Kódování signálu

Po vzorkování signálu a kvantování signálu následuje další proces - kódování signálu. Během kódování signálu se tento signál binárně kóduje, tj. jednotlivým kvantizačním hladinám kvantovaného signálu se přiřazuje binární číslo.

Hodnota původního analogového signálu byla během kvantování zaokrouhlena na některou z kvantizačních hladin. Tyto hladiny byly popsány čísly v desítkové soustavě. V průběhu kódování se toto číslo převede do dvojkové soustavy. Původní analogový signál bude tedy vyjádřen sledem jedniček a nul.

Dvojková soustava se volí z praktických důvodů, neboť obsahuje pouze dvě hodnoty: logickou nulu a logickou jedničku. To umožňuje velmi snadno rozlišit tyto dvě úrovně navzájem od sebe i při relativně velkém zkreslení digitálního signálu a tak tento signál zpětně obnovit do původního tvaru.

Celkový počet kvantizačních hladin  jednoho vzorku se vyjádří b-bitovým binárním kódem, který se nazývá kódové slovo. Tato skutečnost je schématicky zobrazená na obr. 95. Pro kódové slovo k pak můžeme psát , kde  je hodnota i-tého bitu (tj. 0 nebo 1).

Takto definované kódové slovo k je vyjádřené v desítkové soustavě. Pokud bychom jej chtěli vyjádřit ve dvojkové soustavě, museli bychom ho psát ve tvaru . Závorky jsou uvedeny pouze pro přehlednost při obecném zápise; v konkrétním případě by bylo kódové slovo vyjádřeno ve dvojkové soustavě posloupností jedniček a nul.

Obr. 95

Odstup signálu od šumu ve zpětně převedeném analogovém signálu potom můžeme při počtu kvantizačních hladin s a počtu b bitů kódovaného digitálního signálu vyjádřit vztahem .

Tento vztah můžeme na základě vlastností funkce logaritmus dále upravit do tvaru: .

Součin vzorkovací frekvence  a délky slova b (tj. počet bitů ve slově) udává počet přenesených bitů za jednu sekundu, tzv. bitovou rychlost (přenosovou rychlost).

Digitální signál (na rozdíl od mnohdy chybně rozšířeného poznatku) je díky právě uvedenému postupu méně kvalitní než analogový signál. Digitální signál totiž obsahuje pouze některé hodnoty z těch, které obsahuje původní analogový signál.

Výhodou digitálního signálu je jeho snadná úprava a zpracování (změna hlasitosti, přidávání efektů, …).

Ve většině případů probíhá proces kvantování signálu a kódování signálu v jednom zařízení, které se nazývá A/D převodník. Výstupem tohoto zařízení je číslo kódované v přirozeném binárním kódu.

Tj. je to běžný převod hodnot kvantizačních hladin do dvojkové soustavy.

Tento kód ale zpravidla není vhodný pro další využití, a proto je nutné jej překódovat, tj. nahradit jiným binárním kódem. Kódy, které se používají v praxi, jsou většinou redundantní (obsahují větší počet bitů, než je potřeba). Díky tomu ovšem mají samoopravnou schopnost i při velkém počtu přenosových chyb.

Další požadavky na použité kódy vyplývají z konkrétních podmínek využití daného digitálního signálu. Mezi obvyklé požadavky patří požadavek malé stejnosměrné složky (to je důležité pro magnetický záznam), implicitní přenos hodinových impulsů, …

Zdrojové kódování používá několika metod:

1.     pulsní kódová modulace (PCM) - používala se již v telekomunikační technice a odtud pak byla převzata při digitalizaci zvuku a digitalizaci obrazu;

2.     diferenční pulsní kódová modulace (DPCM) - využívá predikci signálového toku;

3.     transformační metody - užívají se pro kódování komprimovaných signálů v moderních přenosových soustavách (např. MPEG-2, …).