аналого-цифрові ПЕРЕТВОРЕННЯ ЗВУКОВИХ і відеосигналів
Введення
Серед методів цифрового подання ЗС найбільш відома імпульсно-кодова модуляція (ІКМ). Процедура перетворення аналогового сигналу в цифровий складається з трьох операцій: дискретизації за часом, квантуванні отриманої сукупності відліків і заміні квантованих значень сигналу послідовністю чисел (кодуванні).
1. Дискретизація
Значення частоти дискретизації обмежує роздільну здатність аналого-цифрового перетворення в часі і, отже, найвищу можливу частоту на вході АЦП. Наочною ілюстрацією цього служить рис. 1. Процедура дискретизації з однією і тією ж частотою f д представлена ​​на малюнку одночасно для двох тональних сигналів низької (F1 - суцільна лінія) і високої (F2 - штрихова лінія) частот. В обох випадках після дискретизації маємо ідентичні тимчасові послідовності значень відліків. Отже, сигнали цих двох частот F1 і F2 не можна розрізнити і після зворотного перетворення правильно відновити (Реконструювати). br/>В
Рис. 1 Пристрій, що здійснює ІКМ (а), тимчасова діаграма процесу ІКМ (б), спектр дискретизованого сигналу (в)
Відповідно до теоремою відліків В.А. Котельникова неспотворена передача безперервного (Аналогового) сигналу із смугою частот 0 ... Fтах дискретної послідовністю його відліків можлива тільки в тому випадку, якщо частота f д пов'язана з максимальною частотою Fmах вихідного сигналу співвідношенням f д 2 Fтах . p> Отже, якщо потрібно передати синусоїдальне коливання з частотою 20 кГц, то необхідна частота його дискретизації повинна бути більше 40 кГц, лише в цьому випадку можливе точне відновлення безперервного сигналу.
В
Рис. 2
Усі сигнали, частота яких F> f д/2, при відновленні інтерпретуються неправильно і трансформуються в сигнали більш низької частоти.
Дискретизований сигнал можна представити у наступних двох формах запису:
В
де s (t) - вихідний аналоговий сигнал; Dt - інтервал (період, крок) дискретизації, причому Тд = D t = const; п = 0, 1, 2, ...; d (t) - функція Дірака; d (т) - функція відліків, d п - моменти появи відліків ЗС.
При передачі ЗС або його обробці крок дискретизації Тд не зобов'язаний бути одним і тим же в різних трактах каналу або на різних стадіях обробки.
Розглянемо тепер умови вибору частоти f д. З рис. 2 випливає, що чим більше f д в порівнянні з Fтах, тим далі в спектрі дискретизованого сигналу рознесені частоти Fтах іf д і тим легше в ІКМ-демодуляторі відфільтрувати корисний сигнал. У той же час швидкість цифрового потоку при ІКМ прямо пропорційна значенню f д. З точки зору підвищення ефективності каналу зв'язку при передачі сигналів 3В бажано наскільки це можливо знизити f д. Однак вибір занадто низького значення може призвести до зменшення допустимого значення Fтах і, як наслідок, до погіршення якості передачі. Тому значення f д вибирають виходячи з компромісу між необхідною якістю звуковідтворення і допустимою швидкістю цифрового потоку. Впливають на вибір f д і системні чинники. Оскільки в системах зв'язку сигнали 3В кодуються і передаються спільно з іншими, наприклад з телефонними сигналами, то частота дискретизації ЗС повинна бути кратна частоті дискретизації телефонного сигналу. В іншому випадку в загальній структурі цифрового потоку системи зв'язку неможливо забезпечити передачу більш широкосмугових сигналів 3В замість декількох телефонних. З урахуванням цих міркувань при АЦП сигналів 3В в цифрових трактах первинного і вторинного розподілів програм для ЗС з Fmах = 15 кГц прийнято значення f д = 32 кГц. що відповідає учетверенному значенням f д для сигналу в телефонному каналі.
У системах телебачення при передачі цифрових сигналів звукового супроводу щоб уникнути биття між гармоніками малої частоти і частоти дискретизації значення f д вибирається кратною частоті рядкової розгортки. У трактах формування програм при Fmax = 20 кГц прийнято значення f д = 48 кГц, в лазерних програвачах і побутових магнітофонах f д = 44,1 кГц.
Боротьба з похибками цифрового перетворення через можливу нестабільності частоти дискретизації зводиться до обмеження смуги частот ЗС фільтрами із смугою пропускання від 0 до Fmax на вході АЦП і виході ЦАП і до виконання вимоги теореми В.А. Котельникова. Висуваються жорсткі вимоги до крутизні спаду частотних характеристик ФНЧ за межами смуги пропускання і стабільності частоти тактових генераторів. Виконання цих ...
