1.3.2. Линейный декодер.

Принцип построения линейного декодера для восстановления двухполярного сигнала показан на рисунке. Декодер содержит преобразователь кода ПК, логическое устройство ЛУ и генератор эталонных токов ГЭТ.

Рисунок – Структурная схема линейного декодера

Декодирование ведется в порядке, обратном процессу кодирования. Вначале 8-разрядная кодовая группа принятого ИКМ сигнала с помощью преобразователя кода преобразуется в параллельную кодовую группу символов, которая формируется на выходах 1–8 ПК. В соответствии с принятой кодовой комбинацией ЛУ вырабатывает сигналы управления, включающие ключи эталонных токов соответствующих разрядов. Включаются ключи тех разрядов, где на выходе ЛУ имеется 1. В симметричном двоичном коде первый разряд определяет полярность источника эталонных токов. В этом случае 1 включает положительный источник эталонных токов +Е, а 0 через инвертор включает отрицательный источник эталонных токов -Е.

На рисунке показан пример декодирования кодовой комбинации 01101001. При декодировании замыкаются ключи Кл^–, Кл1, Кл2, Кл4, Кл7 и формируется суммарный эталонный ток отрицательной полярности величиной 105.

1.4. Нелинейные кодеки

1.4.1. Кусочно-ломаная аппроксимация по закону а-87,6/13

На практике в ЦСП используются нелинейные кодеры, в которых плавная характеристика компрессии заменяется сегментной характеристикой, представляющей собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавной характеристики.

Наибольшее распространение получила сегментная характеристики компандирования (компрессии) типа А-87,6/13, где аппроксимация логарифмической характеристики производится по А-закону, соответствующему выражениям:

Здесь А=87,6 – коэффициент компрессии, а сама характеристика строится из 13 сегментов. В положительной и отрицательной области характеристика содержит по 8 сегментов (таким образом, всего 16). 4 центральных сегмента (2 в положительной и 2 в отрицательной области) объединяются в центральный сегмент. Каждый из сегментов содержит по 16 уровней квантования, таким образом, общее число 256 (128 положительных и 128 отрицательных). Точки на характеристике называются узлами, и каждому из узлов соответствует определенный эталонный ток, называемый основным (указан в начале сегмента). Шаг квантования внутри сегмента равномерный, а при переходе от одного сегмента с меньшим номером к другому, с большим номером, возрастает в 2 раза, начиная с центрального сегмента, куда входят С₀ и С₁. Кодовая комбинация, формируемая на выходе нелинейного кодера, имеет вид:

P XYZ ABCD

P – знаковый символ (1 – положительный, 0 – отрицательный отсчет);

XYZ – номер сегмента;

ABCD – номер шага квантования внутри сегмента.

Рисунок – Характеристика компрессии типа А–87,6/13

1.4.2 Нелинейный кодер

Нелинейный кодер содержит: К – компаратор; ГЭТ – генератор эталонных токов; ЦР – цифровой регистр; БКЭ – блок коммутации эталонов; КЛ – компрессирующая логика; ПК – преобразователь кодов; ГО – генераторное оборудование.

Компаратор служит для определения знака разности между (I_отс–I_эт) и 0 и выдачи на выходе соответствующего решения, если значение больше или равно нулю, то 0, наоборот – 1.

ГЭТ_1-2 подключает эталонные токи соответствующей полярности (ГЭТ₁ – положительный, ГЭТ₂ – отрицательный). По построению ГЭТ аналогичен ГЭТ линейного кодера, только количество эталонов =11 (Δ, 2Δ, … , 1024Δ).

БКЭ – в зависимости от решения ЦР подключает ГЭТ₁ или ГЭТ₂ и управляет подключением эталонных токов.

ЦР управляет работой.

КЛ – компрессирующая логика, преобразующая значения выходов 2 – 8 ЦР в 11-разрядную кодовую комбинацию, которая управляет работой БКЭ.

