Импулсно-кодова модулация (ИКМ)
Импулсно-кодова модулация ИКМ - Препоръка G.711
В препоръка G.711 се дефинира импулсно-кодова модулация (PCM - Pulse Code Modulation) на сигнали с гласови честоти.
Гласовият сигнал се квантова с честота 8000 Hz (през всеки 125 μs) и се преобразува в равномерен (линеен) код с 13 или 14 битова разделителна способност. От получените стойности се изработва 8-битов код съгласно два “закона” A-law (приложим в Европа) и μ-law (приложим извън Европа):
Фиг.4 Цифрово кодиране на гласовия сигнал
Съгласно теоремата на Найкуист, при честота на квантоване 8000 Hz е възможно да бъдат преобразувани в цифров вид сигнали с честота до 4000 Hz. Както е известно, гласовата лента при телефония е ограничена от 300 до 3100 Hz.
При преобразуването по A-law целият обхват на получените стойности (от +4096 до -4096) се разделя на седем сегмента, като за всеки сегмент се прилага линейна връзка между получените при A/D преобразуването стойности и изходната дума.
Фиг. 5 Преобразуване по A-law
В препоръката се привеждат две таблици - за положителните и за отрицателните стойности на аналоговия сигнал. Извадка от тези таблици е поместена по-долу.
A-law
x = 1 при положителни стойности на сигнала
x = 0 при отрицателни стойности на сигнала
Както се вижда от таблицата, изходният сигнал е силно нелинеен с все по-полегата характеристика с нарастване на стойността на сигнала.
При μ -law броят на сегментите е осем, а обхватът на равномерния входен код е от + 8159 до -8159. Извадка от приведените в G.711 таблици за преобразуване е показана по-долу.
μ -law
x = 1 при положителни стойности на сигнала
x = 0 при отрицателни стойности на сигнала
При серийно предаване на 8-битовата кодова дума първо се предава знаковия бит, а последен - 8-мия най-младши бит.
В препоръка G.722 се дефинира система за кодиране на звуков сигнал с лента от 7 kHz. Както и при G.711 гласовият сигнал първоначално се преобразува в равномерен (линеен) цифров код с дължина на кодовата дума 14 бита, само че тук честотата на квантоване е 16 kHz. След това скоростта на битовете се намалява до 64 kbit/s с помощта на двулентова адаптивна диференциална импулсно-кодова модулация (SB-ADPCM - sub-band adaptive differential pulse code modulation). Тази система се нарича също кодиране на звук с 64 kbit/s (7 kHz).
При използваната техника SB-ADPCM честотната лента се разделя на две под- ленти - горна и долна - и сигналите във всяка от тях се кодират с помощта на адаптивна диференциална импулсно-кодова модулация (ADPCM). Системата осигурява три режима на работа - с 64, 56 и 48 kbit/s. В последните два режима е възможно да бъдат вмъкнат допълнителен канал за данни със скорост съответно 8 и 16 kbit/s.
Препоръка G.728 дефинира кодиране на глас със скорост 16 kbit/s, която използва възбуждано от кода линейно предсказване с малко закъснение (LD-CELP - low-delay code excited linear prediction).
Гласовият сигнал се квантова с честота 8000 Hz (през всеки 125 μs) и се преобразува в равномерен (линеен) код с 13 или 14 битова разделителна способност. От получените стойности се изработва 8-битов код съгласно два “закона” A-law (приложим в Европа) и μ-law (приложим извън Европа):
Фиг.4 Цифрово кодиране на гласовия сигнал
Съгласно теоремата на Найкуист, при честота на квантоване 8000 Hz е възможно да бъдат преобразувани в цифров вид сигнали с честота до 4000 Hz. Както е известно, гласовата лента при телефония е ограничена от 300 до 3100 Hz.
При преобразуването по A-law целият обхват на получените стойности (от +4096 до -4096) се разделя на седем сегмента, като за всеки сегмент се прилага линейна връзка между получените при A/D преобразуването стойности и изходната дума.
Фиг. 5 Преобразуване по A-law
В препоръката се привеждат две таблици - за положителните и за отрицателните стойности на аналоговия сигнал. Извадка от тези таблици е поместена по-долу.
A-law
| Сегмент | Стойност в горния край на сегмента | Символ на сигнала | Номер на стойността на изходните данни |
| 7 | 4096 | x1111111 | 128 |
| 6 | 2048 | x1101111 | 112 |
| 5 | 1024 | x1011111 | 96 |
| 4 | 512 | x1001111 | 80 |
| 3 | 256 | x0111111 | 64 |
| 2 | 128 | x0101111 | 48 |
| 1 | 64 | x0011111 | 32 |
x = 1 при положителни стойности на сигнала
x = 0 при отрицателни стойности на сигнала
Както се вижда от таблицата, изходният сигнал е силно нелинеен с все по-полегата характеристика с нарастване на стойността на сигнала.
При μ -law броят на сегментите е осем, а обхватът на равномерния входен код е от + 8159 до -8159. Извадка от приведените в G.711 таблици за преобразуване е показана по-долу.
μ -law
| Сегмент | Стойност в горния край на сегмента | Символ на сигнала | Номер на стойността на изходните данни |
| 8 | 8159 | x0000000 | 127 |
| 7 | 4063 | x0010000 | 111 |
| 6 | 2015 | x0100000 | 95 |
| 5 | 991 | x0110000 | 79 |
| 4 | 479 | x1000000 | 63 |
| 3 | 223 | x1010000 | 47 |
| 2 | 95 | x1100000 | 31 |
| 1 | 31 | x1110000 | 15 |
x = 1 при положителни стойности на сигнала
x = 0 при отрицателни стойности на сигнала
При серийно предаване на 8-битовата кодова дума първо се предава знаковия бит, а последен - 8-мия най-младши бит.
В препоръка G.722 се дефинира система за кодиране на звуков сигнал с лента от 7 kHz. Както и при G.711 гласовият сигнал първоначално се преобразува в равномерен (линеен) цифров код с дължина на кодовата дума 14 бита, само че тук честотата на квантоване е 16 kHz. След това скоростта на битовете се намалява до 64 kbit/s с помощта на двулентова адаптивна диференциална импулсно-кодова модулация (SB-ADPCM - sub-band adaptive differential pulse code modulation). Тази система се нарича също кодиране на звук с 64 kbit/s (7 kHz).
При използваната техника SB-ADPCM честотната лента се разделя на две под- ленти - горна и долна - и сигналите във всяка от тях се кодират с помощта на адаптивна диференциална импулсно-кодова модулация (ADPCM). Системата осигурява три режима на работа - с 64, 56 и 48 kbit/s. В последните два режима е възможно да бъдат вмъкнат допълнителен канал за данни със скорост съответно 8 и 16 kbit/s.
Препоръка G.728 дефинира кодиране на глас със скорост 16 kbit/s, която използва възбуждано от кода линейно предсказване с малко закъснение (LD-CELP - low-delay code excited linear prediction).
Коментари: