Кодери і декодери з лінійною шкалою квантування.

Кодер з лінійною (рівномірною) шкалою квантування називається лінійними, а з нелінійною (нерівномірною) шкалою квантування – нелінійним. Аналогічне визначення відноситься і до декодерів. Переваги нерівномірного квантування відмічались в п.4.1.2, тому в ЦСП з ІКМ застосовується кодери і декодери з нелінійною шкалою.

Тому спочатку буде розглянутий принцип побудови і роботи кодерів з лінійною шкалою квантування.

За принципами дії кодери діляться на три основні групи: лічильного типу, зважувального типу і матричні. Найбільш просто двійкове кодування здійснюється в кодерах зважувального типу. Принцип роботи таких кодерів полягає в урівноважуванні відліків, які кодуються, еталонними струмами або просто еталонами з визначеною вагою (значенням). Кодування в цьому випадку можна представити як процес поетапного зважування на чашечках вагів, обладнаних показниками “більше-менше”. На одну чашу вагів вміщується відлік, який кодується, а на другу послідовно установлюють еталони (гирі), починаючи з еталона найбільшої ваги. На кожному із етапів (тактів) зважування по показнику “більше-менше” приймають відповідне рішення: якщо відлік важчий за еталон, то останній залишають на чаші вагів і додають еталон наступної меншої ваги. В супротивному випадку перший еталон знімають і встановлюють еталон меншої ваги. Очевидно, що по закінченні зважування відлік буде врівноважений еталонами, сума яких з точністю до еталона найменшої ваги буде дорівнювати “вазі” відліку. Значення еталона найменшої ваги і буде максимально можливою помилкою квантування. Якщо результат кожного із етапів зважування записати, відмічаючи одиницею залишений еталон на чаші вагів, а нулем його знімання, то по закінченні зважування одержимо запис ваги відліку в двійковому коді.

Процес декодування (відновлення амплітуди відліку) в цьому випадку може бути представлений як сума еталонних “гир” з ваговими значеннями тих розрядів, де в кодовій комбінації є одиниці. Розглянемо принцип побудови кодеру з лінійною шкалою квантування, коли кодуються однополярні позитивні імпульси. (рис.5.4)

Кодер складається із компаратора К, генератора еталонних струмів ГЕС, логічного пристрою ЛП, перетворювача кодів ПК.

Компаратор визначає знак різниці між амплітудами струмів сигналу який кодується І_с і сумою еталонних струмів І_ет, І_с – І_ет. Якщо в момент такту кодування ця різниця позитивна, тобто І_с > I_eт, то на виході компаратора (точка 3) формується 0 (пропуск), в супротивному випадку, тобто при І_с<І_ет, формується 1 (імпульс).

Логічний пристрій служить для запису рішень компаратора після кожного такту кодування і управління роботою ключів Кл₁…Кл₇. Перетворювач коду перетворює паралельний код в послідовний, формуючи вихідний ІКМ сигнал. Управління роботою вузлів кодера здійснюється сигналами, які поступають від ГО системи передачі.

Приймемо крок лінійного квантування ∆, тоді значення еталонних струмів буде ∆, 2∆, 4∆,…2^m-1∆, де m – розрядність кодової комбінації. Структура кодової групи формується на виходах 1,2,…m логічного пристрою. Розглянемо принцип формування 7-розрядної кодової групи. Перед початком кодування всі виходи ЛП встановлюються в стан 0. В моменти, попередні такту кодування всі виходи ЛП послідовно, починаючи з першого, переводяться в стан 1. Рішення компаратора цей стан зберігає, якщо в момент такту кодування на його виході формується 0; якщо на виході компаратора формується 1, вихід ЛП переводиться в 0. Стан виходу ЛП, відмічений як 1, означає замикання відповідного ключа або підключення еталонного струму визначеної ваги в точку підсумовування еталонних струмів (в хід 2 компаратора). Стан 1 виходу ЛП замикає Кл₁, другого виходу – Кл₂,…сьомого виходу – Кл₇. Наприклад, кодується позитивний відлік з амплітудою І_с = 105.3 ∆. Кодування такого відліку утворюється 7 – розрядною кодовою групою, що дозволяє закодувати 128 рівнів. Для цього використовуються сім еталонних струмів з умовними вагами ∆, 2∆, 4∆…64∆.

