PCM

Az impulzuskód moduláció ( PCM , angol  pulse code modulation , PCM ) az analóg jelek digitalizálására szolgál . Szinte minden típusú analóg adat ( videó , hang ( hang , zene ), telemetria ) lehetővé teszi a PCM használatát.

Moduláció

Az impulzuskód modulációval az analóg továbbított jelet három művelettel alakítják át digitális formába: időmintavételezés, amplitúdó kvantálás és kódolás [1] .

Egy analóg-digitális átalakítót (ADC) használnak az analóg jelek digitálissá alakítására . Az ADC rendszeres időközönként méri az analóg jel amplitúdóját - pillanatnyi értékeket vagy jelmintákat fogad, majd a mintákat bináris szavakká alakítja [2] .

Az analóg jel pillanatnyi mért értékét (kiolvasását) szintek kvantálják (a legközelebbi egész számtól kerekítve). A kvantálási szintek száma általában egyenlő vagy többszöröse 2 egész hatványának, például 2 3 = 8 , 2 4 = 16 , 2 5 = 32 stb. A szintszám 3 hosszúságú bináris szavakban van kódolva. , 4, 5 stb. ] [2.bit

Az ADC kimeneti szavai a párhuzamos kódban ezután egy segédeltolásgenerátor által órajelezett shift regiszterbe történő átadással kódolásra kerülnek . A csomagok a shift regiszter kimenetén jönnek létre[ tisztázás ] kódolt impulzusok soros kódban. Ezután impulzussorozatokat továbbítanak a kommunikációs csatornára [2] .

A jel mintavételezési frekvenciájának (vagy digitalizálási frekvenciájának, mintavételezési frekvenciájának ) az információvesztés kiküszöbölése érdekében a Kotelnyikov-tétellel összhangban legalább kétszerese az analóg jel spektrumának maximális frekvenciájának .

Vannak speciális , PCM-hez tervezett integrált áramkörök , amelyek kombinálják az ADC-t, a műszakregisztert, az óragenerátorokat és más eszközöket.

Demoduláció

A kommunikációs csatorna vevő végén egy demodulátor van felszerelve . A demodulátorban impulzussorozatokat adnak a soros bemenetre[ pontosítás ] műszakregiszter. Miután az impulzussorozat összes bitjét benyomta a váltóregiszterbe, a párhuzamos kódban lévő shift regiszter szava a digitális-analóg konverter (DAC) bemeneti regiszterébe kerül . A DAC a továbbított analóg jel kódolt mintáit analóg formává alakítja vissza. A DAC kimenete lépcsőzetes analóg jel. A lépések simítását egy aluláteresztő szűrő (LPF) végzi, melynek kimenetén egy továbbított analóg jel keletkezik. Az LPF vágási frekvenciáját úgy választottuk meg, hogy a mintavételi sebesség kétszeresénél kisebb vagy egyenlő legyen.

Digitális kódok PCM-ben

A leolvasások PCM-ben történő kódolásához sokféle bináris kódot használnak , például:

• a számok szokásos ábrázolása a bináris számrendszerben , továbbá egy bináris szám bitjeinek soros átvitele végrehajtható mind a legkevésbé jelentős bitekkel előre, mind a legjelentősebb bitekkel előre;
• különféle kódok hibaérzékeléssel és hibaelhárítással az átviteli csatornában, például Hamming kód , Reed-Solomon kód stb. A legegyszerűbb ezek közül a redundáns kód paritásbites átvitellel ;
• kódok, amelyek kiküszöbölik a DC komponenst a kódolt impulzusos kétszintű jelben, például az önszinkronizáló Manchester-kód .

A PCM fajtái

• Differenciális (vagy delta ) impulzuskód moduláció ( DPCM , DPCM ) - PCM, amelyben a jel az aktuális és az előző mért értékek különbségeként van kódolva. Hangadatok esetében az ilyen típusú moduláció körülbelül 25%-kal csökkenti a mintánkénti szükséges bitek számát.
  • Az adaptív DPCM ( ADCM , ADPCM )  a DPCM egy változata változó kvantálási lépéssel. A hangmagasság megváltoztatása lehetővé teszi egy adott jel-zaj arány sávszélesség-követelményének csökkentését .
• LPCM ( lineáris impulzuskód moduláció , lineáris impulzuskód moduláció)

Gyakorlati alkalmazás

• A digitális és IP-telefóniában a PCM-et arra használják, hogy a hang audiojelet 64 kbps sebességgel továbbított digitális adatfolyammá alakítsák át ( digitális főcsatorna ).
• A PCM az analóg audiojelek digitálissá alakítására szolgál, hogy a jelet digitális eszközökön és médián tárolják ( digitális hang ). A hang (zene, hang stb.) tárolására használt néhány általános fájlformátum listája: WAV , MP3 , WMA , OGG , FLAC , APE .
• A PCM-et korábban az ITU V.90 (csak bejövő kliens) és V.92 (bejövő és kimenő) modemprotokollokban használták , hogy 56 Kbps maximális kapcsolati sebességet biztosítsanak.

Lásd még

• delta kódolás
• adaptív moduláció

Irodalom

• Panfilov I.P., Dyrda V.E. Az elektromos kommunikáció elmélete. - M . : Rádió és kommunikáció, 1991. - 344 p. — ISBN 5-256-00869-2 .

Jegyzetek

1. ↑ Panfilov, 1991 , p. 282.
2. ↑ 1 2 3 Panfilov, 1991 , p. 283.