода симметриялық болып табылады. Мысалы, максималды оң сигналға 1111111 кодасы сәйкес келеді, ал макси -малды теріс - 0111111 кодасы. Кванттау қадамының абсолюттік мәні δ=Uшек / 2 m-1 тең. Табиғи екілік кодасы бірөрісті сиганлдарды кодалау кезінде қолданылады. 1. 18 -суретте берілген кодаға сәйкес кода құрылымы және кодалық кесте көрсетілген(m=8). Әртүрлі құрылымның комбинация саны 256 -ға тең, сонымен бірге минималды сигналға комбинациясы сәйкес, ал максималды1111111 сәйкес келеді. Кванттау қадамының абсолюттік мәні δ=Uшек / 2 m. 4

Табиғи екілік коданың көмегімен екіөрісті сигнал-дарды да кодалауға болады. Ол үшін 1. 17 - суретте көрсетілгендей алдын ала олардың ығысуын қамтамассыз ету керек. 1. 17 -сурет. Табиғи екілік коданың қалыптасуы. 5

Бұл жағдайда кодалаушы санаулардың амплитудалары өзгереді, сонымен бірге Нс санау амплитудасынан табиғи коданы қолдану кезінде осы санау Нн амплитудасына өту және керісінше келесі түрде жүзеге асыруға болады. Табиғи және симметриялық кодалар ең қарапайым болып табылады. Табиғи сияқты симметриялық кода үшін бір символдағы қате сигналдың бұрмалануына әкеп соқтыруы мүмкін. Егер мысалы, 11010011 түрдегі кодалық комбинацияға бесінші разрядта қателік табылады, яғни 11000011 комбинациясы қабылданған дейік , онда 24=16 шарты кванттау қадамында санау амплитудасы ақиқат мәнінен кіші болады. Ең қауіпті жоғары разрядтағы қателіктер болатын (P 8, P 7) мәлім. 6

Сызықты кодалау деп теңөлшемді кванталған сигналды кодалауды, ал сызықты емес – теңөлшемсіз квантталған сигналды айтамыз. Кодерде қалыптасатын кода паралельді деп аталады. Егерде m- разрядты кодалық топтық құрамына қатысты сигналдар (импульстер, яғни 1 және 0) кодердің шығысында бір уақытта пайда болады. Сонымен бірге кодердің әрбір шығысына анықталған разрядты сигнал сәйкес келеді. Егер mразрядты кодалық топ құрамына кіретін барлық сигналдар кодердің бір шығысында уақыт бойынша ығысуымен тізбекті пайда болғанда коданы тізбекті кода деп аталады. Паралельді кода тізбектіге және керісінше түрленуі мүмкін (5. 19 -сурет). Регистрден ақпаратты жазу және оқу генераторлық құрылғыдан келіп түсетін сигналдар басқаруымен іске асырылады. 7

Қызмет ету принципі бойынша кодерлер санау типті кодер, матрицалық, өлшегіш типті және т. б. бөлінеді. ТЦЖ- да әдетте өлшеуіш типті кодерлер қолданылады. Солардың ішіндегі ең қарапайымы болып разрядты өлшеуіш кодер болып табылады(1. 20 -сурет). Олардың шығысында табиғи екілік кода қалыптасады. Осындай кодерлер жұмыс принципі кодалаушы санаумен белгілі бір салмағы бар эталондық токтардың қосындысының тепе-теңдігімен іске асырылады. Разряд бойынша өлшеу сызықты кодер сұлбасы 8 ұяшықтарды құрайды(m=8), олар өз ретінде сәйкес разрядтардың (1 немесе 0) мәнінің қалыптасуын қамтамасыз етеді. Әрбір ұяшығының құрамына (ең соңғысынан басқа, разряд салмағының ең азына сәйкес) СС (компараторлар) және (CB) алу сұлбасы кіреді. 8

Салыстыру сұлбалары эталонды сигналдары бар келіп түсетін АИМ сигналының амплитудаларын салыстыруын қамтамасыз етеді. Олардың амплитудасы сәйкес разрядтардың салмақтарына сәйкес келеді. (Uэт6=27 δ=128 δ, Uэт7=26 δ=64 δ, . . . Uэт1=1 δ). Егерде сигнал амплитудасы ССi кірісінде Uэт тең немесе одан асса, онда ССі Uэті алынады, содан соң ол келесі ұяшық кірісіне түседі. Егерде сигнал амплитудасы ССі кірісінде Uэті аз болса, онда ССі шығысында еш өзгеріссіз СВі арқылы өтеді. Берілген санауды кодалау процесінің аяқталуы кезінде кодер шығысында сегіз разрядты паралельді кода алынады. Кодер бастапқы күйінде орнатылады және келесі санауды кодалау процесі басталады. Осылайша, кодалау процесі өлшеу операциясына сәйкес келеді 9

Егер мысалы, кодер кірісіне Н’АИМ =174 δ амплитудасы бар санау келіп түсті дейік, онда СС 6 –да P 8=1 қалыптасады және жетінші ұяшық кірісіне Н‘АИМ=174 δ 128δ=46δ амплитудасы бар сигнал келіп түседі. СС 7 шығысында Р 7=0 аламыз және үшінші ұяшық кірісіне сондай амплтитудасы бар НАИМ=46δ сигнал келіп түседі. СС 6 шығысында Р 6=1 аламыз және келесі ұяшық кірісіне Н АИМ=46δ -32δ=14δ сигналы келіп түседі және т. б. Нәтижесінде 10101110 (бірінші разряд – салмағы бойынша ең үлкені) кодалық комбинация қалыптасады. Екіполюсті сигналдарды кодалау кезінде кодерде теріс және оң санаулар үшін эталондарды қалыптастырудың (ЭҚ) екі сұлбасын қамту керек. 10

