12.12. Изменение частоты дискретизации

Сочленение цифровых устройств осуществляется достаточно просто, если ча­стоты дискретизации в коммутируемых устройствах совпадают. В этом случае доста­точно согласовать законы компандирования в разных звеньях тракта. Реализуется это на основе ИКМ сигнала с равномерным квантованием, который, как правило, является исходным для всех АЦП. По этому общему для всех цифровых устройств закону и объединяют тракты системы с разными законами компандирования.

Если же частоты дискретизации не совпадают, то интерфейс должен содер­жать также дополнительно блок передискретизации. Эта задача, например, воз­никает при организации стыка аппаратуры ТФП (fд = 48 кГц) с аппаратурой ТПРП (fд = 32 кГц) или при соединении аппаратуры систем записи сигна­лов (fд = 44,1 кГц) с аппаратурой ТФП и каналов связи.

Изменить частоту дискретизации можно двумя способами: промежуточным пе­реходом к аналоговой форме и непосредственно путем преобразований в цифровом сигнале. Первый способ предполагает преобразование сигнала в аналоговую форму и его последующую дискретизацию с новой частотой и кодирование в новом форма­те. При этом способе исходный ЗС дважды подвергается квантованию, что приводит к возрастанию мощности шума квантования и не является желательным. Напри­мер. при переходе от ТФП (где fд = 48 кГц и т = 16) к ТПРП и ТВРП (где fд = 32 кГц и т = 10) уменьшение числа разрядов приводит к возрастанию шу­мов квантования на 20... 26 дБ. Собственно же передискретизация в этом случае не сказывается на общем отношении сигнал/шум.

Если передискретизация выполняется без преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму, то для получения новой совокупности отсчетов используется про­цедура интерполяции. При этом реализация метода наиболее проста, если частоты дискретизации имеют общий кратный сомножитель.

В качестве примера рассмотрим переход от частоты дискретизации fд = 48 кГц к новому значению, равному 32 кГц (рис. 12.35). Наименьшее значение частоты, кратное этим величинам, составляет 96 кГц. Увеличение частоты дискретизации до­стигается здесь интерполяцией промежуточных дополнительных значений отсчетов, а уменьшение частоты дискретизации до 32 кГц – отбрасыванием лишних значений.

Итак, поскольку 32 кГц = (48x2):3, то процедура передискретизации состо­ит в следующем:

1. Вначале выполняется преобразование от fд = 48 кГц к fд = 96 кГц. Для этого методом интерполяции рассчитывают дополнительные значения отсчетов в середине сходного тактового интервала (показаны на рис. 12.35,а штриховой лини­ей). Полученная в результате этого суммарная последовательность отсчетов соот­ветствует fд = 96 кГц;

2. Далее из этой новой последовательности выбирается каждый третий от­счет (рис. 12.35,б), что означает снижение частоты дискретизации в 3 раза по от­ношению к fд = 96 кГц.

Для большей наглядности на рисунке показаны не кодовые слова, а соответ­ствующие им отсчеты ЗС. В действительности же интерфейс оперирует, выпол­няя интерполяцию с цифровыми сигналами. Осуществляя передискретизацию сигна­лов, следует помнить о возможности появления искажений, вызванных так называе­мым наложением спектров. Для устранения этого явления при уменьшении частоты дискретизации в интерфейс в случае необходимости должны включаться цифровые фильтры для ограничения полосы частот исходного ЗС. Например, необходимость такой дополнительной фильтрации возникает при уменьшении fд с 48 до 32 кГц, ко­гда требуется снизить полосу частот ЗС с 20 кГц (ТФП) до 15 кГц (ТПРП и ТВРП).