Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 196
Текст из файла (страница 196)
13.15. Комнандер, всвальзуюн(ай А-закан. Этот компандер является стандартом СС1ТТ (Сольц!гайке Сопцп!пее !ог 1пгегпа!!опа! Те!ер)гопе апд Те!ейгар)зу — Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии, МККТТ), а следовательно европейским стандартом аппроксимации логарифмического сжатия. Характеристика компрессора имеет следующий вид: у = С(х) = (13443) Стандартным значением параметра А является 87,56, и (при использовании 8- битового преобразователя) 8)з)й для этого значения равно 38,0 дБ. Сжимаюшая характеристика А-закона аппроксимируется подобно тому, как это делалось для компрессора, использующего Р-закон, — с помощью последовательности 16 линейных хорд, охватываюших выходную область. Нижние две хорды в каждом квадранте являются в действительности хордами сигнала, соответствуюшими линейному сегменту компрессора, использующего А-закон, Одним важным отличием между характеРистиками А(~к!Iх ) 1+ !п(А) 1+ 1п[А()к~ах 1+!пА для О« —— )т! 1 х„„А 1 !х! для — « — 1 А к сжатия А- и р-законов является то, что стандарт А-закона имеет характеристику с нулем на границе шага квантования, в то время как стандарт и-закона — характеристику с нулем в центре шага квантования.
Таким образом, компрессор с А-законом не имеет нулевого значения„и следовательно, для него не существует интервала, на котором бы при нулевом входе не передавались данные. Существует прямое отображение из формата АЦП, использующего 8-битовое сжатие с А-законом, в 12-битовый линейный двоичный код и из формата 8- битового сжатия с р-законом в 13-битовый линейный код [8).
Эта операция позволяет преобразование аналоговой информации в цифровую с помощью равномерного устройства квантования с последующим отображением в меньшее число бит в кодовом преобразователе. Кроме того, это позволяет обратное отображение в приемнике (т.е. расширение) производить на числовой выборке. Иивульено-кодовая модуещяя. Одной из задач, выполняемых в ходе импульсно- кодовой модуляции (ри1зе-сгх)е тогЫаг(оп — РСМ), является преобразование исходных сигналов в дискретные двоичные последовательности. Зта задача производится с помощью трехэтапного процесса — дискретизации, квантования и кодирования. Процесс дискретизации изучался в главе 2, а процесс квантования — в данной главе и в главе 2.
Отметим, что процесс кодирования, следующий за квантованием (см. рис. 2.2), часто воплощается на аппаратном уровне и выполняется тем же устройством, что и квантование. Вообще, процесс может быть описан следующим образом: последовательная аппроксимация аналого-цифровых преобразователей образует последовательные биты декодированных данных с помощью обратной связи, сравнения и процесса принятия решения. В процессе обратной связи постоянно задается вопрос, входной сигнал находится выше или ниже средней точки остаточного интервала неопределенности. С помощью этой технологии интервал неопределенности сокращается до половинного на каждом шаге сравнения и принятия решения до тех пор, пока интервал неопределенности не совпадет с допустимым интервалом квантования.
При последовательной аппроксимации результат каждого предыдущего решения снижает неопределенность, которая должна быть разрешена во время следующего преобразования. Аналогично результаты предшествующих преобразований аналоговой информации в цифровую могут использовать для уменьшения неопределенности, которая должна быть разрешена во время следующего преобразования. Эта редукция неопределенности достигается путем передачи каждой последующей выборке вспомогательной информации из более ранних выборок. Эта информация называется избыточной частью сигнала, и с помощью ее передачи сокращается интервал неопределенности, в котором квантуюшее устройство и кодер должны вести поиск следующей выборки сигнала. Передача данных — это один из методов, с помощью которых достигается снижение избыточности.
13.3. Дифференциальная импульоно-кодовая модуляция Используя прошлые данные для измерения (т.е. квантования) новых переходим от обычной импульсно-кодовой модуляции (ри1зе-сог(е пюс1и!абоп — РСМ) к дифференциальной (ййегепг!а! РСМ вЂ” !)РСМ). В )3РСМ предсказание следующего выборочного значения формируется на основании предыдущих значений.
