Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Выходной сигнал связан с входным нелинейной зависимостью. Рис. 2.196. Принцип действия нелинейного АЦП, Слева показаны уровни в 5-разрядном (четыре значащих разряда плюс знак) преобразователе с логарифмической характеристикой и равномерная последовательность уровней обычного ЦАП. При логарифмическом квантовании используются не все уровни ЦАП. Справа изоб аж р жена схема образования последовательности уровней, с которыми поочередно сравнивается отсчет входного сигнала'). Нелинейное логическое устройство задает величину приращения в зависимости от значения уровня, выбранного на предыдущем шаге.
В данном примере основой 5-разрядного,преобразователя служит 8-разрядный линейный АЦП. Прп малых значениях входного сигнала линейный и нелинейный преобразователи дают одинаковое разрешение; прп более сильных сигналах нелинейный ЛцП пропускает болыппнство уровней квантования. Уровни нелинеиного АЦП пронумерованы здесь от 1 до 1б, т е за начало отсчета выбран уровень с номером 1. Поэтому номера уровней, подаваемых на схему сравнения, сдвинуты на единицу: в первом цикле на схему сравнения поступает уровень 1, во втором — 9, в третьем — б нли 13 и т.
д. — Прим. перев. Глава 2 т92 нием широкого круга слушателей и с использованием самой разной музыки, был выбран метод сжатия на основе преобразования с плавающей запятой, называемый также послоговым сжатием. Выходной сигнал 13-разрядного АЦП был представлен в виде чисел с плавающей запятой, имеющих 10-разрядную мантиссу и 2-разрядный порядок. Четыре значения порядка позволяют учитывать изменение коэффициента усиления от 0 до 18 дБ, т. е. динамический диапазон 5/Ув, можно довести до 78 дБ. При 10-разрядной мантиссе удается получить постоянное отношение 5/У„, равное (в среднем) 57 дБ, если уровень сигнала изменяется от максимума до — 24 дБ. Частотное предыскажение и восстановление сигнала, согласно европейскому стандарту (СС1ТТ), позволяют поднять 5/У„примерно до 65 дБ.
В данной системе было принято представление чисел в форме с поблочно плавающей запятой [411, поэтому 2-разрядный порядок сопровождает не каждую 10-разрядную мантиссу. Последовательность чисел, поступающих из 13-разрядного АЦП, записывается в буферный накопитель. Емкость накопителя достаточна для записи сигнала длительностью 1 мс. Все числа в накопителе масштабируются так, чтобы наибольшее из чисел пе вызывало переполнения.
После этого два разряда, определяющие порядок чисел в блоке, передаются со сравнительно низкой частотой, а 10-разрядные мантиссы — с частотой дискретизации. Таким образом, средняя разрядность чисел понижается до 10,125 двоичных знаков. Многочисленные контрольные прослушивания показали, что музыку, кодированную таким способом, невозможно отличить от исходной. Однако слушатели считают, что музыка, прошедшая через систему сжатия с 9-разрядной мантиссой, а также через немецкую систему с мгновенным сжатием, ухудшается по сравнению с исходной [11~. Сжатие музыкальных сигналов в системе с поблочно плавающей запятой не создает слышимого шума, поскольку изменение уровня шума следует за изменением уровня сигнала с постоянной времени 1 мс.
Это па несколько порядков быстрее отклика человеческой слуховой системы, и получающаяся задержка вполне допустима. Скорости создания информации в системе мгновенного сжатия с А-характеристикой и в системе сжатия с поблочно плавающей запятой одинаковы, но вторая система дает более высокое качество звука, поскольку отношение 5/У„в ней больше па 6 дБ, что крайне важно. Строго говоря, это преимущество создается не структурой системы, а особенностями статистики музыкального сигнала. В системе сжатия с поблочпо плавающей запятой предполагается, что на коротких интервалах музыка имеет невысокое отношение максимального значения к среднему (пикфактор). Это среднее выражается в отсчетах порядка и передается с низкой скоростью.
Система с мгновенным сжатием, напротив, Цифровая обработка звуковых сигналов может отследить скачки в любом отсчете, не влияя на соседние отсчеты. Такая система окажется лучше, если музыкальные сигналы имеют очень узкие и высокие пики, поскольку ошибки квантования будут малыми для большей части сигналов и увеличиваются только в моменты появления узких пиков.
В системе с плавающей запятой ошибка квантования минимизируется на основе наибольшего пика, появившегося в течение интервала в 1 мс. В принципе это хуже, чем мгновенное сжатие. Но так как большая часть музыки образуется с помощью акустических пли механических колебаний и хотя бы частично сопровождается реверберацией, то предположение о малости пик-фактора музыки оказывается приемлемым.
