Достоверность цифровой передачи

При записи, передаче и воспроизведении цифровых данных могут появляться ошибки. Причиной пропадания знаков при записи или счи­тывании являются погрешности в магнитном слое, пыль и грязь на маг­нитной ленте или головке воспроизведения, а в системе компакт диска (КД) – царапины и грязь. При изготовлении КД зеркальный слой мо­жет иметь погрешности, а синтетический материал – содержать пузы­ри. При передаче цифровых сигналов по каналам связи биты цифровых ЗС могут подвергаться воздействию помех или исчезать, что приводит к ошибкам при их декодировании. Большинство ошибок в цифровых трактах первичного распределения программ 3В можно считать одиноч­ными. Однако достаточно велика вероятность группирования одиноч­ных ошибок в пакеты сравнительно небольшой длительности (до 5...7 ошибочных символов подряд).

Наличие в цифровом сигнале ошибок приводит к искажениям в аналоговом ЗС после цифро-аналогового преобразования, т.е. при его восстановлении в процессе декодирования. Эти ошибки проявляются по-разному, в зависимости от того, какой разряд кодового слова оказы­вается искаженным. При использовании симметричных кодов первый разряд кодового слова несет информацию о полярности сигнала, по­этому ошибка в его передаче ведет к изменению полярности отсчета на противоположную. Второй разряд кодового слова является старшим, он имеет наибольший вес, равный половине всей шкалы квантования. Младший разряд кодового слова имеет вес, равный одному шагу кванто­вания. При равномерном квантовании соответствующее значение имеет и ошибка при декодировании: ошибка в старшем разряде приводит к погрешности, равной половине шкалы квантования, ошибка в младшем разряде – к погрешности на один шаг квантования.

Погрешности декодирования, связанные с появлением ошибок, можно оценивать в децибелах. Если обозначить абсолютное значение по­грешности через u, то при макси­мальном значении сигнала Uтаx и равномерном квантовании относите­льная погрешность (зависимость 1 на рис. 12.19) согласно (12.17) будет

( u / Uтаx)=6mi, (12.34)

где mi, – номер разряда кодового слова, в котором произошла ошиб­ка (для старшего разряда значение m1 = 1).

В случае использования симме­тричных кодов, где первый разряд является знаковым, относительная погрешность (кривая 2 на рис. 12.19)

( u / Uтаx)=6(mi-1). (12.35)

Ошибка в первом символе меняет полярность восстановленного отсчета, а не его абсолютное значение, она не отражена на кривой 2).

При почти мгновенном компандированим погрешность обусловле­на использованной шкалой квантования, выбираемой как уже известно в зависимости от максимального значения сигнала в блоке. При этом шкале 1 (см. рис. 12.13) соответствует кривая 3, совпадающая с кри­вой 2 на рис. 12.19, шкале 3 – кривая 4, шкале 5 – кривая 5. Из со­поставления этих зависимостей наглядно видно, что уменьшение уровня максимального отсчета в блоке при почти мгновенном компандировании приводит к снижению относительной погрешности при декодировании, если при этом изменился шаг квантования, т.е. осуществился переход от одной шкалы квантования к другой.

Если при почти мгновенном компандировании ошибочно будет пе­редана трехразрядная комбинация, определяющая выбранную при коди­ровании шкалу квантования, то с погрешностью и весьма существенной будут восстановлены при декодировании не один, а сразу все 32 отсчета в блоке. Величина погрешности в данном случае зависит от того, какой разряд служебного слова из этой комбинации поражен: если младший, то произойдет переход к соседней шкале квантования и уровни всех вос­становленных 32-х отсчетов изменятся на 6 дБ; если искаженным ока­жется второй символ, то значения отсчетов изменятся на 12 дБ, а при ошибке в старшем разряде – уже на 24 дБ.

Итак, появление ошибок по-разному влияет на восстановленный по­сле декодирования ЗС. В некоторых ситуациях, например при одиноч­ных ошибках в младших разрядах кодовых слов, их влияние может быть практически незаметным на слух, во-первых, из-за кратковременности действия на орган слуха, который, как известно, является инерционным аппаратом, а, во-вторых, из-за небольшой относительной погрешности, вызываемой этими ошибками. Ошибки в старших разрядах кодовых слов (обычно в пяти-шести старших разрядах) вызывают существенные изме­нения в восстановленном сигнале, заметны на слух и проявляются в виде резких щелчков, сильно ухудшающих качество звукопередачи. Поэтому меры борьбы с ошибками в младших и старших разрядах по надежно­сти их обнаружения и устранения должны быть разными. Групповые ошибки наиболее заметны.

Результаты экспертиз по оценке слуховой заметности одиночных ошибок показали следующее: при равномерном 12-разрядном кодирова­нии отсчетов высококачественного ЗС и частоте дискретизации 32 кГц необходимо защищать четыре-пять старших разрядов при наличии мас­кировки и шесть разрядов при ее отсутствии. В случае неравномер­ного квантования с мгновенной компрессией также необходимо защи­щать четыре-пять старших разрядов кодового слова. При почти мгно­венном компандировании картина много сложнее. Здесь гораздо бо­лее надежно должны быть защищены коэффициенты масштаба, опре­деляющие номер шкалы квантования. Более того, ошибки при пере­даче коэффициентов масштаба должны быть не только обнаружены, но и надежно исправлены.

При расчете требуемой досто­верности передачи цифровых сигна­лов 3В обычно считают, что при вы­сококачественном звуковоспроизве­дении допустимо появление в вос­становленном сигнале не более одно­го заметного на слух щелчка в час. Если принять, что вероятности по­явления ошибок во всех разрядах равны и к щелчкам приводит поло­вина всех ошибок, то при стереофо­нической передаче допустимая веро­ятность появления ошибки

pошдоп = 1/(2 • 0,5fд • 3600m) (12.36)

при условии, что не используется по­мехоустойчивое кодирование. Из (12.36) следует, что для трактов формирования программ при f д == = 48 кГц и т = 16 имеем pошдоп 3 • , для каналов распреде­ления программ при f д == 32 кГц и m = 14 получим pошдоп 6 • .

Для сигнала с гауссовским законом распределения требуемое каче­ство передачи можно обеспечить при отношении С/Ш на входе деко­дирующего устройства не менее 24...26 дБ (рис. 12.20) без учета вы­игрыша от помехоустойчивого кодирования.