Принцип работы рассмотрим на примере кодирования отсчета I_отс=678.

Кодирование осуществляется в три этапа, за восемь тактов. В каждом такте формируется один из символов кодовой комбинации.

Этап I. Формирование знака (Р) за 1 такт

такт 1

Перед началом кодирования все выходы ЦР в состоянии 0. После поступления I_отс ЦР_выход1=1. Эталонные токи не подключаются, следовательно, на входе 2 К I_эт.=0; I_отс.–0>0, следовательно, на выходе К=0, поэтому ЦР_выход1=1 и не изменяется. Значит подключается ГЭТ₁, следовательно, Р=1.

Этап II. Формирование кода номера сегмента (XYZ) за 2…4 такты

такт 2

ЦР_выход2=1. На 2-ой вход К поступает I_эт4.=128Δ. 678_.–128>0, следовательно, на выходе К=0, поэтому ЦР_{выход 2}=1 и не изменяется, следовательно, Х=1.

такт 3

ЦР_выход3=1. На 2-ой вход К поступает I_эт6.=512Δ. 678_.–512>0, следовательно, на выходе К=0, поэтому ЦР_{выход 3}=1 и не изменяется, следовательно, У=1.

такт 4

ЦР_выход4=1. На 2-ой вход К поступает I_эт7.=1024Δ. 678_.–1024<0, следовательно, на выходе К=1, поэтому ЦР_выход4=0, Z=0, следовательно, I_эт.=1024Δ отключается.

Основной эталонный ток I_эт.осн=512Δ

Т.к. XYZ=110, то кодируемый отсчет попадает в шестой сегмент.

Этап III. Формирование кода номера шага квантования внутри сегмента за 5…8 такты (ABCD)

Таблица 2 – Значение основных и дополнительных эталонных токов и шагов квантования

Номер сегмента	Кодовая комбинация номера сегмента XYZ	Эталонные токи					Шаг кванто-вания	Эталонные сигналы коррекции
		основные	дополнительные
0	000	-	8	4	2	1	1	0,5
1	001	16	8	4	2	1	1	0,5
2	010	32	16	8	4	2	2	1
3	011	64	32	16	8	4	4	2
4	100	128	64	32	16	8	8	4
5	101	256	128	64	32	16	16	8
6	110	512	256	128	64	32	32	16
7	111	1024	512	256	128	64	64	32

такт 5

К основному току I_эт.осн=512Δ в результате установки ЦР _{выход 5}=1 подключается максимальный дополнительный ток I_доп.=256Δ. 678_.–(512+256)<0, следовательно, на выходе К=1, поэтому ЦР_{выход 5}=0, следовательно, А=0. (I_доп.=256Δ отключается)

такт 6

ЦР_выход6=1 I_доп.=128Δ. 678_.–(512+128)>0, следовательно, на выходе К=0, поэтому ЦР_{выход 6}=1, следовательно, В=1.

такт 7

ЦР_выход7=1 I_доп.=64Δ. 678_.–(512+128+64)<0, следовательно, на выходе К=1, поэтому ЦР_{выход 7}=0, следовательно, С=0. (I_доп.=64Δ отключается)

такт 8

ЦР_выход8=1 I_доп.=32Δ. 678_.–(512+128+32)>0, следовательно, на выходе К=0, поэтому ЦР_{выход 8}=1, следовательно, D=1.

ABCD = 0101 – 5 уровень квантования.

P XYZ ABCD

1 110 0101

+ 6 сегмент 5 уровень квантования

Эта кодовая комбинация означает, что кодированию подлежит отсчет положительной полярности, амплитуда которого находится в 6 сегменте и заключена в зоне 5-го уровня квантования этого сегмента.

В результате кодирования неизбежно появление ошибки квантования, максимальное значение которой равно половине шага квантования (1/2 Δ) в пределах соответствующего сегмента, так как шестой сегмент то максимальная ошибка 16Δ. В примере ошибка квантования = 678Δ-672Δ=6Δ