Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 200
Текст из файла (страница 200)
В качестве стандартной иллюстрации процесса рассмотрим проигрыватель компакт-дисков, использующий интерполируюший фильтр для реализации преобразования с четырехкратным повышением частоты, приводящего к отделению периодического спектра, который связан с дискретными данными. Это позволяет сглаживающему фильтру, который следует за ЦАП, иметь более широкую полосу частот и, следовательно, меньшее число компонентов и меньшую стоимость реализации. Спецификация компакт-диска содержит такие термины, как, например, "4-Го-1 очетзатр!еб" (" перевыбран с четырехкратной частотой" ), чтобы отразить наличие интерполируюших фильтров. После того как с помощью интерполятора 1:4 будет выполнено четырехкратное увеличение частоты дискретизации, дальнейшее преобразование с использованием недорогого интерполирующего фильтра 1;16 является простой залачей. Для завершения аналогового процесса преобразования ланные (теперь выбран- Глава 13, Кодиоование источника ные с б4-кратной частотой) подаются на полноцифровой Е-д-модулятор и однобито- вый ЦАП.
Эта структура изображена на рис. 13.29. и и и ди 16-битоввя 64 Гв 1-битов выбор 64 4 16-битовая г-ь- модулятор Рис. 13.2й Схема прохохедеззил сигнала в Е-гу-цифра-аналоговом преобразователе Существует много сигналов, которые по отношению к полосе частот сигнала выбираются с очень большой частотой. Эти сигналы могут быть легко преобразованы в аналоговую форму с использованием г.-д-модулятора и 1-битового ЦАП. Примерами являются контрольные сигналы схем АРУ, несущие ГУН и сигналы синхронизации ГУН.
Многие системы используют г.-а-модулятор и 1-битовый ЦАП для генерации и формирования аналоговых сигналов управления. 1 3.4. Адаптивное предсказание Усиление предсказания, которое получается в классических кодерах с предсказанием, пропорционально отношению дисперсии сигнала к дисперсии ошибки предсказания. Это объясняется тем, что при фиксированном уровне шума квантования требуется меньше бит для описания сигнала с меньшей энергией. Полезность кодера с предсказанием ограничена возможными рассогласованиями между сигналом источника и предсказывающим фильтром.
Источники рассогласования связаны с переменным во времени поведением (т.е, нестационарностью) распределения амплитуды и спектральных или корреляционных свойств сигнала. Адаптивные кодеры (медленного действия) включают вспомогательные схемы для оценки параметров, требуемых для получения локальной оптимальной производительности. Эти вспомогательные цепи периодически программируют модификации для предсказания параметров цепи и таким образом избегают рассогласования предсказания. Комитет СС1ТТ (1пгегпайопа1 Те!ейгарЬ апб Те!ерЬопе Сопзц11айуе Сопцп!пее — Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии, МККТТ) в качестве стандарта качественной телефонной связи выбрал адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию (Аг)арг)уе Пйрегепйа! Рц!ве Сог!е Мог)о!аг(оп — АОРСМ) со скоростью 32 Кбит/с. Это дает зкономию скорости передачи бит 2:! по сравнению с б4 Кбит/с схемы РСМ с логарифмическим сжатием.
13.4.1. Прямая адаптация 867 13.4. Адаптивное предсказание В алгоритмах прямой адаптации входные данные, которые должны быть закодированы, буферизуются и обрабатываются с целью получения локальных статистик, таких как первые зу' выборочных значений автокорреляционной функции. Корреляционное значение Я„(0) с нулевым запаздыванием является кратковременной оценкой дисперсии. Эта оценка используется для согласования автоматической регулировки усиления с целью получения оптимального согласования масштабированного входного сигнала с динамической областью устройства квантования.
Этот процесс обозначается "АОГ" от "ас(арг(ие с)папг!хаг)оп )огзвагс) соп1го!п — контроль прямым адаптивным квантованием. Остающиеся М вЂ” 1 корреляционных оценок используются для получения новых коэффициентов для фильтра с предсказанием. Этот процесс называется контролем прямым адаптивным предсказанием (адарбие ргедйсйоп (огюагб— АРЕ). На рис. 13.30 изображена эта форма адаптивного алгоритма. Это расширение структуры, представленной на рис.