Відлік, який кодується І_с, подається на перший вхід (1) кампаратора, цикл кодування починається з встановлення першого виходу ЛП в стан 1 або замикання ключа Кл₁. Оскільки різниця І_с – І_ет > 0, то в першому такті кодування на виході компаратора буде сформований 0, стан першого виходу ЛП 1 зберігається і, в стан 1 переводиться другий вихід ЛП. В результаті значення підсумку еталонних струмів перед початком другого такту дорівнює 96∆.

Незважаючи на збільшення еталонного струму, нерівність І_с > І_ет зберігається. Тому у другому такті на виході компаратора знову буде сформований 0, стан другого виходу ЛП зберігається, а стан третього виходу ЛП переводиться в 1. В результаті підсумкове значення еталонних струмів перед початком третього такту становить 112∆. Це перевищує значення амплітуди відліку І_с – І_ет < 0, що кодується, і в третьому такті кодування на виході компаратора буде сформована 1. При запису в ЛП ця одиниця змінить стан третього виходу з 1 на 0, розімкнеться Кл₃ і відключить струм 16∆, а вихід 4 буде переведений в стан 1. Тепер сума еталонів буде дорівнювати 104∆ (64+32+8), що менше значення І_с. В четвертому, п’ятому, шостому і сьомому тактах кодування будуть підключатися еталонні струми 4∆, 2∆, ∆. Послідовність рішень компаратора в процесі кодування має вигляд 0010110.

Після закінчення сьомого такту кодування на виходах ЛП буде сформована комбінація 1101001, яка представляє в паралельному 7-розрядному двійкового коді величину відліку 105∆, що кодується. Помилка квантування в цьому випадку буде дорівнювати 0,3∆. По мірі формування кодової комбінації перетворювач кодів перетворює її в послідовність двійкових символів, які представляють собою вихідний сигнал кодеру. Після закінчення кодування сигнали, які поступають від ГО, переводять вузли кодера в початковий стан, готуючи його до кодування наступного відліку. Процес кодування двохполярних сигналів аналогічний, але в цьому випадку потрібні два ГЕС для кодування позитивних і негативних значень амплітуди відліку. При необхідності кодування 128 позитивних і 128 негативних рівнів потрібна 8-розрядна кодова комбінація, причому перший розряд буде кодувати полярність сигналу. При кодуванні двохполярних сигналів по тому ж принципу, як і однополярні сигнали, виникає така ситуація. Кодуючи І_с = 105,3∆ і порівнюючи з першим еталоном 64∆, одержуємо 105,3∆ – 64∆ > 0. Цей еталон залишається включеним. Порівнюючи тепер І_с = -105,3∆ з першим еталоном –64∆, одержуємо –105, 3∆ - (-64∆) < 0. Еталон при цьому виключається. Для усунення даного недоліку при кодуванні негативних значень амплітуди відліків на виході компаратора включається інвертор, і значення сигналів на виході компаратора будуть інвертуватися.

Процес декодування проводиться в порядку, зворотньому процесу кодування. Декодер складається із перетворювача коду ПК, логічного пристрою ЛП, генераторів еталонних струмів ГЕС.

Спочатку 8-розрядна кодова група прийнятого ІКМ сигналу за допомогою перетворювача коду перетворюється в паралельну кодову групу символів, яка формується на виходах 1 – 8 ПК. Згідно з прийнятою кодовою комбінацією ЛП виробляє сигнали управління, які вмикають ключі еталонних струмів відповідних розрядів. Вмикаються ключі тих розрядів, де на виході ЛП мають місце 1. В симетричному двійковому коді перший розряд визначає полярність джерела еталонних струмів. В цьому випадку 1 вмикає позитивне джерело еталонних струмів, а 0 через інвертор вмикає негативне джерело еталонних струмів (відповідно Еет, - Еет).

перетворення сигналів.

Дата добавления: 2015-11-14