Сигналды декодалау процесінде m-разрядты кодалық комбинациялар сәйкес амплитудаларымен АИМ санауларына түрлендіріледі. Тек мәндері 1 -ге тең кодалық комбинацияларының эталондық сигналдар қосындысының нәтижесінде алынуы мүмкін. Осылайша егер декодер кірісіне 10101110 кодасық комбинациясы келіп түссе, онда АИМ санауының амплитудасы декодер шығысында НАИМ=128 δ+32δ+8 δ+4 δ +2 δ=174 δ тең. 11

1. 19 -сурет. Паралельді коданы тізбекті 1. 20 -сурет. Разряд бойынша кодаға түрлендіру принципі немесе керісінше. сызықты кодері. 12

Өлшегіш типті сызықты декодердің құрылымдық сұлбасы 1. 21 -суретте келтірілген. Басқарылатын сигналдар әсеріне генераторлық құрылғыдан ығысу регистріне келіп түсетін сигнал келесі сегізразрядты кодалық комбинация түрінде жазылады. Осыдан кейін тек қана (Кл 1. . . Кл 3) кілттері тұйықталған. Олар 1 мәнге ие разрядтарға сәйкес. Нәтижесінде эталондық қалыптастыру құрылғысынан сумматор кірісіне сәйкес эталондық сигналдар келіп түседі, осының нәтижесінде сумматор шығысында анықталған амплитудасы бар АИМ санауы қалыптасады. Цифрлық сигналдарды тарату процесінде сызықты тракт бойынша кодалық комбинацияның бір разрядында қателік пайда болатын болса, онда декодер шығысындағы санау амплитудасы ақиқат мәнімен ерекшеленетін болады. Егер мысалы, 10101110 комбинациясында Р 6 -да қателік пайда болады, яғни декодер кірісіне 10001110 комбинациясы келіп түседі, онда декодер шығысындағы санау амплитудасы НАИМ=128 δ+4 δ+2 δ=142δ тең, яғни 174δ тең ақиқат санау амплитудасынан 32δ кіші. 13

Разряд бойынша өлшеу кодерінің қарастырылған сұлбасы көптеген салыстыру сұлбаларын құрайды. Практикада әсіресе бір салыстыру сұлбасын қолданатын өлшегіш типті кодер және декодерді құрайтын кері байланыс тізбектерінде қолданылатын кодерлер қолданылады(1. 22 -сурет). 1. 21 -сурет. Өлшегіш типті сызықты декодер. 1. 22 -сурет. Кері байланысты өлшегіш типті сызықты кодер. 14

Кодер мен декодерді құру кезінде (1. 21, 1. 22 суретін қараңыз) ЭҚ қолдану керек. Сонымен қатар екі көршілес эталондардың мәндерінің арасындағы қатынас 2(1δ, 2δ, 4δ, … 128δ) тең. Осындай құрылғыларды құрудың жалпы мәні келесіде: сигналдың бір жоғарытұрақты эталондық көзін және К=1/2 коэффициенті бар сұлбалар тізбегін қолдану керек (1. 23 -сурет). Бұндай сұлбалар әдетте матрица түрінде беріледі. Қазіргі кездегі ЦТЖ-да сызықты еме кодалау және декодалау құрылғылары қолданылады. Ол сегіз разрядты кодалау кезінде кванттаудың теңөлшемсіз шкаласын қамтитын сигналдардың кодалауын және декодалауын қамтамасыз етеді. Кванттаудың теңөлшемсіз шкаласын кодалау үшін келесі әдістерді қолдануға болады: 15

- сызықты емес кодалау, аналогты-цифрлық түрлендірудің және компрессордың функцияларын қамтитын сызықты емес кодалауда сигналдың кодалануымен сипатталады; - цифрлық компандирлеу, үлкен разряд санын қамтитын сызықты кодерде сигналдың кодалануымен сипатталады. 1. 23 -сурет. Эталонды сигналдарды қалыптастыру принципі. 16

Сызықты кодер (СҚ) кірісінде және сызықты декодер (СД) шығысында аналог-ты компандирлеу кезінде сәйкесінше аналогты компрессор (АК) мен экспандер (АЭ) қосылады. Олар аналогты сигналдың сәйкес сызықты емес түрленуін қамтамассыз етеді (1. 15 -сурет). АК және екіөрісті сигналдардың АЭ құру үшін базалық элемент ретінде екіұштық (двухполюсник) қолданылуы мүмкін. Резисторлар көмегімен жұмыстың қажетті режимі және теріс және оң сигналдар үшін сұлба параметрлерін түзету таңдалады. Берілген әдістің ең басты кемшілігі компрессор мен экспандердің толық өзара-кері амплитудалық сипаттамаларын алуға қол жеткізе алмаушылық болып табылады. Осының салдарынан компрессор-экспандер жүйесінің жалпы амплитудалық сипаттамасы сызықтыдан ерекше болады (1. 15 сурет). Бұл таратылатын сигналдардың сызықты емес бұрмалануларына әкеледі. Аналогты компандирлеу ТЦЖ-ның баспапқы этаптарында қолданылған болатын, ал қазіргі кезде қолданылмайды. 17

1. 24 -сурет. Аналогты компандирлеу 1. 25 -сурет. Екі полюсті сызықты принципі. емес аналогты компандер. 18