Импульсно-кодовая модуляция
И́мпульсно-ко́довая модуля́ция (ИКМ, англ. pulse code modulation, PCM) используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео, аудио (голос, музыка), телеметрия) допускают применение ИКМ.
Модуляция
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Pcm-ru.svg/462px-Pcm-ru.svg.png)
При импульсно-кодовой модуляции аналоговый передаваемый сигнал преобразуется в цифровую форму посредством трёх операций: дискретизации по времени, квантования по амплитуде и кодирования[1].
Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП через равные промежутки времени измеряет амплитуду аналогового сигнала — получает мгновенные значения или отсчёты сигнала, затем преобразует отсчёты в двоичные слова[2].
Мгновенное измеренное значение (отcчёт) аналогового сигнала квантуется по уровням (округляется от ближайшего целого). Число уровней квантования обычно равно или кратно целой степени числа 2, например, 23 = 8, 24 = 16, 25 = 32 и т. д. Номер уровня кодируется двоичными словами длиной 3, 4, 5 и т. д. бит[2].
Затем выходные слова АЦП в параллельном коде подвергаются кодированию при помощи передачи на
(Пачка импульсов - периодически повторяющиеся импульсы в течение фиксированного интервала времени. Источник: ГОСТ 29156-91: Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Технические требования и методы испытаний).
Частота отсчётов сигнала (или скорость оцифровки, частота дискретизации) для исключения потерь информации в соответствии с теоремой Котельникова должна быть не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре аналогового сигнала.
Существуют специализированные интегральные микросхемы, предназначенные для ИКМ, совмещающие АЦП, регистр сдвига, тактовые генераторы и другие устройства.
Демодуляция
На приёмном конце канала связи установлен
Цифровые коды в ИКМ
Для кодирования отсчётов в ИКМ применяются самые разнообразные двоичные коды, например:
- обычное представление чисел в двоичной системе счисления, причём последовательная передача битов двоичного числа может осуществляться как младшими битами вперёд, так и старшими битами вперёд;
- разнообразные коды с обнаружением и устранением ошибок в канале передачи, например, код Хэмминга, код Рида — Соломона и др. Простейший из них — избыточный код с передачей бита чётности;
- коды, устраняющие постоянную составляющую в кодированном импульсном двухуровневом сигнале, например, самосинхронизирующийся манчестерский код.
Разновидности ИКМ
- Дифференциальная (или дельта) импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ, DPCM) — ИКМ в сочетании с дельта-кодированием, при котором сигнал кодируется в виде разности между текущим и предыдущим измеренными значениями. Для звуковых данных такой метод модуляции уменьшает требуемое количество бит на отсчёт примерно на 25%.
- Адаптивная ДИКМ (АДИКМ, ADPCM) — разновидность ДИКМ с переменным шагом квантования. Изменение шага позволяет уменьшить требования к полосе пропускания при заданном соотношении сигнала и шума.
- LPCM(Linear pulse code modulation, линейная импульсно-кодовая модуляция)
Практическое применение
- В цифровой и IP-телефонии ИКМ применяется для преобразования голосового аудиосигнала в цифровой поток, передаваемый со скоростью 64 кбит/с (основной цифровой канал).
- ИКМ применяется для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой с целью сохранения сигнала на цифровых устройствах и носителях (APE.
- ИКМ использовалась ранее в протоколах модемной связи ITU V.90 (только входящий к клиенту сигнал) и V.92 (входящий и исходящий сигнал) для обеспечения максимальной скорости соединения в 56 Кбит/с.
См. также
Литература
- Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи. — М.: Радио и связь, 1991. — 344 с. — ISBN 5-256-00869-2.
Примечания
- ↑ Панфилов, 1991, с. 282.
- ↑ 1 2 3 Панфилов, 1991, с. 283.
Для улучшения этой статьи желательно:
|