КОНТРОЛЬ ОШИБОК

Одна из проблем систем, оперирующих с двоичными числами, безотносительно их устройства и назначения, состоит в том, что ощибка, выражающаяся в замене 1 на О или О на 1, может вызвать большую численную разницу. Если ошибка происходит в младшем разряде, то зто практически не очень заметно; например, если вместо О 110 111 001 011 011 (десятичное число 28 251) вследствие ошибки получится О 110 111 001 011 010 (десятичное число 28 250), то изменение составит примерно 1 часть от 28 ООО, чем можно пренебречь, но если в результате ошибки в старшем разряде получится О 010 111 001 011 011 (десятичное число 11 867), то, разумеется, такой ошибкой пренебречь нельзя. Еще более неприятно, когда происходит ошибка в знаковом бите и получается положительное вдело вместо отрицательного, или наоборот.

Поэтому любая двоичная система должна предусматривать возможность контроля оишбок, а для цифровой звуковой системы одного контроля недостаточно. Надо иметь еще возможность исправления ошибок, поскольку природа звуконосителя (ленты или диска) такова, что биты могут выпадать вообще. При работе с лентами мы всегда встречаемся с ложными сигналами и выпадениями сигналов, вызывающими ошибки считывания двоичных чисел, а в случае дисков - с царапинами и другилчи дефектами поверхности. Поцарапанный диск может создавать шум и, что еще хуже, вызывать ошибки считывания записанных чисел, а это может привести к потере существенной части звукового колебания. Не будем углубляться в методы обнаружения и коррекции оишбок, поскольку это одна из сложнейших проблем цифровых звуковых систем, а большинство потребителей с этими проблемами не встречается, так как они включены в общую систему управления записью и воспроизведением звука. Достаточно знать основные принципы. Они сводятся к двоичному счету, избыточности и поддержанию уровня.

Двоичный счет - метод контроля одного неправильного бита и простейшая проверка - контроль четности, такой же, как в линиях связи компьютеров с принтерами. Некоторые замечания об этом сде.паны в гл. 1, но конкретный пример, приводимый ниже, поможет более ясно представить достоинства и недостатки этого метода. Для простоты предположим, что мы работаем с числами, состоящими из трех разрядов в интервале от ООО до 111. Такие числа могут содержать четное или нечетное число единиц, например 001 и ОП; наличие четного или нечетного числа единиц устанавливается очень просто с помощью схемы исключающее ИЛИ. Для достижения четности добавляют 1 бит так, чтобы все числа содержали четное число единиц; этот дополнительный бит помещается на место старшего разряда. Проделаем эту операцию на примере последовательности чисел ООО, 001, 011, 100, 101, ПО, 111; получится 0000, 1001, ООП, 1100, 0101, ОНО, ПП. Если использовать систему контроля нечетности, то каждое из названных чисел будет иметь вид 1000, 0001, 1011, 0100, 1101, 1110, 0111. Во многих случаях

эта система оказывается предпочтительной, так как в ней нет числа 0000 и все числа состоят из О и 1.

Контроль четности весьма эффективен для малого числа разрядов и достаточно эффективен для обнаружения ошибки в 1 бит в 8-битовом числе. Однако это не означает, что его можно непосредственно применять в цифровых звуковых системах. Простой контроль может помочь установить факт изменения одного бита, но не может указать, какого именно, не может установить более одного изменения и скорректировать ошибку. Далее мы увидим, что числа могут быть сформированы в группы бит, в которых некоторые биты оказываются более важными.

Избыточность - другой важный метод обнаружения и коррекции ошибок. Грубо говоря, избыточность означает, что каждое число записывается трижды, а приемное устройство организовано так, что оно способно вьщелить ключевое корректное число, если три версии не совпадают.

Простейший метод состоит в двукратной записи каждого числа с дополнениями для соблюдения четности и исключении числа, в котором не соблюдена четность. Однако простые избыточнью системы приводят к нерациональной загрузке схем памяти, и всегда надо тщательно думать о том, что же желательно корректировать. Поскольку биты старшего порядка наиболее ответственны за большие изменения амплитуд сигналов, есть смысл оказывать им предпочтение в смысле избыточности, нежели младшим разрядам. Избыточность передачи информации в двоичных системах привлекала пристальное внимание теоретиков, и сейчас как таковая стала в известном смысле пугающе сложной. В настоящей книге мы только весьма поверхностно коснемся этих проблем особенно сложных систем, созданных для обнаружения и коррекции ошибок применительно к КД.

Если ошибка обнаружена, но не может быть исправлена, то система поддержания уровня определяет число, в котором есть ошибки, сохраняя предыдущее число. Скорость выборки при преобразовании звуковых сигналов такова, что разность амплитуд у двух последующих выборок всегда очень мала.

Амплитуда, полученная в предьщущей выборке, является основанием для обнаружения некорректной последующей амплитуды, особенно если изменение амплитуды велико.

Другая возможность состоит в интерполяции, при этом разница амплитуд между двумя предшествовавшими безошибочными сигналами добавляется к сигналу, предшествовавшему ошибке.

Например:

п п+1 п+ 2 /1+3 14 605 14 622 -22 14 655

Ошибка

Разяща равна 17

Надо принять 14 622 + 17 = 14 639

Разшща между двумя сигналами запоминается; если следующий сигнал Ошибочен, то скорректированный сигнал формируется путем

111 I

добавления запомненной разницы к предыдущему значению амплитуды. Даже после нескольких интерполяций форма звукового колебания практически не искажается.

Глава 4 ЦИФРОВОЙ - В АНАЛОГОВЫЙ простые системы

Преобразование цифрового сигнала в аналоговый должно основываться на методах, соответствующих типу используемого цифрового сигнала. Если, к примеру, используется простая цифровая амплитудная модуляция или система, в которой число единиц пропорционально амплитуде сигнала, то можно ограничиться простым сглаживанием (рис. 4.1).

Сглаживание - часть цифро-аналогового преобразования, поскольку преобразуемый сигнал имеет ступенчатую форму (рис. 4.2). При частоте выборки порядка 44 кГц ступеньки располагаются тесно и сглаживание не представляет трудностей. Эту операцию вполне можно выполнить с помощью 7?С-цепи, не говоря уже о сложных интеграторах, с помощью которых форма воспроизводимого сигнала делается гораздо более близкой к оригиналу, чем это достигается при чисто аналоговой записи. Кодово-импульсные двоичные системы требуют достаточно сложных методов преобразования двоичных сигналов в аналоговую форму; при этом непосредственная подача сигнала на громкоговорители лищена смысла. Двоичный сигнал представляет собой цифровой код числа, соответствующего амплитуде сигнала в каждой выборке. При этом используются схемы, преобразующие число в напряжение, амплитуда которого пропорциональна числу. Альтернативой, которая бы позволила непосредственно управлять громкоговорителями,

tmtf

АмплитуЭа импулссов

Ширима импульсов

Интегратор (сглаживающая схема}

Выход звука

Число импульсов

Рис 4.1 Три типа двоичной модуляции; обратное преобразование в аналоговую форму может быть вьтолнено путем сглаживания. Ни одна из них не подходит для цифрового звука, хотя импульсно-кодовая система может был, очень полезна, если не требуется каждому числу приписывать большое число импульсов (до 65 535)