Аналого-цифровое преобразование завершается операцией кодирования, которая в данном случае заключается в преобразовании уровней отсчетов непрерывных сигналов в кодовые комбинации. При этом обычно используются равномерные двоичные коды, в которых число кодовых символов или разрядов кодовых комбинаций равно т, а каждый символ может принимать значение 0 или 1. Применяются следующие равномерные двоичные коды: натуральный, симметричный и рефлексный. При натуральном двоичном кодировании структура кодовой группы определяется номером шага квантования NKB, записанным в двоичной системе исчисления с помощью полинома
где аi, - кодовый символ i -го разряда, принимающий значение 0 или 1, - вес 1-го разряда. Натуральный двоичный код применяется для кодирования униполярных импульсов. В качестве примера на рис. 15,а приведена кодовая таблица для натурального двоичного четырехразрядного кода.
Недостаток натурального двоичного кода состоит в том, что кодовые группы, соответствующие соседним шагам квантования, могут различаться во многих разрядах кода. Поэтому при изменении значения отсчета во время кодирования может произойти переход от одного шага квантования к другому, сильно отличающемуся от него. Такой переход наиболее вероятен в центральной части амплитудной характеристики. Например, если после начала кодирования на седьмом шаге мгновенное значение выросло до восьмого, то вместо кодовой группы 0111 будет передана группа 0000, что будет соответствовать передаче нулевого уровня.
Биполярным сигналам, например речевым, свойственна максимальная плотность вероятности малых мгновенных значений. Для таких сигналов разряды кодовых групп соседних уровней в центре амплитудной характеристики квантования должны отличаться в минимальном числе разрядов. С этой целью применяют натуральный симметричный двоичный код (рис. 15,6). При кодировании симметричным кодом символ первого разряда определяется знаком отсчета, а символы остальных разрядов - абсолютным значением отсчета, выраженным в двоичной системе исчисления.
Для таких сигналов, как широкополосные телевизионные, различие символов в большом числе разрядов кодовых групп любых соседних шагов квантования нежелательно, так как для этих сигналов ошибки кодирования одинаково опасны для всех мгновенных значений. Для кодирования таких сигналов используется рефлексный двоичный код (код Грея), в котором кодовые группы любых соседних уровней квантования отличаются лишь в одном разряде. Таблица рефлексного четырехразрядного кода приведена на рис. 16.
Рис. 16. Рефлексный код
На приемном конце принятые кодовые группы декодируются, в результате чего восстанавливаются мгновенные значения передаваемого сигнала Затем последовательность импульсов АИМ-2 демодулируется с помощью фильтра нижних частот. Кодеры и декодеры, предназначенные для аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, в совокупности называют кодеками. При реализации кодеков оказывается важным вид начального участка амплитудной характеристики квантования. На рис. 17 приведены три варианта таких участков. Варианты эти различаются взаимным расположением уровня и шага квантования. Уровень квантования - это уровень, превышение которого (по абсолютной величине) приводит к переходу на следующий шаг квантования. Первый вариант (рис. 17,а) соответствует расположению уровня квантования на нижней границе шага, т.е. пока мгновенное значение имеет величину, расположенную в диапазоне данного шага, она кодируется значением данного (по абсолютной величине) шага квантования. Например (см. рис. 15,6), всем мгновенным значениям сигнала в диапазоне от 0 до +1 будет соответствовать кодовое слово «1000», мгновенным значениям от +1 до +2 - кодовое слово «1001» и так далее. Второй вариант начального участка амплитудной характеристики (рис. 17,6) характеризуется расположением уровня квантования посередине шага квантования, т.е. мгновенные значения сигнала не
Рис. 17. Начальные участки амплитудных характеристик квантования
достигающие середины шага кодируются значением данного шага, а превысившие середину шага - последующим (по абсолютной величине). Например, для того же рис. 15,6 всем мгновенным значениям сигнала в диапазоне от 0 до +0,5 будет соответствовать кодовое слово «1000», а для диапазона от +0,5 до +1,5 - «1001». Наконец, в третьем варианте уровень квантования находится на верхней границе шага квантования.
Особенность первого варианта состоит в том, что сигнал или шумы с амплитудой, меньшей шага квантования Δ, не передаются, т.е. происходит ограничение сигнала по минимуму. Для третьего варианта (рис. 17,в) шум малого уровня в отсутствие сигнала приводит к случайным переходам между состояниями -Δ/2 и +Δ/2 и передается на выход системы, что приводит к так называемым шумам незанятого канала или шумам молчания. Однако если в первом варианте ошибка квантования может достигать величины шага квантования (пределы изменения ошибки от 0 до ± Δ), то в третьем -только половины шага (пределы изменения ошибки от - Δ /2 до + Δ /2). Второй вариант амплитудной характеристики квантования сочетает преимущества первого и третьего вариантов.
На практике обычно реализуются кодеки с амплитудной характеристикой кодера, соответствующей первому варианту. С тем чтобы уменьшить абсолютное значение ошибки квантования при декодировании к результату всегда добавляется значение, равное половине шага квантования. Это приводит к тому, что сквозная амплитудная характеристика тракта кодер - декодер будет соответствовать третьему варианту (рис. 17,в), но с подавлением шумов молчания как в первом варианте (рис. 17,а).
