Импулсно-кодна модулација

Импулсно-кодната модулација, скратено ИКМ (англиски: Pulse-code modulation – PCM) е постапка на претворање на континуалниот облик на сигналот во дигитален облик заради понатамошна обработка, пренос или чување. Истата се врши во дигитални уреди и претставува еден од начините аналогниот (континуалниот) сигнал да се изрази преку низа од импулси, односно броеви (дигити). Со постапка на одмерување и квантификување на континуалниот сигнал, се добива конечна низа на одмерени и заокружени вредности.

Постапка на импулсно-кодна модулација

Одмерување и квантизација на сигнал со синусен облик

За да може континуалниот сигнал да се изрази со низа од броеви (дигити), односно да се претвори во низа од импулси кои претставуваат единици и нули, потребно е да се извршат три основни операции.

• Одмерување (земање примероци) (англиски: sampling)
• Квантизација (заокружување) (англиски: quanting)
• Кодирање (англиски: coding)

Одмерување

Земањето примероци претставува процес на дискретизација на континуалниот сигнал по време кој се врши во дефинирани моменти при што се добива поворка на импулси чија анвелопа го дава оригиналниот сигнал. Временскиот интервал меѓу земените примероци мора да биде конечен, и притоа не смее да доаѓа до губење на информации. За да се обезбеди тоа потребно е спектарот на континуалниот сигнал да биде ограничен. Ако горната гранична вредност на континуалниот сигнал е еднаква на f, тогаш, врз основа на теоремата за земање примероци, честотата на земање на примероци мора да биде поголема или еднаква на 2f, па интервалот меѓу два последователни примероци е помал или еднаков на 1/(2f). Иако спектарот на телефонскиот говорен сигнал се наоѓа во опсегот од 0,3 до 3,4 kHz, честотата на земање на негови примероци еднаква е на 8 kHz. Истото е заради тоа што филтрите кои се користат за ограничување на спектарот на говорниот сигнал немаат доволно стрма одлика. Временскиот интервал меѓу два последователни примероци на говорниот сигнал е 125 us.

Квантизација

Работниот опсег на амплитудата на континуалниот говорен сигнал е поделен на конечен број на интервали кои се нарекуваат интервали на квантизацијата. На секој од интервалите одговара една вредност на амплитудата кој се нарекува ниво на квантизацијата. Под работен опсег се подразбира доволен опсег на вредности на амплитудата на континуален сигнал во кој уредите предвидени за негова обработка можат да работат. Сите споменати вредности вон работниот опсег ќе бидат отсечени и сместени во интервалите на квантизација кои се наоѓаат на границите на работниот опсег. Квантизацијата е процес при кој големината на примерокот се класифицира во еден од споменатите интервали на квантизација, а потоа се заокружува на вредност на ниво на квантизација која му одговара на тој интервал.

Кодирање

Во пракса постапката на компресија се врши во кодерите. МУТ-Т препорача два сегменти на закони на компресија:

• А закон, и
• „ми“ закон.

Кодирањето е постапка на генерирање кодни зборови кои изразуваат вредности на заокружените примероци после квантизацијата. тие се состојат од дигити, кои доколку земаат вредности од бинарното множество (вредности 0 и 1) се нарекуваат битови. Со процесот на кодирање се комплетира постапката на импулсно-кодна модулација. Неговата важност е во едноставноста на пренос на битови во однос на импулси кои имаат 2 на n различни вредности.

Примена

ИКМ се применува во современата дигитална телефонија, аудио компакт-дискови и аудио записи кај персонални сметачи.

Историјат

Патентирајќи ја постапката за импулсно-кодна модулација на 3 октомври 1938 година, Алек Ривс не бил свесен за големината на своето откритие, дека ги поставил темелите на современите телефонски комуникации. На ова поле на телекомуникациите се работело уште од XIX век, во 1853 година американскиот пронаоѓач М. Б. Фармер вршел експерименти со жичен телеграф и истовремен пренос на повеќе телеграфски канали низ еден телеграфски вод. За време на Втората светска војна вршени се експерименти во Беловите лаборатории каде ИКМ нашол прва практична примена.

Поврзано

• Модулација
• Импулсно-амплитудна модулација