Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИКМ КОДИРОВАНИЯ ПО А-ЗАКОНУ

Борисов В.А 1 Мартенс-Атюшев Д.С. 1
1 Пензенский государственный технологический университет
1. Бернард Скляр Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. 1104 с.: ил. Парал. тит. англ.
2. Прокис Джон Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь. 2000. 800 с.: ил.
3. Бабак В.П., Корченко А.Г., Тимошенко Н.П., Филоненко С.Ф. VHDL: Справочное пособие по основам языка. М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. 224 с.: ил. (Серия «Программируемы системы»).

Для передачи информации, в системах цифровой связи, часто требуется преобразование аналогового сигнала в цифровой. После преобразования обычно требуется сжатие этого сигнала, во-первых чтобы хранить аудиоинформацию (для высококачественного воспроизведения необходимо выполнять дискретизацию сигнала на большой частоте и с большой разрядной сеткой (32 бит), что приводит к большим размерам аудиофайлов), а во вторых низкая пропускная способность каналов передачи цифровой информации на расстояние. Применение компрессии/декомпрессии эффективно решает обе вышеуказанные проблемы.

Один из методов оцифровки сигнала, например речевого, является импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) это преобразование сигнала, при котором опробования речевого или цифрового сигналов передаются в виде бинарных кодовых слов. ИКМ используется в технике связи как в цифровых системах передачи (ЦСП), так и в системах цифровой электронной коммутации (ЦЭАТС).

Bor.tif

Рис. 1. Преобразование ИКМ

Ранее считалось, что достаточно иметь 12 разрядов для квантования речевого сигнала, но в более современных стандартах речь идет уже о 13 или 16 разрядах. Так как при передаче телефонной информации используется частота дискретизации 8 кГц, то при отсутствии компрессии, для передачи ИКМ-информации, по одному каналу требуется обеспечить его пропускную способность на уровне от 96 до 112 кбит/с. Исходя из этого, актуальной становится задача компрессии/декомпрессии оцифрованной речевой информации, чтобы ее можно было передавать по стандартному телефонному каналу. Сегодня это решается, путем применения различных алгоритмов компрессии/декомпрессии, среди которых наиболее распространённые – закон мю и закон А. Так уж принято, что в Америке и Японии используется закон мю, а в Европе и Азии закон А.

Используемый подход при компрессии данных во многом напоминает преобразование чисел в формате с плавающей запятой. В этом случае для представления числа отводится 3 поля: поле знака, поле мантиссы и поле порядка. В поле порядка содержится степень, в которую следует возвести число 2, чтобы при умножении результата этой операции на мантиссу получить истинное значение данного числа в формате с фиксированной запятой. Алгоритм по закону А преобразуют исходные отсчеты исходной последовательности сигнала в формате ИКМ в байтовые отсчеты. Каждый отсчет исходной последовательности преобразуется в один байт. Таким образом, пропускная способность канала для передачи преобразованной информации снижается до 64 кбит/с.

Алгоритм состоит из следующих шагов, первый шаг проверка числа на знак, если он отрицательный, число обращается, при этом знак принимает значения «0» иначе «1». Второй шаг 16 битное число преобразуется в 8 битное согласно табл. 1 приведенной в рекомендации G.711.

Таблица 1

Номер сегмента

Код до компрессии (16 битов)

Код после компрессии (8 битов)

7

P1WXYZ??????????

P111WXYZ

6

P01WXYZ?????????

P110WXYZ

5

P001WXYZ????????

P101WXYZ

4

P0001WXYZ???????

P100WXYZ

3

P00001WXYZ??????

P011WXYZ

2

P000001WXYZ?????

P010WXYZ

1

P0000001WXYZ????

P001WXYZ

0

P0000000WXYZ????

P000WXYZ

Третьим шагом является инвертирование сжатого 8 битного сигнала через один бит, применяется операция XOR 0X55h.

Так как в последнее время все чаще в разработках ЦСП или ЦЭАТС используются микросхемы с перепрограммируемой логикой (ПЛИС) или микроконтроллеры то данный алгоритм был реализован на VHDL, языке описания аппаратуры. Разработка и моделирование проекта велась в САПР ISE WebPack 12.3, где были получены следующие результаты, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Количество используемых таблиц истинности (LUT)

Количество используемых секций (Slices)

Максимальная задержка (Max Delay)

53

31

0,064 нс

На рис. 2 представлены временные диаграммы работы алгоритма, где b[15:0] - 16-разрядный код до компрессии, c2 – тактовая частота, d[7:0] - 8-разрядный код после компрессии, p[15:0] - 16-разрядный код после выполнения 1 шага алгоритма, n[7:0] - 8-разрядный код после выполнения 2 шага алгоритма.

Bor2.tif

Рис. 2. Результат моделирования алгоритма сжатия по А-закону

Современные уровень развития технологий делает возможной и экономически оправданной реализацию различных методов обработки информации, применение их в технике связи, а именно в ЦСП и ЦЭАТС можно достаточно легко и быстро реконфигурировать структуру системы, а так же повышать производительность, что может удовлетворить требования к методам цифровой обработки сигналов.


Библиографическая ссылка

Борисов В.А, Мартенс-Атюшев Д.С. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИКМ КОДИРОВАНИЯ ПО А-ЗАКОНУ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-2. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12469 (дата обращения: 03.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674