PCM

Pulssikoodimodulaatiota ( PCM , englanniksi  pulse code modulation , PCM ) käytetään analogisten signaalien digitointiin . Lähes kaiken tyyppinen analoginen data ( video , ääni ( ääni , musiikki ), telemetria ) mahdollistaa PCM:n käytön.

Modulaatio

Pulssikoodimodulaatiolla analoginen lähetetty signaali muunnetaan digitaaliseen muotoon kolmen toimenpiteen avulla: aikanäytteenotto, amplitudikvantisointi ja koodaus [1] .

Analogi-digitaalimuunninta (ADC) käytetään analogisen signaalin muuntamiseen digitaaliseksi . ADC mittaa analogisen signaalin amplitudia säännöllisin väliajoin - vastaanottaa hetkellisiä arvoja tai signaalinäytteitä ja muuntaa sitten näytteet binäärisanoiksi [2] .

Analogisen signaalin hetkellinen mitattu arvo (lukema) kvantisoidaan tasoilla (pyöristettynä lähimmästä kokonaisluvusta). Kvantisointitasojen lukumäärä on yleensä yhtä suuri tai kerrannaisluku 2:n kokonaislukupotenssilla, esimerkiksi 2 3 = 8 , 2 4 = 16 , 2 5 = 32 jne. Tasonumero on koodattu binäärisanoilla, joiden pituus on 3 , 4, 5 jne. ] [2.bit

Rinnakkaiskoodin ADC:n lähtösanat koodataan sitten siirtämällä siirtorekisteriin , joka on kellotettu apusiirtogeneraattorilla . Paketit muodostetaan siirtorekisterin lähtöön[ selventää ] koodatut pulssit sarjakoodiin. Sitten pulssipurskeet lähetetään viestintäkanavalle [2] .

Signaalin näytteenottotaajuuden (tai digitointitaajuuden , näytteenottotaajuuden ) informaatiohäviön eliminoimiseksi Kotelnikov-lauseen mukaisesti tulee olla vähintään kaksi kertaa analogisen signaalin spektrin maksimitaajuus .

PCM:lle on suunniteltu erityisiä integroituja piirejä , joissa yhdistyvät ADC, siirtorekisteri, kellogeneraattorit ja muut laitteet.

Demodulaatio

Tietoliikennekanavan vastaanottopäähän on asennettu demodulaattori . Demodulaattorissa pulssipurskeet syötetään sarjatuloon[ selventää ] vaihtorekisteri. Kun kaikki pulssijonon bitit on työnnetty siirtorekisteriin, rinnakkaiskoodin siirtorekisterin sana kirjoitetaan digitaali-analogiamuuntimen (DAC) tulorekisteriin . DAC muuntaa lähetetyn analogisen signaalin koodatut näytteet takaisin analogiseen muotoon. DAC:n lähtö on porrastettu analoginen signaali. Vaiheiden tasoitus suoritetaan alipäästösuodattimella (LPF) , jonka ulostuloon muodostetaan lähetettävä analoginen signaali. LPF:n rajataajuus valitaan pienemmäksi tai yhtä suureksi kuin kaksinkertainen näytetaajuus.

Digitaaliset koodit PCM:ssä

Lukemien koodaamiseen PCM:ssä käytetään monenlaisia ​​binäärikoodeja , esimerkiksi:

• tavallinen lukujen esitys binäärilukujärjestelmässä , lisäksi binääriluvun bittien sarjalähetys voidaan suorittaa sekä vähiten merkitsevillä biteillä eteenpäin että eniten merkitsevillä biteillä eteenpäin;
• erilaisia ​​koodeja, joissa on virheiden havaitseminen ja poistaminen siirtokanavassa, esimerkiksi Hamming -koodi , Reed-Solomon-koodi jne. Yksinkertaisin niistä on redundanttikoodi pariteettibitin lähetyksellä ;
• koodit, jotka eliminoivat DC-komponentin koodatusta kaksitasoisesta pulssisignaalista, kuten itsesynkronoiva Manchester-koodi .

PCM-lajikkeet

• Differentiaalinen (tai delta ) pulssikoodimodulaatio ( DPCM , DPCM ) - PCM, jossa signaali koodataan erotuksena nykyisen ja edellisen mittausarvon välillä. Audiodatalle tämäntyyppinen modulaatio vähentää vaadittua bittien määrää näytettä kohti noin 25 %.
  • Adaptive DPCM ( ADCM , ADPCM )  on DPCM:n muunnelma, jossa on muuttuva kvantisointiaskel. Sävelkorkeutta muuttamalla voit pienentää tietyn signaali-kohinasuhteen kaistanleveysvaatimuksia .
• LPCM ( lineaarinen pulssikoodimodulaatio , lineaarinen pulssikoodimodulaatio)

Käytännön sovellus

• Digitaalisessa ja IP-puhelimessa PCM:ää käytetään äänen audiosignaalin muuntamiseen digitaaliseksi streamiksi, joka lähetetään nopeudella 64 kbps ( digitaalinen pääkanava ).
• PCM:ää käytetään analogisen äänisignaalin muuntamiseen digitaaliseksi signaalin tallentamiseksi digitaalisiin laitteisiin ja mediaan ( digitaalinen ääni ). Luettelo joistakin yleisistä äänen (musiikin, äänen jne.) tallentamiseen käytetyistä tiedostomuodoista : WAV , MP3 , WMA , OGG , FLAC , APE .
• PCM:ää käytettiin aiemmin ITU V.90 (vain saapuva asiakas) ja V.92 (saapuva ja lähtevä) modeemiprotokollassa 56 Kbps:n maksimiyhteysnopeuden tarjoamiseksi.

Katso myös

• delta-koodaus
• adaptiivinen modulaatio

Kirjallisuus

• Panfilov I.P., Dyrda V.E. Sähköisen viestinnän teoria. - M . : Radio ja viestintä, 1991. - 344 s. — ISBN 5-256-00869-2 .

Muistiinpanot

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