Proceso de Digitalización de Señales: Muestreo, Cuantificación y Codificación

Muestreo

Se toman muestras de la señal analógica midiendo su amplitud (tensión).

1. La señal telefónica tiene una frecuencia vocal de 300-3400 Hz que atraviesa un filtro paso bajo, considerando la señal de 0 a 4 kHz.
2. Se toma una muestra en un instante, y se retiene durante un tiempo para medirla.
3. Según Nyquist, es necesaria una frecuencia doble de la frecuencia máxima. Se toma una muestra cada 125 µs.
4. Se obtiene un tren de impulsos con amplitudes moduladas (PAM - Pulse Amplitude Modulation).

Cuantificación

A los valores muestreados se les asignan valores digitales. La resolución del convertidor es de 8 bits. Así se consiguen 256 tramos de tensión, llamados intervalos de cuantificación. Se dividen en 128 positivos y 128 negativos. Los valores de decisión van desde 0 a la máxima amplitud de la señal.

Error de Cuantificación

Esto ocurre cuando asignamos un valor exacto (2V, por ejemplo) a un valor que representa un intervalo (2 a 4V, por ejemplo), se produce un error (en este caso, 1V). Este error produce una distorsión de la señal, que se denomina ruido de cuantificación.

Cuantificación No Uniforme

Aumentando el número de intervalos se reduce la distorsión de la señal. La voz humana es una fuente analógica de información, en la que predominan las señales de volumen bajo, y los niveles altos son poco probables, por lo que se aumenta el número de intervalos para que a las señales pequeñas les correspondan más intervalos y a las de mayor amplitud menos.

Ley de Compresión A

Está formada por 16 segmentos de recta, donde cuatro están alineados y se consideran uno solo, por lo que se reduce de 16 a 13 segmentos. Cada uno de los 16 segmentos se dividen en 16 intervalos de cuantificación iguales, pero desiguales de un segmento a otro, excepto los 4 centrales. La gama de funcionamiento (256 intervalos: 128 positivos, 128 negativos), agrupados de 16 en 16 segmentos (8 positivos y 8 negativos).

Codificación

Se representan los intervalos en una secuencia binaria, según lo especificado en la Ley de Compresión A. La estructura del código es PAAABBBB, donde:

• El bit P indica la polaridad (1 para positivo, 0 para negativo).
• Los 3 bits A (código de segmento) identifican uno de los 16 segmentos (8 positivos y 8 negativos).
• Los 4 bits B identifican el intervalo dentro de cada segmento (16 intervalos por segmento, desde 0000 hasta 1111).

En la práctica, se numeran los 128 intervalos positivos y los 128 negativos de 0 a 127 en binario, y se les antepone el bit de polaridad (1 o 0). En el receptor, se efectúa el proceso inverso mediante un convertidor digital-analógico (DAC). Posteriormente, para evitar secuencias largas de ceros, se aplica un código de línea como HDB3 (High Density Bipolar 3-zero substitution) antes de enviar la señal a la línea.

Canal MIC

La señal digitalizada (PCM) se transmite a una velocidad de 8000 muestras/segundo * 8 bits/muestra = 64.000 bits/segundo (64 kbit/s).