Аналого-цифровое преобразование

Выше мы познакомились с преобразованием дискретной формы представления информации в аналоговую. Рассмотрим обратную задачу – преобразование и передача аналоговой информации в дискретной форме (в виде цифровых сигналов). Такая задача была решена, когда речевые сообщения стали передаваться по телефонным сетям в виде последовательности единиц и нулей, что повышает качество передаваемой речи, увеличивает скорость передачи, уменьшает вероятность ошибок в каналах связи. На рис. 3.8 показан принцип работы аналого-цифрового преобразователя.

Преобразование непрерывного аналогового звукового сигнала в цифровой сигнал называется дискретной модуляцией аналоговых сигналов. Устройство оцифровывания аналоговых каналов называется кодеком. Дискретные способы модуляции основаны на дискретизации непрерывных процессов, как по амплитуде, так и во времени (рис. 3.8). Рассмотрим принцип дискретной модуляции на примере импульсно-кодовой модуляции ИКМ. Аналого-цифровое преобразование является первым этапом цифровой обработки сигналов. Как показывает само название, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) является связующим элементом между аналоговым и цифровым участками тракта, преобразующим непрерывный аналоговый сигнал с выхода микрофона в цифровую форму. Соответственно, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – последний элемент в цифровом тракте и задача его прямо противоположная: он преобразует цифровой сигнал в аналоговый, а последний поступает на динамик, преобразующий его в акустический сигнал, воспринимаемый ухом.

Работа АЦП складывается из двух этапов: замер амплитуды входного непрерывного сигнала во времени через равные интервалы времени, а затем представление каждого замера в виде двоичного числа определенной разрядности. Этот процесс схематически иллюстрируется на рис. 3.8, на котором моменты дискретизации показаны штрихами на оси времени и для трех моментов дискретизации указаны уровни сигнала – в десятичном (235, 220 и 191) и соответственно в двоичном представлении (11101011, 11011100 и 10111111).

 

 

Рис. 3.8. Принцип работы аналого-цифрового преобразователя

В соответствии с теоремой Котельникова-Найквиста для качественной передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую наибольшую частоту в спектре обрабатываемого сигнала. Поскольку при передаче сигналов речи по телефонным каналам связи используется полоса частот от 300 до 3400 Гц, частота дискретизации выбрана 8000 Гц, т.е. с некоторым запасом.

В методе ИКМ обычно используются 7 или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Для ИКМ скорость передачи по каналу соответственно равна 8000х8=64Кбит/с и 8000х7=56Кбит/с.