Разработка программного имитатора цифрового канала связи с применением помехоустойчивого кодирования
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?атура, давление, скорость и сила ветра. Значительный интерес представляют такие примеры, как речь и музыка. Форматирование аналоговой информации осуществляет аналого-цифровой преобразователь. Форматирование осуществляется с использованием трех отдельных процессов: дискретизации, квантования и кодирования. После форматирования получается последовательность двоичных цифр [2].
1.2.2Дискретизация
Аналоговый сигнал и его дискретная версия связаны процессом, который называется дискретизацией. Этот процесс можно реализовывать по-разному, а наиболее популярной является операция выборки-хранения. В этом случае коммутирующе-запоминающий механизм формирует из поступающего непрерывного сигнала последовательность выборок. Результатом процесса дискретизации является сигнал в амплитудно-импульсной модуляции. Такое название возникло потому, что выходящий сигнал можно описать как последовательность импульсов с амплитудами, определяемыми выборками входного сигнала. Аналоговый сигнал можно восстановить (с определенной степенью точности) из модулированного сигнала, пропустив последний через фильтр нижних частот. Ответ на вопрос, насколько точно отфильтрованный модулированный сигнал совпадает с исходным аналоговым сигналом, дает теорема о выборках. Теорема формулируется следующим образом: сигнал с ограниченной полосой, не имеющий спектральных компонентов с частотами, которые превышают Гц, однозначно определяется значениями, выбранными через равные промежутки времени . Это утверждение также известно как теорема о равномерном дискретном представлении. При другой формулировке верхний предел можно выразить через частоту дискретизации, ,. В этом случае получаем ограничение, именуемое критерием Найквиста . Критерий Найквиста - это теоретическое достаточное условие, которое делает возможным полное восстановление аналогового сигнала из последовательности равномерно распределенных дискретных выборок [2], [3].
1.2.3Квантование по уровню и кодирование
Квантование по уровню - это задача отображения выборок сигнала непрерывной амплитуды в конечное множество амплитуд. Простейшее устройство квантования, которое можно изобразить, выполняет мгновенное отображение с каждого непрерывного входного уровня выборки в один из предопределенных, равномерно расположенных выходных уровней. Квантующие устройства, которые характеризуются равномерно расположенными приращениями между возможными выходными уровнями, называются равномерными устройствами квантования, или линейными квантующими устройствами. Возможные мгновенные характеристики входа/выхода легко изображаются с помощью простого ступенчатого графика, подобного изображенному на рисунке 2. На рисунке 2, а, б и г представлены устройства с равномерными шагами квантования, а на рисунке 2, в - устройство с неравномерным шагом квантования. На рисунке 2, а характеристика устройства имеет нуль в центре шага квантования, а на рисунке 2, б и г - на границе шага квантования. Отличительная особенность устройств, имеющих характеристики с нулем в центре шага квантования и характеристики с нулем на границе шага квантования, связана, соответственно, с наличием или отсутствием выходных изменений уровня, если входом квантующего устройства является шум низкого уровня. На рисунке 2, г представлено смещенное (т.е. усекающее) устройство квантования, а другие устройства, изображенные на этом рисунке, являются несмещенными и называются округляющими. Такие несмещенные устройства квантования представляют собой идеальные модели, но в аналого-цифровых преобразователях округление не реализуется никогда. Как правило, устройства квантования реализуются как усекающие преобразователи. Термины "характеристика с нулем в центре шага квантования" или "характеристика с нулем на границе шага квантования" относятся к ступенчатым функциям и используются для описания того, имеются ли в начале координат горизонтальная или вертикальная составляющая ступенчатой функции. Пунктирная линия единичного наклона, проходящая через начало координат, представляет собой неквантованную характеристику входа/выхода, которую пытаются аппроксимировать ступенчатой функцией. Разность между ступенчатой функцией и отрезком линии единичного наклона представляет собой ошибку аппроксимации, допускаемую устройством квантования на каждом входном уровне. На рисунке 3 показана ошибка аппроксимации амплитуды в сравнении с входной амплитудой функции для каждой из характеристик квантующего устройства, изображенных на рисунке 2. Часто эта ошибка моделируется как шум квантования, поскольку последовательность ошибок, полученная при преобразовании широкополосного случайного процесса, напоминает аддитивную последовательность шума. Однако, в отличие от действительно аддитивных источников шума, ошибки преобразования являются сигнально зависимыми и высоко структурированными. Линейное устройство квантования легко реализовать и очень легко понять. Оно представляет собой универсальную форму квантующего устройства, поскольку не предполагает никаких знаний о статистике амплитуд и корреляционных свойствах входного сигнала[2][3].
Устройства квантования, которые используют указанные преимущества, являются более эффективными как кодеры источника и предназначены для более специфических задач, чем общие линейные устройства квантования.
Рисунок 2. - Различные передаточные функции устройства квантования