Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004), страница 11

В отличие от системы РЯБ, в которой речь кодируется со скоростью 64 или 32 Кбит/с (адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), в мобильной радиотелефонной связи кодирование речи происходит с относительно невысокой скоростью 13 Кбит/с с целью эффективного использования спектра радиочастот. Алгоритм кодирования речи для системы ОЯМ реализован в самых распространенных процессорах ЦОС (таких как Могого1а ЦОС5б000, Техаз 1пзпощепг ТМ8320С50). Скорость обработки данных кодека — 13 Кбит/с, причем данный кодек заменяет 13- разрядные линейные цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователи.

Если мобильный телефон оказывается в неподходящей среде, часто возникают проблемы, связанные с многолучевым распространением, На частотах, которые используются для сотовой радиотелефонной связи, передаваемые сигналы часто могут отражаться от высотных зданий и тщ Отраженный сигнал задерживается и поступает в принимающее устройство позже, чем неотраженный, поскольку преодолевает большее расстояние. Это приводит к флуктуациям амплитуды и фазы суммарного сигнала в приемнике, зависящим от природы многолучевого распространения и перемещения мобильного телефона.

Эффект многолучевого распространения можно снизить, воспользовавшись цифровым выравниванием в приемнике. Для этого через регулярные промежутки передастся известная последоватсльность сигналов длиной 2б бит. По окончании приема эквалайзер, используя эту опорную последовательность, определяет коэффициенты цифрового фильтра, оценивает характеристики полученного радиосигнала и таким образом устраняет эффект многолучевого распространения из полученных данных.

Если известна передаточная функция, приемник может определить наиболее вероятную последовательность передаваемых битов и демодулировать сигнал. Алгоритм выравнивания ОБМ также реализован во многих процессорах ЦОС. Кроме кодирования речи и выравнивания эффектов многолучевого распространения, методы ЦОС применяются также для цифровой модуляции, в частности, для обработки при нескольких скоростях. Также ЦОС дает возможность измерять силу полученного сигнала, чтобы переключать связь, и регулировать через базовую станцию уровень выходящей мощности мобильного телефона.

В сети ОБМ мобильный телефон следит за сигналами от окружающих базовых станций. В системах сотовой радиосвязи всегда существует проблема внутриканальной интерференции между ячейками с одинаковым набором частот, которая зависит от передаваемой мощности. В системе ОЗМ передаваемую мощность можно контролировать автоматически, снижая таким образом уровень внутриканальной интерференции и увеличивая время работы телефона без подзарядки. Решение об изменении передаваемой мощности принимается на основе уровня и качества принимаемого сигнала.

Для того чтобы можно было оценить величину этих параметров, при анализе полученного сигнала применяются методы ЦОС. При мобильной радиосвязи возникает много ошибок, например, обусловленных случайной интерференцией или затуханием. В системе ОБМ для уменьшения влияния этих ошибок используется метод сверточного кодирования. 1 т. Применение цОС в телекоммуникации Рнс. 1.18. Исполиоаание цифровой приставки для приема сигнала цифрового телевидения '-';.'1 7„'2~!! Приставка дпя приема цифрового телевизионного сигнала Цифровое телевидение возникло не так давно и много обещает потребителям— интерактивность, больший выбор, лучшее качество изображения и звука.

Интерактив- ность дает абонентам возможность играть в игры, иметь доступ в сеть 1пгегпег, делать покупки, мгновенно выполнять повторное воспроизведение и т.д. Телевидение снова заявляет о себе как о неотьемлемой части информационного общества. В цифровом телевидении цифровая информация (видео, аудио, текст) может передаваться на домашние телевизоры через спутник (с помощью спутника и существующих спутниковых антенн), по кабелю (кабельное телевидение) и по наземным линиям связи (с помощью существующих телевизионных антенн и передатчиков). Почти все телевизоры в наших домах могут принимать только аналоговый сигнал, поэтому для приема цифрового телевидения им нужен цифровой декодер (цифровая приставка) (рис, 1.18).

Цифровая приставка преобразует цифровой сигнал в подходящий для приема аналоговым телевизором вид. Новейшие телевизоры оснащены встроенным декодером. В цифровом телевидении ЦОС играет ключевую роль в обработке сигнала, кодировании и модуляции/демодуляции видео- и аудиосигналов от точки захвата сигнала до момента его появления на экране телевизора [3). Без ЦОС замечательное качество изображения и звука, которое мы сейчас воспринимаем как должное, было бы невозможным.

Например, ЦОС лежит в основе алгоритмов кодирования МРЕО, которые используются для сжатия видео- и аудиоинформации перед их передачей (для эффективного использования ширины полосы). В цифровой приставке для декодирования информации используется декодер МРЕО. Главный элемент алгоритма МРЕΠ— это дискретное косинус-преобразование, подробно описанное в главе 3. !;: .„1',7!ф~:;= Адаптивное телефонное эхоподавление Эффект эха в системах связи возникает преимущественно тогда, когда на пути сигнала встречается неподходящее сопротивление. На рис.

1.19 показана упрощенная схема телефонной цепи для больших расстояний. Гибридная схема телефонного аппарата преобразовывает двухпроводную линию, идущую от абонента, в четырехпроводную, и предоставляет отдельный тракт для передачи сигнала в каждом направлении. Это б4 Глава 1. Введение снт Ллтхороеолнл» линия стнреллрололиля линия Рнс. 1.19. Упрощенная схема телефонной цепи для больших рлссгояний снт Рис, 1,20.

