сти цифрового потока на 30%. При кодировании сигналов системы СЕКАМ частота дискретизации при соотношении /дискр=ЗРвд составляет 13,3 МГц, а при /otckp=4F4b равна 17,7 МГц. "

Выбор числа уровней квантования определяется требуемым отношением сигнал/шум. В § 8.3 было отмечено, что при ИКМ добавление, одного разряда к кодовой группе увеличивает защищенность от шума квантования на 6 дБ. Поэтому если требуемый динамический диапазон канала цифровой записи звука равен 72 ...78 дБ, то кодирование необходимо осуществлять 12... 13-разрядным кодом.

Кроме того, по крайней мере, один разряд должен быть добавлен к каждой кодовой группе дляобеспечения групповой синхронизации (разделения кодовых групп при декодировании) и не менее одного разряда необходимо для обнаружения ошибок при записи. Появление даже одиночных ошибок при ИКМ приводит к уменьшению уровня отсчетов сигнала при декодировании и вызывает щелчки в звуковом сигнале. Добавление проверочного символа в кодовые группы позволяет обнаруживать одиночные ошибки и устранять щелчки.

Таким образом, кодовые группы при цифровом представлении сигналов вещания должны содержать 13... 15 разрядов. Отсюда скорость цифрового потока при кодировании сигналов звукового вещания составляет C=ifHHCKp(13... 15) =500 ... 700 кБит/с. Эта скорость весьма велика и поэтому значительные трудности возникают при записи такого сигнала на магнитную ленту. Для уменьшения величины С применяют компандирование звукового сигнала в канале кодирования.

Компандирование позволяет, незначительно ухудшив отношение сигнал/помеха для сигналов с большим уровнем, значительно улучшить его для слабых сигналов и за счет этого уменьшить число уровней квантования. При использовании компандирования на входе кодера включают компрессор, на рис. 9.1 обозначенный буквой К. При этом в отличие от инерционных компрессоров, применяемых в радиовещании, этот компрессор осуществляет безынерционное управление динамическим диапазоном сигнала. Компрессированный сигнал подвергается кодированию. На рис. 9.2 показано, что в этом случае квантование осуществляется с разным шагом для слабых и сильных сигналов, так как бн1<бн2< <6нз и т. д. По сравнению со случаем равномерного квантования число уровней квантования для сильных сигналов уменьшается, что позволяет кодировать сигналы меньшими по длине кодовыми группами. Для слабых сигналов число уровней квантования возрастает, что определяет улучшение их защищенности от шумов квантования. При декодировании в сигнале восстанавливаются исходные соотношения за счет включения на выходе декодера экспандера, т. е. устройства с амплитудной характеристикой, обратной характеристике компрессора (рис. 9.3).

Характеристика компрессии обычно описывается выражением (ji-закон) 156

Рис. 9.1. Структурная схема устройства для осуществления неравномерного квантования

Рис. 9.2. Иллюстрация неравномерного квантования при использовании компрессора

Рис. 9.3. Амплитудная характеристика экспандера

(nCl-fn)

(9.1)

где Umax - максимальное значение сигнала; ц - коэффициент компрессии, связанный с минимальным {бтгп) и максимальным бтах шагами квантования соотношением

;вжа./б„.п = 1 + (. (9.2)

Вид я-закона для разных значений коэффициента сжатия показан на рис. 9.4. Выбор коэффициента компрессии оказывает большое влияние на зависимость отношения сигнал/шум при разных уровнях входного сигнала. Увеличение (х улучшает это отношение для слабых и ухудшает для сильных сигналов. Обычно принимают я=100. В этом случае применение компандирования эквивалентно доставлению в кодовую группу двух-трех разрядов.

Практически компрессия кодируемых сигналов осуществляется не применением аналоговых компандеров, а непосредственно в процессе кодирования путем соответствующей цифровой обработки входного сигнала. Плавная кривая компрессии заменяется линейно-ломаной линией (рис. 9.5). В пределах сегмента шаг квантования постоянный, но при переходе от одного сегмента к другому, начиная с третьего, увеличивается в 2 раза. Процедура кодирования состоит в следующем. В первом такте кодирования опреде-Ляется полярность кодируемого сигнала, и в зависимости от того, Рположительная она или отрицательная, формируется символ первого разряда в кодовой группе. Затем кодируется в двоичном коде номер сегмента, в пределах которого находится уровень входного сигнала. Поскольку число сегментов, используемых для кодирования сигнала какой-либо полярности, равно восьми, для кодирования номера сегмента нужны трехразрядные кодовые комбинации. Далее кодируется номер уровня входного сигнала в пределах сегмента. Если число уровней равно восьми, для этого t 157

Рис. 9.4. Амплитудные характеристики компрессора

0,25 0,5

Рис. 9.5. Линейно-ломаная амплитудная характеристика устройства, осуществляющего кодирование с неравномерным квантованием

также достаточно трехразрядной комбинации, если оно равно шестнадцати, - требуется четырехразрядная комбинация и т. д. Общее число разрядов в кодовой группе равно l-f-3-l-log2.Afyp, где Лур - число уровней в пределах сегмента.

Таким, образом, операции компрессии осуществляются над сигналом в цифровой форме и поэтому в выходном сигнале не возникает искажений, связанных с несовпадением характеристик аналоговых компрессора и экспандера.

Применение компандирования позволяет снизить скорость цифрового потока, хотя она остается весьма высокой.

При телевизионной передаче хорошее качество изображения может быть получено при использовании 256 уровней квантования, что соответствует 8-разрядному кодированию. Компандирование при кодировании видеосигналов не применяют, и поэтому при /дискр = 3цв скорость передачи цифровой видеоинформации с учетом сигналов синхронизации составляет С= 106,3 мбит/с, а при /дискр=4цв С= 141,8 мбит/с. Записать и воспроизвести такие цифровые потоки в течение времени, достаточного для записи вещательной программы, на современной технической базе невозможно. Поэтому предпринимаются попытки снизить необходимые скорости передачи за счет использования избыточности в кодируемых сигналах.

Одним из методов кодирования, использующих избыточность, является дифференциальная ИКМ (ДИКМ). При ДИКМ кодируется не абсолютное значение квантованного АИМ сигнала,. как при ИКМ, а значение разности соседних отсчетов сигнала. При наличии корреляции между отсчетами разность меньше, чем сами отсчеты, и для ее кодирования с тем же шагом требуется меньшее число уровней квантования, чем при ИКМ. Можно показать, что отношения сигнал/шум квантования при ДИКМ и ИКМ связаны соотношением