Изменение частоты дискретизации

Сочленение цифровых устройств осуществляется достаточно просто, если частоты дискретизации в коммутируемых устройствах совпадают. В этом случае достаточно согласовать законы компандирования в разных звеньях тракта. Реализуется это на основе ИКМ-сигнала с равномерным квантованием, который, как правило, является исходным для всех АЦП. По этому общему для всех цифровых устройств закону и объединяют тракты системы с разными законами компандирования.

Если же частоты дискретизации не совпадают, то интерфейс должен содержать также дополнительно блок передискретизации. Эта задача, например, возникает при организации стыка аппаратуры ТФП (f_д = 48 кГц) с аппаратурой ТПРП (f_д = 32 кГц) или при соединении аппаратуры систем записи сигналов (f_д = 44,1 кГц) с аппаратурой ТФП и каналов связи.

Изменить частоту дискретизации можно двумя способами: промежуточным переходом к аналоговой форме и непосредственно путем преобразований в цифровом сигнале. Первый способ предполагает преобразование сигнала в аналоговую форму и его последующую дискретизацию с новой частотой и кодирование в новом формате. При этом способе исходный ЗС дважды подвергается квантованию, что приводит к возрастанию мощности шума квантования и не является желательным. Например, при переходе от ТФП (где f_д = 48 кГц и т = 16) к ТПРП и ТВРП (где f_д = 32 кГц и т = 10) уменьшение числа разрядов приводит к возрастанию шумов квантования на 20…26 дБ. Собственно же передискретизация в этом случае не сказывается на общем отношении сигнал/шум.

Если передискретизация выполняется без преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму, то для получения новой совокупности отсчетов используется процедура интерполяции. При этом реализация метода наиболее проста, если частоты дискретизации имеют общий кратный сомножитель.

В качестве примера рассмотрим переход от частоты дискретизации f_д = 48 кГц к новому значению, равному 32 кГц (рис. 2.5). Наименьшее значение частоты, кратное этим величинам, составляет 96 кГц. Увеличение частоты дискретизации достигается здесь интерполяцией промежуточных дополнительных значений отсчетов, а уменьшение частоты дискретизации до 32 кГц — отбрасыванием лишних значений.

Итак, поскольку 32 кГц = (482):3, то процедура передискретизации состоит в следующем:

1. Вначале выполняется преобразование от f_д = 48 кГц к f_д = 96 кГц. Для этого методом интерполяции рассчитывают дополнительные значения отсчетов в середине исходного тактового интервала (показаны на рис. 2.5, а штриховой линией). Полученная в результате этого суммарная последовательность отсчетов соответствует f_д = 96 кГц.

Рис. 2.5 — К пояснению процесса передискретизации

цифрового сигнала

2. Далее из этой новой последовательности выбирается каждый третий отсчет (рис. 2.5, б), что означает снижение частоты дискретизации в 3 раза по отношению к f_д = 96 кГц.

Для большей наглядности на рисунке показаны не кодовые слова, а соответствующие им отсчеты ЗС. В действительности же интерфейс оперирует, выполняя интерполяцию с цифровыми сигналами. Осуществляя передискретизацию сигналов, следует помнить о возможности появления искажений, вызванных так называемым наложением спектров. Для устранения этого явления при уменьшении частоты дискретизации в интерфейс в случае необходимости должны включаться цифровые фильтры для ограничения полосы частот исходного ЗС. Например, необходимость такой дополнительной фильтрации возникает при уменьшении f_д с 48 до 32 кГц, когда требуется снизить полосу частот ЗС с 20 кГц (ТФП) до 15 кГц (ТПРП и ТВРП).