Sisteme Audio cu Modulația Impulsurilor în Cod

1. Discretizarea semnalelor analogice

1.1 Introducere în audio digital

Semnale analogice pe care dorim sa le transmitem la distanţa sunt: semnalele vocale, imaginile culese de camerele de luat vederi și semnalele captate de senzori. Aceste trei clase de semnale au caracteristi diferite şi necesita tehnici analogice specifice. Primele tehnici care au fost folosite la prelucrarea si înregistrarea sunetului au fost analogice:initial cilindri mecanici si discuri, mai tarziu banda magnetică, piste de sunet pe film optic care depend de etajele de egalizare şi amplificare, asigurate cu amplificatoare cu tuburi.Prelucarea şi înregistrarea au suferit un proces de rafinare graduală, dar a ajuns la limite prin fizica procesului A aparut o noua tehnologie şi anume cea digitală. Semnalul analog este un semnal continuu variabil în timp, iar semnalul digital nu este altceva decât o succesiune de impulsuri (1 sau 0) care reprezintă un număr sau un „cuvânt".Pentru a trece de la semnalul analogic la cel digital trebuie ca semnalul analogic să fie înlocuit cu o succesiune de cifre, materializate sub forma unor impulsuri cu două nivele (0 şi 1). În cazul semnalului digital se transmite o succesiune de numere, care reprezintă valoarea semnalului analogic în anumite momente. Pentru ca semnalul digital să aproximeze cât mai bine semnalul analogic, reiese de la prima vedere că numărul de puncte în care se face citirea trebuie să fie cât mai mare, iar numerele care exprimă valoarea trebuie să aibă cât mai multe cifre, în tehnica digitală, trecerea de la semnalul analogic continuu la cel digital se numeşte discretizare, ceea ce presupune valori discrete - în număr finit - ale semnalului, corespunzătoare unor momente discrete.

Din punct de vedere tehnic, conversia semnalelor analogice de AF în semnale digitale, adică discretizarea se realizează în două etape. În prima etapă se realizează discretizarea în timp, cunoscută sub numele de eşantionare şi apoi se realizează cea de a doua etapă, discretizarea valorii, sau cuantificarea, ceea ce presupune atribuirea unei anumite valori numerice nivelului fiecărui eşantion. Valorile respective sunt în număr finit şi sunt exprimate cu un anumit număr de cifre, în cazul acesta scrise în cod binar.

Figura 1.1:Conversia analogic digitală

În figura de mai sus, cu linie continuă este reprezentat semnalul analogic și rezultatul eşantionării. Aceasta a fost făcută în cele 8 momente marcate t0, ..., t7. Valorile eşantioanelor (nivelele analogice) sunt cuprinse între 0 şi 7 unităţi. Nivelul digital al fiecărui eşantion se exprimă cu ajutorul a 3 digiţi, deci pot fi scrise 23 = 8 valori. Fiecărui eşantion i se asociază astfel un număr digital format din trei cifre care-i exprimă mărimea. Cuantificarea - are ca rezultat succesiunea de impulsuri, unde fiecare trei impulsuri reprezintă valoarea unui eşantion, iar succesiunea de impulsuri este expresia digitală a semnalului analog. O anumită valoare a unui eşantion se acordă valorilor cuprinse în plaja de ± 0,5 din jurul valorii fixe. De exemplu, se acordă valoarea zero pentru eşantioane cuprinse între ± 0,5; valoarea 1 pentru eşantioane cuprinse între 0,5 şi 1,5 etc. Toate aceste „erori" de cuantizare constituie „eroarea de discretizare" care reprezintă una dintre problemele conversiei analogic-digitale. În figura 1.1 a a fost trasată punctat caracteristica unui semnal analogic care are aceeaşi expresie digitală ca şi caracteristica ideală, trasată cu linie continuă. În realitate, situaţia este mai complexă. Valorile eşantioanelor nu sunt multipli întregi ai unităţii de eşantionare, ele expri-mându-se în cazul acesta printr-un întreg, urmat de mai multe cifre după virgulă. Cu cât numărul de cifre este mai mare, cu atât precizia exprimării este mai mare, însă automat şi numărul biţilor care-l exprimă trebuie să fie mai mare.

Într-un sistem analogic pentru înregistrare, distanţa de-a lungul mediului de înregistrare este mai departe analogică cu timpul.Dacă semnalul este amplificat mai multe detalii vor fi puse în evidenţă până la un anume punct unde valoarea actuala este nesigură din cauza zgomotului.

Un parametru poate fi numai un analog adevarat al originalului dacă procesul de conversie este liniar, altfel sunt introduce distorsiuni armonice. Dacă viteza mediului de înregistrare nu este constantă mărimea analoaga a originalului nu este cea reală.