Импульсно-кодовая модуляция

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ, англ. Pulse Code Modulation, PCM) используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео, голос, музыка, данные телеметрии, виртуальные миры) допускают применение ИКМ. Чтобы получить на входе канала связи (передающий конец) ИКМ-сигнал из аналогового, мгновенное значениеаналогового сигнала измеряется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) через равные промежутки времени. Количество оцифрованных значений в секунду (или скорость оцифровки, частота дискретизации) должно быть не ниже 2-кратной максимальной частоты в спектре аналогового сигнала (по теореме Котельникова). Мгновенное измеренное значение аналогового сигнала округляется до ближайшего уровня из множества заранее определённых значений. Этот процесс называется квантованием. Количество уровней всегда берётся кратным степени двойки, например, 2³ = 8, 2⁴ = 16, 2⁵ = 32, 2⁶ = 64 и т. д. Номер уровня может быть соответственно представлен 3, 4, 5, 6 и т. д. битами. Таким образом, на выходе модулятора получается набор битов (0 и 1).

Обычно процесс ИКМ выполняется одной интегральной схемой, называемой аналого-цифровой преобразователь

Демодуляция

На приёмном конце канала связи демодулятор преобразует последовательность битов в импульсы собственным генератором с тем же уровнем квантования, который использовал модулятор. Далее эти импульсы используются для восстановления аналогового сигнала в ЦАП. В состав ЦАП входят декодирующее устройство, которое производит преобразования полученных кодовых комбинаций в квантованную последовательность отсчётов, а также сглаживающий фильтр, который восстанавливает переданный аналоговый сигнал по квантованным значениям.

3. Основные параметры сигналов: длительность, ширина спектра и динамический диапазон. Примеры: речевые (телефонные), вещательные, телевизионные, телеграфные сигналы, сигналы передачи данных.

Основными параметрами сигналов являются длительность сигнала , динамический диапазон и ширина спектра .

Всякий сигнал, рассматриваемый как временной процесс, имеет начало и конец. Поэтому длительность сигнала является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Динамический диапазон – это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности , которая необходима для обеспечения заданного качества передачи. Он выражается в децибелах [дБ]:

(дБ).

Например, в радиовещании динамический диапазон часто сокращают до 30...40 дБ (1000-10000 раз) во избежание перегрузок канала.

Ширина спектра – этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования.

Спектр сигнала, в принципе, может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. В технике связи спектр сигнала часто сознательно сокращают. Это обусловлено тем, что аппаратура и линия связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот. Сокращение спектра осуществляется исходя из допустимых искажений сигнала.

При распознавании речевых сигналов, как правило, оперируют не с исходным речевым сигналом, а с его параметрами, вычисленными на кадре. Длина кадра обычно выбирается такой, чтобы длительность кадра по времени T=N/ν (сек.) составляла 10-20 мс. Пусть на текущем кадре длины N наблюдается последовательность отсчетов s1,...,sk,...,sN.