Эхоподааление а междугородной телефонной связи делается в основном из соображений эюномии, например, чтобы сделать возможной множественную или одновременную передачу нескольких звонков. В идеале, речевой сигнал от абонента А распространяется по верхнему тракту передачи к гибридной схеме справа, а оттуда к абоненту В, тогда как сигнал от пользователя В распространяется по нижней линии передачи к пользователю А. Гибридная схема на каждом конце обеспечивает подачу речевого сигнала ст удаленного пользователя только на ее двухпроводный выход (на внешний выход сигнал не поступает).

Однаю из-за несоответствий в сопротивлении гибридная сеть пропускает некоторые входные сигналы на выход, которые слышны говорящему как эхо. Если телефонный звонок делается с большого расстояния (например, через геостационарный спутник), то эхо может задерживаться на 540 мс и вызывать помехи, раздражакпцие пользователей. Эти помехи будут возрастать с увеличением расстояния. Для решения этой проблемы в сети устанавливаются пары зхоподавителей, как показано на рис. Е20 191. 1.8. Применение ЦОС в биомедицине На каждом конце системы связи (рис.

1.20) входной сигнал хь подается на гибридную схему и на адаптивный фильтр (АФ). Компенсация осуществляется с помощью оценки эха и вычитания его из возвращенного сигнала уь. Оценка эха осуществляется по формуле уь = ~ юеы(з)хь „ .=о где хь — это входной сигнал от дальнего абонента, а и ь(г), г = О, 1,..., Ю вЂ” 1 — оценка импульсной характеристики тракта передачи эха в дискретный момент времени Й. 1.8. ПрИМЕйЕНИбг ЦО(- В.'бйОМЕМИЦЙНЙ':-::-:.,',::, ":,-:;;:; -.. ".="- Биомедицина — это важная и очень продуктивная область как для применения традиционной цифровой обработки сигнала, так и для разработки новых мощных алгоритмов ЦОС. Часто медицинские данные не отличаются хорошими характеристиками, и это бросает вызов профессионалам в области ЦОС, которые должны предложить новый способ работы с данными. В большинстве случаев медицинские данные попадают в диапазон аудиочастот.

Поэтому методы ЦОС, появившиеся благодаря биомедицинским проблемам, нашли применение и в других областях, таких как системы звукозаписи, звуковоспроизведения, телекоммуникации, и наоборот. К ряду многочисленных приложений ЦОС в биомедицине относятся усиление сигнала и/или извлечение из него характеристик, представляющих медицинский интерес. Необходимость в усилении сигнала возникает из-за проблемы артефактов (ложных июбражений) или загрязнения сигналов, что очень часто встречается в биомедицине.

Артефакты могут возникать как из-за внешних источников (например, электросети или другого медицинского оборудования), так и из-за внутренних (движения головы и тела, мышечная и сердечная активность, движения глаз). Артефакты снижают медицинскую информативность сигналов и усложняют как ручной, так и автоматический его анализ, а в некоторых случаях даже делают его невозможным из-за сходства артефактов с сигналом, представляющим медицинский интерес [15).

Задачи усиления сигнала зачастую сопровождаются двумя неразрывно связанными проблемами: низкий уровень сигнала по сравнению с шумом и перекрывание спектров сигнала и шума. Следовательно, нужно приложить много усилий, чтобы минимизировать искажение сигнала, представляющего медицинский интерес (см, (20, 23)). В следующих двух разделах будут описаны два новых биомедицинских приложения ЦОС, которые подразумевают усиление сигнала и/или извлечение необходимых характеристик. Основные интересующие нас здесь биомедицинские сигналы имеют физиологическую природу, в частности это сигналы злекгрокардиограмм (элеятрической активности сердца) и элекгроэнцефалограмм (электрической активности мозга).

Глава 1. Введение Интсрвкл Интсрвкл аа рк Лмплиттлк оаб б) Амплитуде окб Рнс. 1.11. ЭКГ пледа, нк которой показаны основные злементы, предстккляююие медицинский интерес 5.8.1. Изучение ЭКГ плода Электрокардиограмма (ЭКГ) плода показывает электрическую активность сердца ребенка, которая измеряется на поверхности тела [20]. Частота сердцебиения плода (Ге!а! Неаи Ка1е — гНК) определяется по расстоянию К-К на кардиограмме (рис. 1.2 1).

Для оценки состояния плода во время родов обычно применяют визуальный анализ непрерывного изображения ЕНК вместе с сокращениями матки (маточной активности), которое называют кардионтокогртиаеой (КТГ). Сложности, возникающие при интерпретации КТГ во время родов, могут привести к ненужному медицинскому вмешательству (например, кесаревому сечению или наложению щипцов), повреждению плода или неоказанию необходимой помощи !16]. Правильное применение комбинированного анализа ЭКГ плода и КТГ может значительно снизить процент ненужных медицинских вмешательств без каких-либо неблагоприятных последствий для младенцев (22]. В частности, для этого был создан коммерческий аппарат для ЭКГ плода, БТ Апа!убег (ЯТА!к(, Хеочеп1а АВ, Швеция). Упрощенная схема снятия ЭКГ плода лзображена на рис.