Jak přenášet hlas v digitální podobě?

Lidský hlas, který nasnímá běžný mikrofon, je reprezentován analogovým signálem. V případě analogového přenosu může být dále přenášen "přímo" ve své analogové podobě, ale co v případě digitálního přenosu? Co když budou telefonní ústředny digitální, a stejně tak bude digitální i přenos mezi těmito ústřednami?

Pro tyto účely je nutné najít vhodný způsob, jak převést analogové "znázornění" lidského hlasu do digitální podoby, neboli jej tzv. digitalizovat. Zde je možné použít více různých přístupů, které se mohou i velmi výrazně lišit tím, jak velký objem bitů vygenerují za jednotku času, resp. jak velkou přenosovou kapacitu budou vyžadovat pro přenos takto vygenerovaných dat.

Konkrétní technika digitalizace, používaná v telefonní síti, je označována jako tzv. pulzně kódová modulace, neboli PCM (Pulse Coded Modulation). Předpokládá, že každých 125 mikrosekund (neboli 8000x za sekundu) je sejmut vzorek signálu generovaného mikrofonem a je vyhodnocena jeho úroveň (napětí). Tato úroveň je pak vyjádřena jako binární číslo v rozsahu 8 bitů. Pokud si to spočítáme, je to 8000 vzorků za sekundu, každý z nich zakódovaný do 8 bitů - celkově to dává 64 000 bitů každou sekundu (a při přenosu je zapotřebí přenosová rychlost 64 000 bitů za sekundu).

Představa PCM

Kanály 64 kbps

Dnes existují a používají se i podstatně efektivnější metody digitalizace lidského hlasu než je PCM. Tyto metody dokáží vystačit s podstatně menšími přenosovými rychlostmi resp. kapacitami - například v GSM sítích se vystačí s cca 13 kbps, a v rámci internetové telefonie se lze dostat až pod hranici 10 kbps. Veřejná telefonní síť však začala právě s technikou PCM a již u ní zůstala. V důsledku toho pak jsou telefonní ústředny a všechna propojení mezi nimi dimenzována s ohledem na již zmiňovaných 64 kbps a násobky této hodnoty.

Mezi ústřednami, které fungují digitálně a jsou propojeny digitálním způsobem, tedy vedou digitální přenosové kanály "šířky" právě 64 kbps. Tyto kanály mohou být sdružovány do větších celků s adekvátně vyšší přenosovou kapacitou, ale nikoli již děleny na menší části - jsou tedy jakousi "měrnou jednotkou", od které se vše odvozuje (v celistvých násobcích). Jedním z konkrétních důsledků jsou vlastnosti sítě ISDN - ta funguje takovým způsobem, že uživateli dává k dispozici právě tyto přenosové kanály o "šířce" 64 kbps, s tím že uživatel je může využít jak pro přenos hlasu (v digitalizované podobě), tak i pro přenos dat. Počet těchto kanálů, které má uživatel sítě ISDN k dispozici, závisí na druhu přípojky k sítí ISDN - v případě "nejmenší" přípojky (typu BRI, basic rate Interface, u nás nabízené jako euroISDN2), má uživatel k dispozici dva takovéto kanály, které může spojit do jednoho přenosového kanálu o dvojnásobné přenosové kapacitě. Ale o tom si podrobněji povíme příště.

Pokud jde o konkrétní způsob propojení digitálních ústředen, zde si lze představit, že jsou k němu použity přenosové cesty (linky) s podstatně vyšší přenosovou kapacitou (přenosovou rychlostí) než 64 kbps. Tyto "propustnější" přenosové cesty jsou děleny na jednotlivé kanály o šířce 64 kbps pomocí technicky tzv. časového multiplexu, který je již plně digitální technikou (v případě propojení analogových ústředen musela být použita čistě analogová technika tzv. frekvenčního multiplexu, viz minulý díl tohoto seriálu). Princip časového multiplexu si lze představit (v souvislosti s obrázkem č. 2) tak, že "propustnější" přenosová cesta je rozdělena v čase, a vždy po určitý krátký časový interval (tzv. slot) se věnuje přenosu dat z jednoho kanálu, další interval (slot) přenosu z druhého kanálu a tak dále, než jsou vyčerpány všechny dílčí kanály, a pak se vše znovu opakuje.

Představa časového multiplexu