Základní principy přeměny analogového signálu na digitální-Referát

Základní principy přeměny analogového signálu na digitální

PCM

PCM je mezinárodním standardem pro digitální zpracování telefonních signálů.

Princip PCM spočívá v pravidelném odečítání hodnoty signálu a jejím záznamu v binární podobě. Určujícími parametry jsou vzorkovací frekvence a jemnost rozlišení jednotlivých hodnot. Vzorkovací frekvence se pohybuje od 8 kHz u digitálních telefonních linek ISDN přes 44,1 kHz u zvukového CD po ještě vyšší hodnoty u profesionálních záznamových zařízení a ovlivňuje kvalitu (tedy „kostrbatost“) reprodukovaného záznamu.

Podstatou pulzně kódové modulace jsou tři základní operace – vzorkování, kvantování a kódování.

Vzorkování:

Vzorkování je transformace signálu spojitého v čase na posloupnost vzorků diskrétních v čase. Vzorkování probíhá v časových okamžicích tzv. perioda vzorkování. Obrácená hodnota této doby se nazývá vzorkovací frekvence.

Analogový průběh signálu se nejdříve ovzorkuje ve vzorkovacím obvodu. Vzorkovací frekvence musí být minimálně dvojnásobkem nejvyšší frekvence obsažené v analogovém signálu.

Touto vzorkovací frekvencí se z přivedeného analogového signálu vyberou úzké impulsy s amplitudou, kterou má spojitý analogový signál v jednotlivých okamžicích vzorkování.

Ze spojitého signálu se stává signál diskrétní, impulsový s analogově proměnnou amplitudou (označuje se PAM). Čas mezi dvěma sousedními odběry se nazývá perioda vzorkování.

Při příliš nízké vzorkovací frekvenci nestačí zaznamenané hodnoty k rekonstrukci průběhu signálu a dochází ke ztrátě kvality. Podle Nyquistova vzorkovacího teorému by měla být vzorkovací frekvence alespoň dvojnásobná oproti frekvenci zaznamenaného signálu. Při nesplnění této podmínky vzniká efekt zvaný aliasing.

Kvantování:

V dalším kroku se velikost amplitudově modulovaných impulsů kvantuje, to je - původní amplitudě v daném vzorku se přiřadí velikost náležející k nejbližší kvantovací úrovni. Kvantovací úrovně jsou dány "stupnicí" amplitudy , výšky impulsů se tedy nepřenášejí do dalšího zpracování přesně, ale vždy jen s celou úrovní dílků na této pomyslné stupnici amplitudy.

Kódování:

Jedná se o vyjádření hodnoty vzorku pomocí binárního kódu.

Rozlišení hodnot určuje přesnost hodnot v jednotlivých bodech. Obvykle se používá 8 nebo 16 bitového kódu.

Kvantizační zkreslení

Při kvantizaci dochází k určité ztrátě informace tzv. kvantizační

šum (též kvantizační zkreslení) je způsobeno „zaokrouhlováním“. Jeho úroveň s rostoucím rozlišením klesá.

Při příliš nízkém rozlišení je šum slyšitelný.

Přesněji, je dáno rozdílem mezi skutečnou hodnotou vzorku a kvantovanou hodnotou.

Odstup signálu od kvantizačního šumu

Při lineárním kvantování (kvantizační stupně jsou stejně velké) roste odstup kvantizačního šumu lineárně s rostoucím středním výkonem signálu.