Для квантуюшего устройства это предсказание можно рассматривать в качестве инструкции по руководству при поиске следующего выборочного значения в конкретном интервале. Если для предсказания используется избыточность сигнала, область неопределенности со- кращается и квантование можно проводить с уменьшенным числом решений (или бнт) дпя данного уровня квантования или с уменьшенным числом уровней квантования для данного числа решений (или бит).
Сокращение избыточности реализуется путем вычитания предсказания из следующего выборочного значения. Эта разность называется ошибкой предсказания (рта!сбоп еггот. Устройства квантования, описанные в разделе 13.2, называются мгновенными устройствами квантования или устройствами квантования без наияеи, так как цифровые преобразования основаны на единичной (текущей) входной выборке. В разделе 13.1 были определены свойства источников, которые допускают сокращение интенсивности источника Этими свойствами были неравновероятные уровни источника и зависимые выборочные значения.
Мгновенные квантукяцие устройства кодируют источник, принимая во внимание плотность вероятности, сопоставленную с каждой выборкой. Методы квантования, которые принимают во внимание корреляцию между выборками, являются квантующими устройствами с наиязнью. Эти квантующие устройства уменьшают избыточность источника сначала посредством превращения коррелированной входной последовательности в связанную последовательность с уменьшенной корреляцией, уменьшенной дисперсией и уменьшенной полосой частот.
Затем эта новая последовательность квантуется с использованием меньшего количества бит. Корреляционные характеристики источника можно представить во временной области с помощью выборки его автокорреляционной функции и в частотной области— его спектром мощности. Если изучается спектральная мощность 6,Щ кратковременного речевого сигнала, как изображено на рис. 13.18, то видим, что спектр имеет глобальный максимум в окрестности от 300 до 800 Гц и убывает со скоростью от 6 до 12 дБ/октаву. Изучая этот спектр, можно взглянуть на определенные свойства временной функции, из которой он получен. Видим, что большие изменения сигнала происходят медленно (низкая частота), а быстрые (высокая частота) должны иметь малую амплитуду. Эквивалентная интерпретация может быть дана в терминах автокорреляционной функции сигнала й,(7), как изображено на рис.
13.19. Здесь широкая, медленно меняющаяся автокоррепяционная функция свидетельствует о том, что при переходе от выборки к выборке будет только слабое изменение и что для полного изменения амплитуды требуется временной интервал, превышающий интервал корреляции. Интервал (или радиус) корреляции, рассмотренный на рис. 13,19, является временной разностью между максимальной и первой нулевой корреляцией. В частности, значение корреляции для типичного единичного выборочного запаздывания лежит в диапазоне примерно от 0,79 до 0,87, а радиус корреляции имеет порядок от 4 до 6 выборочных интервалов, равных Т секунд на интервал. Поскольку разность между соседними временными выборками для речи мала, используемый метод кодирования базируется на передаче от выборки к выборке разностей, а не действительных выборочных значений. В действительности, последовательные разности представляют собой частный случай класса преобразователей с памятью, называемых Ф-отводными линейными кодерами с предсказанием.
Эти кодеры, иногда именуемые кодерами с предсказаниями и поправками, предсказывают следующее входное выборочное значение на основании предыдущих входных выборочных значений. Эта структура показана на рис. 13.20. В этом типе преобразователя передатчик и приемник имеют одинаковую модель предсказания, которая получена из корреляционных характеристик сигнала. Кодер дает ошибку предсказания (или остаток) как Разность мело!у следующим измеренным и предсказанным выборочными значениями.
Математически контур предсказания описывается следующим образом: а О с о о у Ц о с с $ 11 О 300 1000 ЗООО 10000 Частота )гц) Рис. 13. 18. Тиличная снектральная мощность для речевык сигналов Рк1 т) Рис. 13.19. Автокорреляционнаи функция аля тиличиых ре- чевьт сигналов Кодер декодер я(л) щи) )тес. 13.20.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
