G.711
Pulzne kódová modulácia

Odporúčanie G.711 je medzinárodný štandard, ktorý opisuje pulzne kódovanú moduláciu (PCM – Pulse Code Modulation) hovoreného signálu. Jedná sa o všeobecne rozšírený a najjednoduchší spôsob kódovania reči v telekomunikačných zariadeniach celkovo, preto tvorí základ aj pre videokonferenčné spojenia na báze odporúčania H.320. To znamená, že každé audiovizuálne zariadenie vyhovujúce štandardu H.230 musí byť schopné pracovať so zvukom kódovaným podľa odporúčania G.711.

 

Proces kódovania a dekódovania signálov


Obr. 1: Proces kódovania a dekódovania PCM

V prvej fáze sa vstupný signál [m(t)] navzorkuje (obvod VZORKOVAČ) rýchlosťou 8000 vzoriek za sekundu, pričom dovolená odchýlka je stanovená na ± 50 ppm (part per million -vzoriek na milión). Vychádzajúc z Nyquestovej teorémy, ktorá udáva, že signál musíme vzorkovať aspoň s dvojnásobnou frekvenciou ako je jeho najvyššia frekvenčná zložka, je zrejmé, že pomocou odporúčania G.711 je možné zakódovať signály medzi 0 až 4kHz. Vzorkovanie sa uskutoční vysielaním impulzov s malou plochou, ktoré sú orezávané vstupným analógovým signálom (vznikajú tzv. PAM - Pulse Amplitude Modulation signály). Proces vzorkovania je znázornený na obrázku č. 2.


Obr. 2: Proces vzorkovania analógového signálu

Ďalšia fáza vytvárania PCM kódu pozostáva z upravenia PAM signálu na prípustné kvantizačné úrovne, priradenia kvantizačných hodnôt vzorkám (obrázok č. 3 - obvod KVANTIZÁTOR) a z následného zápisu hodnôt do binárneho tvaru (obvod KÓDER). Podľa odporúčania G.711 sa používa 8 bitový zápis pre každú vzorku, z čoho je zrejmé, že máme k dispozícii 256 možných hodnôt. Tiež je možné jednoduchým výpočtom zistiť maximálnu prenosovú rýchlosť PCM, ktorá sa rovná 64 kbit/s (8bit * 8000Hz = 64000bit/s).


Obr. 3. Proces upravenia PAM signálu na kvantizačné úrovne a priradenie hodnôt vzorkám

Proces upravenia PAM signálov na prípustné kvantizačné hodnoty sa môže uskutočniť dvomi spôsobmi:


Obr. 4a: Lineárne kvantovanie


Obr. 4b: Nelineárne - logaritmické kvantovanie

Odporúčanie G.711 definuje 2 spôsoby nelineárneho kvantovania:
Pravidlo µ
(µ-LAW)
rozsah hodnôt
segment
počet úrovní
rozstup úrovní
veľkosť segmentu
0
1
1
1
1
1 - 16
2
15
2
30
17 - 32
3
16
4
64
33 - 48
4
16
8
128
49 - 64
5
16
16
256
65 - 80
6
16
32
512
81 - 96
7
16
64
1024
97 - 112
8
16
128
2048
113 - 127
9
16
256
4096
       
∑ = 8159

  • definuje 9 segmentov v pozitívnej aj v negatívnej časti. Rozloženie segmentov podľa rozsahu hodnôt je znázornené v nasledujúcej tabuľke (len pozitívna časť – negatívna je totožná)
  • z tabuľky je zrejmé, že analógový signál je porovnávaný s ±8159 napäťovými úrovňami
  • maximálna kapacita (Tmax) je +3,17 dBm0 (dB na 1mW pri nulovej prenosovej úrovni)
   
Pravidlo A
(A-LAW)
rozsah hodnôt
segment
počet úrovní
rozstup úrovní
veľkosť segmentu
0 - 32
1
32
2
64
33 - 48
2
16
4
64
49 - 64
3
16
8
128
65 - 80
4
16
16
256
81 - 96
5
16
32
512
97 - 112
6
16
64
1024
113 - 217
7
16
128
2048
       
∑ = 4096

  • definuje 7 segmentov, prvý segment má 32 úrovní s rozstupom 2, z čoho vyplýva, že A-law produkuje lepšiu kvalitu pri menších amplitúdach. Rozloženie segmentov podľa rozsahu hodnôt je znázornené v nasledujúcej tabuľke (len pozitívna časť – negatívna je totožná)
  • analógový signál je porovnávaný s ±4096 napäťovými úrovňami
  • maximálna kapacita (Tmax) je +3,14 dBm0
  • ak krajiny majú implementované rozdielne pravidlá na prenos sa použije A-law

 

hodnota
µ - LAW
A - LAW
+127
1000 0000
1111 1111
+96
1001 1111
1110 0000
+64
1011 1111
1100 0000
+32
1101 1111
1010 0000
0
1111 1111
1000 0000
0
0111 1111
0000 0000
-32
0101 1111
0010 0000
-64
0011 1111
0100 0000
-96
0001 1111
0110 0000
-126
0000 0001
0111 1110
-127
0000 0000
0111 1111
Príklady kódovania s pravidlom µ aj A

Na aplikačnej úrovni neexistuje zbadateľný rozdiel medzi hlasovým signálom zakódovaným s uvedenými pravidlami.

Pri PCM prenose sa do kanála vysiela najprv znamienkový bit a nakoniec najmenej významný bit.

Spätná rekonštrukcia analógového signálu z PCM kódu pozostáva z dekódovania prijatých postupností, vytvorenia PAM signálov (obvod DEKÓDER) a následným vyhladením dolnopriepustným filtrom.


Štandardy ITU-T v anglickom jazyku

G.711 E