35. Нелинейные кодеки на основе нелинейных цифровых преобразователей

Нелинейный кодер может быть реализован с помощью линейного кодера и нелинейного цифрового преобразователя (НЦП).

На вход НЦП поступает р-разрядное двоичное число Np. В НЦП оно «сжимается», т.е. уменьшается длина кодовой комбинации, и на выходе НЦП появляется q-разрядное двоичное число Nq, q<p. Для реализации нелинейной характеристики НЦП используется, как правило, кусочно-линейная аппроксимация.

На этом рисунке показана характеристика НЦП после перехода от относительных единиц к и , а на следующем рисунке - один из сегментов этой характеристики.

Ч исло Nq «грубее», т.е. НЦП не чувствует всех изменений числа Np, а реагирует только на изменения Np в больших пределах. Поэтому зависимость Nq=φ(Np) имеет вид «лестницы».

Технически число Np характеризуется состояниями входных триггеров, а число Nq – триггеров памяти. Кроме триггеров в состав НЦП входит логическое устройство, которое по известному закону преобразования связывает состояние элементов памяти, хранящих Np, с состоянием элементов, хранящих Nq. На выходе линейного кодера кодовые комбинации в первом символе несут информацию о знаке АИМ-выборки, а в последующих p символах – информацию о величине модуля АИМ-выборки:

В НЦП преобразуются только модули выборок, образуя q-разрядное число, а знак выборки автоматически переносится из Np в Nq.

На этом рисунке приведена характеристика НЦП в относительных единицах, где ; . На следующем рисунке изображен переход от x и y к Np и Nq, где Np – 11-разрядное число, а Nq – 7-разрядное. С учетом одного символа на знак выборки на выходе и входе НЦП будем иметь 12- и 8-разрядные комбинации соответственно.

Таким образом, НЦП передачи строится по схеме (а), изображенной ниже. Преобразователи кода (ПК) выполнены на триггерах. Логика переписывает состояние триггеров p на триггеры q по таблицам преобразования. Затем код последовательно списывается с q триггеров и посылается в канал связи. НЦП приема (б) строится проще, поскольку на линейный декодер требуется подавать число Np в параллельном коде.

36. Нелинейные кодеры с непосредственным преобразованием

Существует несколько разновидностей таких нелинейных кодеров. По принципу действия они делятся на:

а) нелинейные кодеры последовательного счета;

б) взвешивающие нелинейные кодеры;

в) матричные нелинейные кодеры.

С труктурная схема нелинейного кодера последовательного счета и осцилло­граммы в характерных точках изображены на рис. 13.48 и 13.49. Рассмотрим принцип работы схемы. Выборки положительной полярности непосредствен­но, а выборки отрицательной полярности после инвертирования (рис. 13.49, а) подвергаются преобразованию АИМ-1→АИМ-2 в блоке 1 (рис. 13.49, б). Полученный сигнал поступает на схему сравнения 2, где сравнивается с эталонным напряжением (рис. 13.49, в), поданным от генератора эталонного напряжения (ГЭН) 3. На выходе схемы сравнения формируются импульсы одной и той же амплитуды, но разной дли­тельности τ (рис. 13.49, г) в зависимости от амплитуды выборки. Затем они сов­местно с тактовыми импульсами (рис. 13.49, д) от генератора тактовых импуль­сов (ГТИ) 5 поступают на соответствующие входы схемы совпадения («И») 4, на выходе которой образуются пачки счетных импульсов (рис. 13.49е).

Для упрощения реализации ко­дера целесообразно ГЭН 3 строить по схеме рис. 13.50, а, где ГПН — генератор пилообразного напряжения, НФП — нелинейный функциональный преобразователь, который вы полняется на основе КЛА. При этом требуемый закон ГЭН будет формироваться из кусочно-линей­ных отрезков (рис. 13.50, б).

Изменение крутизны пилообразного напряжения можно призвести за счет переключения времязадающих цепей ГПН. С этой целью в схему (см. рис. 13.48) вводится блок логики 7. Срабатывание блока логики в оп­ределенные моменты времени t₁, t₂..,t_n обеспечивается за счет жесткой связи между t₁, t₂..,t_n и числом импульсов в счетчике n₁, n₂..,n_n

Н елинейный кодер последовательного счета можно построить по-другому, если в цепочке пре­образований U→τ→N нелинейное преобразование осуществить на этапе τ→N, а преобразование U→τ делать линейным. Тогда ГЭН преобразуется в ГПН, а генератор тактовых импульсов постоянной частоты — в генератор частотно-импульсно-модулированных колебаний, у которого в интервале 0 < t < Т_к частота постепенно по­нижается (рис. 13.51). Реализация ГТИ с переменной частотой существенно упрощается, если применить ступенчатую аппроксимацию зависимости , показанную на рис. 13.51 пунктиром. Переключение ГТИ с одной фиксированной частоты на другую происходит в извесные моменты времени t₁, t₂..,t_n , которые жестко связаны с числом накопленных в счетчике импульсов n₁, n₂..,n_n . Этим переключением управляет блок логики (см.рис. 13.48).

Н елинейные взвешивающие кодеры. Особенностью схемы кодера является получение заданной нелинейной зависи­мости между амплитудой выборки входного напряжения U и числом N. Такая зависимость может быть получена одним из двух способов. В первом случае схема кодера имеет вид, изображенный на рис. 13.52. Здесь нелинейная зависимость N= φ(U) получена за счет включения линейного де­кодера 3 и нелинейного функ­ционального преобразователя 2 в цепь обратной связи, т.е. меж­ду выходом схемы сравнения 1 и ее вторым входом. Если необ­ходимо получить нелинейную зависимость между N и U, которая соответствует рис. 13.53, а, то зависимость между U_x и U_x^’, должна иметь вид, изображенный на рис. 13.53, б.

Д ругое решение изображено на рис. 13.54. Здесь двоичное q-разрядное чис­ло, сформированное с помощью логики управления, сначала преобразуется в НЦП в р-разрядное, а затем в линейном декодере — в пропорциональное ему напряжение U_x. Это напряжение поступает на схему сравнения 1, где происхо­дит сравнение с измеряемым напряжением U. Если эти напряжения не равны, то вновь происходит набор нового числа, преобразование его из q-разрядного в p-разрядное, а затем в U_x. Так происходит до тех пор, пока напряжение U не будет примерно равно U_x. Результатом кодирования является q-разрядное число N_q.