skrypt030

Rys. 4.2. Przykłady charakterystyk: (a) kompresji, (b) ekspansji

4.3.    Kompresja i ekspansja

Postać kwantyzatora. zależy również od rodzaju sygnału, dla którego jest on przeznaczony. Często takim sygnałem jest sygnał mowy. Ma on określoną dynamikę — dominują, niskie poziomy sygnału. Błąd względny pomiędzy małym sygnałem a szumem kwantyzacji jest wówczas duży. Aby go zmniejszyć, przed podaniem sygnału kwantyzacji przesyła się sygnał przez układ nieliniowy, który bardziej wzmacnia sygnały niewielkie. W odbiorniku — układzie odtwarzającym sygnał analogowy na podstawie skwantyzowanych próbek, następuje proces odwrotny redukujący wpływ nieliniowości. Układy te nazywa się odpowiednio układem kompresji i układem ekspansji. Na rysunku 4.2 przedstawiono przykładowe charakterystyki kompresji i ekspansji. Zastosowanie tej idei do reprezentacji binarnej sygnału mowy pozwala na 8-bitową. nieliniową reprezentację próbek mowy z jakością porównywalną z 13-bitową reprezentacją liniową.

4.4.    Różnicowa modulacja PCM

Innym sposobem zmniejszenia liczby potrzebnych bitów do reprezentacji ciągu skwantowanych próbek jest zastosowanie tzw. predyktora ; metody zoranej różnicową modulacją PCM. Układ reprezentacji próbek metodą różnicową PCM wykorzystuje silną korelację pomiędzy kolejnymi próbkami sygnałów (np. sygnału mowy). Jeśli zna się "historię” kilku ostatnich próbę': sygnału, można z niezłą dokładnością przewidzieć następną. Wykonuje to

układ zwany predyktorem. Na rysunku 4.3 przedstawiono schemat układu reprezentacji sygnału metodą różnicową PCM. Od kolejnych próbek sygnału x(k) podawanych na wejście układu odejmuje się wartość przewidywaną x(n) wyznaczoną w predyktorze. Sygnał różnicowy d(n) poddany jest kwantyzacji liniowej. Sygnał wyjściowy z kwantyzatora. jest równocześnie wykorzystywany do wyznaczania kolejnej wartości przewidywanej. Każde wartość przewidywana jest otrzymywana jako średnia ważona kilku kolejnych sygnałów x(n) + d(k) + e(n), przy czym e(n) jest błędem kwantyzacji Dla układu różnicowej modulacji PCM można wyznaczyć, podobnie jak dla kwantyzatora liniowego, stosunek mocy sygnału do szumu, który w tyrr przypadku jest określony wzorem

SNR_dB = 66- 7.3 + SNI_dB    (4.6;

przy czym SNI_cib jest decybelową poprawą SNR uzyskaną dzięki tej metodzie. W zależności od rodzaju sygnału wynosi ona 13-25 clB dla sygnału telefonicznego i 25-35 dB dla sygnału muzycznego. Zastosowanie tej metody pozwala na oszczędność około 3-4 bitów w stosunku do zwykłego kwantyzatora.

4.5. Modulacja delta

Inną metodą kodowania sygnału jest modulacja delta. Jest ona wykorzystywana podczas transmisji sygnału mowy metodami cyfrowymi za pomocą radiostacji. Zasada działania podstawowego schematu jest bardzo prosta. Każda próbka sygnału wejściowego jest porównywana z wejściem układu całkującego, dającego sygnał odniesienia. Gdy wartość próbki przekracza wartość odniesienia, generowany jest impuls dodatni, a w przeciwnym wypadku ujemny. Impulsy te są wysyłane jako reprezentacja sygnału oraz akumulowane w układzie całkującym w celu wytworzenia sygnału odnic-'ienia. Odtwarzanie sygnału analogowego na podstawie ciągu binarnego z modulatora delta polega na całkowaniu odebranych impulsów i fdtracji dolnoprzepustowej. Na rysunku 4.4 pokazano układ modulatora delta.