Компандирование по логарифмическому закону
Итак, мы рассмотрели основы квантования и обсудили тот факт, что большее количество интервалов квантования (то есть более высокая частота дискретизации) обеспечивают лучшее качество, но при этом требуется большая полоса пропускания. Наконец, мы обсудили, какой должна быть минимальная частота дискретизации для точного измерения диапазона частот, который мы хотим передавать (в случае с телефоном это 8000 Гц). Все это сводится к тому, что по проводам передается довольно большое количество данных, поэтому пришла пора поговорить о компандировании.
Обычно используется два метода компандирования: plaw[80] в Северной Америке и alaw в остальном мире. В них используется один принцип, но во всем остальном они несовместимы.
При компандировании волна делится на
Рис. 7.11 иллюстрирует компандирование с разрядностью 5 бит. Как видите, дискретизация амплитуд, близких к нулевому уровню, намного выше, чем больших амплитуд (как в положительной, так и в отрицательной области). Однако, поскольку человеческое ухо, передатчик и приемник также будут искажать громкие сигналы, это не представляет проблемы.
Квантованный образец может выглядеть так, как представлено на рис. 7.12. Он обеспечивает получение следующего потока битов:
00000 10011 10100 10101 01101 00001 00011 11010 00010 00001 01000 10011 10100
10100 00101 00100 00101 10101 10011 10001 00011 00001 00000 10100 10010 10101
01101 10100 00101 11010 00100 00000 01000
Наложение частот
Если когда-нибудь при просмотре одного из старых вестернов вам казалось, что колеса повозки вращаются в обратном направлении, вы наблюдали эффект наложения частот. Частота смены кадров фильма не соответствует частоте вращения колес, и поэтому возникает впечатление вращения в обратную сторону.
В цифровой аудиосистеме (каковой является современная PSTN) наложение частот возникает, если в аналогово-цифровой преобразователь поступают сигналы частотой, превышающей половину частоты дискретизации. В PSTN это аудиосигналы частотой выше 4000 Гц (половина частоты дискретизации, которая составляет 8000 Гц). Эту проблему легко исправить, пропустив аудиосигнал через низкочастотный фильтр1 перед его передачей в аналогово-цифровой преобразователь2.
2
Низкочастотный фильтр, как следует из его названия, пропускает только частоты, которые меньше его частоты среза. Существуют еще высокочастотные фильтры (которые убирают низкие частоты) и полосные фильтры (которые отфильтровывают и высокие, и низкие частоты). Те, кому когда-либо приходилось делать аудиозаписи для системы, вероятно, пользовались полосным фильтром, который встроен в большинство телефонных аппаратов. Запись с использованием даже высококлассного звукозаписывающего оборудования может выявить разнообразнейший фоновый шум. Вы могли даже не слышать его, пока не выполнили понижающей дискретизации, при которой фоновый шум создает эффект наложения частот (что может порождать разнообразные странные звуки). С другой стороны, телефонные записи уже выполнены в соответствующем формате, поэтому шум никогда не попадает в аудиопоток. Из всего вышесказанного следует, что, независимо от того, какое оборудование используется для записи, следует избегать сред с большим количеством фоновых шумов. Обычные офисы могут быть намного более шумными, чем кажется, поскольку оборудование отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может создавать шум, о котором мы даже не подозреваем.
Цифровая коммутируемая телефонная сеть
Более ста лет телефонные сети были исключительно коммутируемыми. Это означало, что для каждого телефонного звонка между двумя конечными точками устанавливалось выделенное соединение с фиксированной полосой частот, распределенной для этого канала. Создание такой сети было дорогим удовольствием, а использование ее на больших расстояниях обходилось вдвое дороже. Хотя все предсказывают окончание эпохи коммутируемой сети, многие люди по-прежнему пользуются ею каждый день и она, действительно, достаточно неплохо справляется со своими функциями.
Типы линий связи
В PSTN существует много разных линий, обеспечивающих различные нужды сети. Между центральной АТС и абонентом обычно достаточно одной или более аналоговых линий или нескольких десятков каналов, предоставляемых посредством цифровой линии. Между станциями PSTN (и большим количеством абонентов), как правило, используются оптоволоконные линии связи.
Простая DS-0 - основа всего
Поскольку стандартный метод оцифровки телефонного звонка - запись 8-битового замера 8000 раз в секунду, можно заметить, что телефонной линии с ИКМ понадобится полоса пропускания 8000 бит/с х 8, то есть 64 000 бит/с. Такой канал с полосой пропускания 64 Кбит/с называют DS-0. DS-0 - это основной строительный блок всех цифровых телекоммуникационных линий.
Даже вездесущая аналоговая линия переходит на DS-0 ускоренными темпами. Иногда это происходит в месте, где линия входит в центральную АТС, иногда намного раньше[81] .
Линии с T-несущей
Т1 - один из самых известных терминов цифровой телефонии. Т1 - это цифровая линия, состоящая из 24 мультиплексирующихся каналов DS-0, обеспечивающих передачу данных со скоростью 1,544 Мбит/с[82]. Этот битовый поток определен как DS-1. Голос кодируется в T1 с использованием алгоритма компандирования plaw.
Европейская версия T1 была разработана Европейской конференцией почтовых и телекоммуникационных ведомств (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) и сначала называлась CEPT-1. Теперь ее называют E1. E1 образована 32 каналами DS-0, но метод ИКМ-кодирования другой: Е1 использует закон компандирования аlaw. Это означает, что для соединения между сетями Е1 и Т1 всегда будет необходим этап перекодировки. Заметьте, что E1, хотя и имеет 32 канала, также считается линией DS-1. Е1 намного больше распространена, поскольку используется во всем мире, кроме Северной Америки и Японии.
Все остальные линии с Т-несущей (T2, T3 и T4) являются кратными T1 и базируются на простой DS-0. В табл. 7.2 представлены сравнительные характеристики разных линий с Т-несущей.
| Несущая | Эквивалент по скорости передачи данных | Количество каналов DS-0 |
