PCM

Pulzní kódová modulace ( PCM , anglicky  pulse code modulation , PCM ) se používá k digitalizaci analogových signálů . Téměř všechny typy analogových dat ( video , audio ( hlas , hudba ), telemetrie ) umožňují použití PCM.

Modulace

Pomocí pulzní kódové modulace je analogový vysílaný signál převeden do digitální podoby pomocí tří operací: časové vzorkování, amplitudové kvantování a kódování [1] .

K převodu analogového signálu na digitální se používá analogově-digitální převodník (ADC) . ADC měří amplitudu analogového signálu v pravidelných intervalech - přijímá okamžité hodnoty nebo vzorky signálu, poté převádí vzorky na binární slova [2] .

Okamžitá naměřená hodnota (údaj) analogového signálu je kvantizována úrovněmi (zaokrouhlena na nejbližší celé číslo). Počet kvantizačních úrovní je obvykle roven nebo násobek celočíselné mocniny 2, například 2 3 = 8 , 2 4 = 16 , 2 5 = 32 atd. Číslo úrovně je zakódováno v binárních slovech délky 3 , 4, 5 atd. ] [2.bit

Výstupní slova ADC v paralelním kódu jsou pak zakódována průchodem do posuvného registru taktovaného pomocným posuvným generátorem . Na výstupu posuvného registru se tvoří pakety[ objasnit ] zakódované impulsy v sériovém kódu. Poté jsou do komunikačního kanálu vysílány impulzy [2] .

Vzorkovací frekvence signálu (nebo rychlost digitalizace, vzorkovací frekvence ) pro eliminaci ztráty informace v souladu s Kotelnikovovou větou musí být alespoň dvojnásobkem maximální frekvence ve spektru analogového signálu.

Existují specializované integrované obvody určené pro PCM, kombinující ADC, posuvný registr, hodinové generátory a další zařízení.

Demodulace

Na přijímací straně komunikačního kanálu je instalován demodulátor . V demodulátoru jsou na sériový vstup přiváděny impulzy[ upřesnit ] posuvný registr. Po vložení všech bitů sledu impulsů do posuvného registru se slovo z posuvného registru v paralelním kódu zapíše do vstupního registru digitálně-analogového převodníku (DAC) . DAC převádí kódované vzorky přenášeného analogového signálu zpět do analogové formy. Výstupem DAC je stupňovitý analogový signál. Vyhlazování kroků je prováděno dolní propustí (LPF) , na jejímž výstupu se tvoří přenášený analogový signál. Mezní frekvence LPF je zvolena tak, aby byla menší nebo rovna dvojnásobku vzorkovací frekvence.

Digitální kódy v PCM

Ke kódování čtení v PCM se používá široká škála binárních kódů , například:

• obvyklá reprezentace čísel v binárním číselném systému , navíc sériový přenos bitů binárního čísla může být prováděn jak po nejméně významných bitech dopředu, tak po nejvýznamnějších bitech dopředu;
• různé kódy s detekcí a eliminací chyb v přenosovém kanálu, například Hammingův kód , Reed-Solomonův kód atd. Nejjednodušší z nich je redundantní kód s přenosem paritních bitů ;
• kódy, které eliminují stejnosměrnou složku v kódovaném pulzním dvouúrovňovém signálu, jako je samosynchronizující kód Manchester .

Odrůdy PCM

• Diferenční (neboli delta ) pulzní kódová modulace ( DPCM , DPCM ) - PCM, ve které je signál kódován jako rozdíl mezi aktuální a předchozí naměřenou hodnotou. U audio dat tento typ modulace snižuje požadovaný počet bitů na vzorek asi o 25 %.
  • Adaptivní DPCM ( ADCM , ADPCM )  je variací DPCM s proměnným kvantizačním krokem. Změna výšky tónu umožňuje snížit požadavky na šířku pásma pro daný odstup signálu od šumu .
• LPCM ( lineární pulzní kódová modulace , lineární pulzní kódová modulace)

Praktická aplikace

• V digitální a IP telefonii se PCM používá k převodu hlasového zvukového signálu na digitální proud přenášený rychlostí 64 kbps ( digitální hlavní kanál ).
• PCM se používá k převodu analogového zvukového signálu na digitální za účelem uložení signálu na digitální zařízení a média ( digitální zvuk ). Seznam některých běžných formátů souborů používaných k ukládání zvuku (hudba, hlas atd.): WAV , MP3 , WMA , OGG , FLAC , APE .
• PCM se dříve používal v modemových protokolech ITU V.90 (pouze příchozí klient) a V.92 (příchozí a odchozí) k zajištění maximální rychlosti připojení 56 Kbps.

Viz také

• delta kódování
• adaptivní modulace

Literatura

• Panfilov I.P., Dyrda V.E. Teorie elektrické komunikace. - M . : Rozhlas a komunikace, 1991. - 344 s. — ISBN 5-256-00869-2 .

Poznámky

1. ↑ Panfilov, 1991 , s. 282.
2. ↑ 1 2 3 Panfilov, 1991 , s. 283.