Цифровая звукозапись. Принцип икм (импульсно-кодовая модуляция)
В основу цифровой передачи и цифровой записи полжена ИКМ.
ИКМ включает в себя 4 этапа:
Определение сетки квантовых уровней.
Д
искретизация
сигнала по времени: мгновенное значение
сигнала с определенной частотой
заменяется на равные им по амплитуде
короткие прямоугольные импульсы.Квантование – уровень каждого отсчета заменяется ближайшим к нему квантовым уровнем.
Передача в цифровой канал единым потоком номеров квантовых уровней, соответствующих дискретным.
В процессе ИКМ-преобразований во избежание искажений, которые могут быть вызваны перекрытием исходного спектра сигнала, необходимо, чтобы частота следования дискретов была не менее чем в 2 раза выше самой верхней частоты сигнала.
Перед дискретизацией, а также при восстановлении сигнала проводится фильтрация ФНЧ.
Требования к отношению сигнал/шум в канале передачи ИКМ-сигнала относительно невысоки, поскольку надо передать либо 0, либо 1. Нелинейные искажения, возникающие в этом канале, также не вносят в воспроизводимый сигнал какого-либо вклада.
Точность передачи сигнала зависит только от параметров оцифровки (частота дискретизации и шаг квантования). Шаг квантования определяет максимальную погрешность восстановленного сигнала и характеризует ошибки, воспринимаемые как шум квантования. Шум квантования связан с числом уровней, то есть с разрядностью сетки.
Иногда в бытовой записи и часто при передаче по каналу связи используют ИКМ с неравномерным квантованием. Шаг квантования для больших уровней выбирается больше и уменьшается с усилением уровня так, чтобы соотношение сигнал/шум квантования оставалось приблизительно одинаково. Неравномерное квантование обычно осуществляется разбиением всего динамического диапазона на сегменты, в пределах каждого из которых сетка равномерна.
Достоинство неравномерного квантования – снижение скорости цифрового потока. Недостаток – наличие дополнительного шума, схожего с модуляционными шумами.
Параметры цифровых сигналов
Для источников цифровых сигналов звука принята стандартная частота дискретизации 48кГц и минимальное количество разрядов на отсчет 16. Данные параметры обеспечивают передачу звука до 20 кГц и максимальный теоретический динамический диапазон свыше 90 дБ. Коэффициент гармонических и комбинационных искажений зависит лишь от аппаратурной реализации и чпще всего не превышает 0,05%.
Чаще всего для записи цифрового звука хорошего качества используют не 16, а 20 или 24 разряда на отсчет (соответственно 120 и 150 дБ динамического диапазона)
К первым промышленно выпускаемым бытовым устройствам воспроизводства звука относятся проигрыватели компакт-дисков. Быстрое их распространение наложило свой отпечаток на стандартные параметры – 44,1кГц и 16 бит на отсчет. Иногда допускается снижение цифровой скорости с помощью различных преобразований до эквивалентных 12 разрядов на отсчет.
В цифровых системах передачи звука частота дискретизации 32кГц, количество разрядов на отсчет – 14. Иногда допускается снижение скорости до реальных 10-12 бит на отсчет. В этих системах обеспечивается передача звука до 15кГц.