Однако если в качестве источника сигнала взять электромузыкальные инструменты, то лучше использовать другую систему, так как электронная музыка может иметь более некоррелированный характер. Из этого примера видно,что неявные предположения об особенностях источника сигнала могут привести к значительным трудностям. Поэтому более надежный подход состоит в согласовании характеристик преобразователя со свойствами человеческого слуха, поскольку к последним следует подстраивать характеристики сигнала. 2.4.2. Влияние ошибок, возникающих при передаче, на качество звука При передаче цифровых сигналов по линиям связи нельзя ожидать, что ошибки будут появляться с частотой, меньшей 1 ° 10-' (т. е. одна ошибка на 10' чисел), поэтому детально было проанализировано влияние ошибок, возникающих при передаче, на восприятие музыки.
На рис. 2.20 показано, как воспринимаются на слух ошибки в отдельных разрядах отсчетов в зависимости от положения разряда. Данные были получены во время пауз музыкальных передач. Заметим, что ошибки в старших разрядах всегда оцениваются как нежелательные, так как они проявляются в виде отчетливого щелчка, если даже появляются с частотой 1 10 — '.
Ошибки в младших разрядах, наоборот, малозаметны даже при сравнительно высокой (вплоть до 1. 10 — 4) частоте появления [23~. При передаче старших разрядов вопрос о применении кодов с исправлением ошибок или же кодов с проверкой па четпость в основном решался, исходя из условия допустимой сложности аппаратуры. Для определения наличия ошибок в старших разрядах применялся простой 5-разрядный код с проверкой па четность. В случае обнаружения ошибки при приеме в сигнал вместо неправильного отсчета вводился новый. Для определения наиболее эффективного метода маскировки ошибки было исследовано несколько алгоритмов. В их число входили: 105 Цифровая обработка звуковых сигналов Глава 2 104 Суаьепаиеная аиенна спчлени ухудшения сигнала Яедалустима Е Нсмер паеаяап о,у,г йп,аеаеленна нежела - б тпельна %спальне нежела- тпельна Юпалне заметна, на не,еаза- 3 нсаелт Еле заметна лезамипна l 10-в ~в-е та-с у~1-г нт-г Ввраятпнаспт ь искажения раьряба рис 220.
Субъективная оценка влияния ошибок при передаче двоичных цифр (разрядов отсчетов) в системе с ИКМ без сжатия. псе отсчеты взяты во время пауз в программе. О обозначает старший разряд. (Воспроиз- ведено из работы [231.) 1) глушение: подстановка нулевого отсчета; 2) экстраполяция нулевого порядка (простая): повторение предыдущего отсчета; 3) интерполяция первого порядка (линейная): усреднение двух соседних отсчетов; 4) экстраполяция первого порядка (линейная): определение отсчета по двум предыдущим. Эффективность различных алгоритмов маскировки зависит от характера музыки, передаваемой в момент появления ошибки. В паузах все они эквивалентны, так как дают нулевой отсчет.
При низких музыкальных тонах интерполяция первого порядка позволяет получить наилучшее приближение к фактическому сигналу. Экстраполяция нулевого порядка несколько хуже линейной интерполяции, за исключением сигналов высоких частот, где оба алгоритма эквивалентны [23]. Линейная экстраполяция во всех случаях оказывается хуже интерполяции. Контрольные прослушивания показали, что для маскировки ошибки достаточно применить простую экстраполяцию. При простой экстраполяции частота ошибок может быть увеличена на полтора порядка при сохранении заданного уровня качества сиг- нала [25]. Этот результат был получен в системе с 13-разрядными числами без сжатия динамического диапазона.
В системе с поблочно плавающей запятой ситуация сложнее, так как ошибка в масштабном множителе повлияет на 30 отсчетов сразу. С другой стороны, масштабный множитель передается с очень низкой скоростью, что уменьшает частоту появления таких ошибок. Тем не менее было рекомендовано при передаче пар двоичных чисел, определяющих порядок блока, добавлять к ним проверочный разряд [43]. Этот дополнительный разряд практически не влияет на скорость создания информации.
2А.З. Направления дальнейшего развития Учитывая успех, достигнутый в Великобритании, можно ожидать,что в будущем большинство стран переведут свои системы распространения радиовещательных программ па цифровую технику. Качество передач даже в самых отдаленных уголках Великобритании значительно повысилось. Соответствующие организации ФРГ, Швейцарии, Италии и Франции заняты проектированием подобных систем; эти работы находятся на разных стадиях завершенности. В силу тесной взаимосвязи европейских систем радиовещания значительное внимание уделяется стандартизации форматов данных и методов синхронизации.
Однако часто это осложняется политическими соображениями. В Соединенных Штатах большая часть вещательных программ составляется в местных радиостудиях. Между некоторыми крупными городами США сейчас сооружаются стандартизованныецифровые линии связи, но применения их для целей радиовещания пока не ожидается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