13.20. Здесь предсказывающие коэффициенты выводятся из входных данных, теперь называемых побочной информацией (зобе (п(огшаг(оп). Они должны быть переданы вместе с ошибками предсказания с кодера на декодер. Скорость изменения этих адаптивных коэффициентов связана со временем, в течение которого входной сигнал может считаться локально стационарным. Например, речь, вызываемая механическим смешением речевых артикуляторов (язык, губы, зубы и т.д.), не может изменять характеристики быстрее, чем 10 или 20 раз за секунду. Это дает интервал обновления от 50 до 100 мс.
Использование арифметически простых, но субоптимальных алгоритмов оценивания для вычисления локальных параметров фильтра делает необходимым более высокую скорость изменения. Для вычисления параметров 10-12-отводного фильтра принят интервал изменения 20 мс. На 1О-отвоДных фильтрах можно получить усиление предсказания от 1О до 1б дБ, если используется адаптация с прямой связью и кодеры с предсказанием (13).
Рис. 13.30. Прямое адаптивное предсказание и кодирование квантовании 13.4.2. Синтетическое/аналитическое кодирование Изучаемые до сих пор схемы кодирования можно назвать кодерами формы сигналов. Они создают аппроксимации входных сигналов, минимизирующие некоторую меру расстояния между сигналом и аппроксимацией. Эти технологии являются общими и могут применяться к любому источнику сигнала.
С другой стороны, синтетические/аналитические кодеры являются сильно сигнально-зависимыми. В частности, они созданы в основном для речевых сигналов. Эти кодеры играют на том, что слуховой механизм реагирует на амплитудное содержание кратковременного спектра сигнала, но при этом почти нечувствителен к его фазовой струк- 868 Глава 13. Колиоование источника туре. Таким образом, этот класс кодеров формирует восстановленный сигнал, аппроксимирующий амплитуду и изменяющуюся во времени характеристику последовательности кратковременного спектра сигнала, но не делает попыток сохранить его относительную фазу.
Спектральные характеристики речи кажутся стационарными в течение порядка 20-50 мс. Существует множество технологий, которые анализируют спектральные характеристики голоса каждые 20 мс и используют результаты 'этого анализа для синтеза сигнала, дающего тот же кратковременный спектр мощности. Некоторые методы применяют модель механизма генерации речи, для которого параметры модели должны быть оценены с частотой обновления. Этот тнп кодера наилучшим образом представлен в своих различных формах как линейный кодер с предсказанием (1шеаг ргегйсйче содег — ЬРС).
Разновидности кодеров ЬРС оперируют сигналом с помощью комбинаций спектральных модификаций и временных делений, которые, используя побочную информацию, сокращают количество временных выборок, требуемых для правильного воссоздания исходного спектра.
Общим для всех синтетических/аналитических кодеров, используемых для речевых сигналов, является отсутствие необходимости в том, чтобы голосовой сигнал "выглядел" как оригинальный; достаточно, чтобы он "звучал" подобно ему. 13.4.2.1. Линейное кодирование с предсказанием Адаптивные предсказатели, описанные в разделе 13.3.2, были созданы для предсказания или создания хороших оценок входного сигнала. В адаптивной форме предсказываемые коэффициенты вычисляются как побочная информация на основе периодического изучения входных данных.
Затем разность между входом и предсказанием передается получателю для разрешения ошибки предсказания. Линейные кодеры с предсказаниеи (!гяеаг ргед!сг!че содег — ЬРС) являются естественным расширением й!-отводных кодеров с предсказанием. Если коэффициенты фильтра периодически вычисляются с помощью оптимального алгоритма, предсказание является настолько хорошим, что (в основном) информации об ошибке предсказания, которую нужно передавать приемнику, не существует.
Вместо того чтобы передавать эти ошибки предсказания, система ЬРС передает коэффициенты фильтра и озвученное/неозвученное руководство к действию для фильтра. Таким образом, единственными данными, посланными в ЬРС, является высококачественная побочная информация классического адаптивного алгоритма. Модель ЬРС для синтеза голоса изображена на рис. 13.31.
Кодеры ЬРС представляют собой ядро из смешанных кодеров, которое включает в себя кодер и управляющий генератор в контуре анализа через синтез, предназначенном для минимизации разности между входным и синтезированным сигналами. В сотовых телефонах для получения качественной связи со скоростью передачи данных ниже 9,6 Кбит/с используются кодеры РВЕ (Кейп!аг-Ри!зе Ехсйед — активация регулярными импульсами) и СЕ1.Р (СодеЬоо8-Ехс!гед Ь!пеаг Ргед(с!!че — линейное предсказание, активируемое кодовой книгой). В системе ОБМ (О!оЬа! Буз!етз Гог МоЬ|1е — глобальная система мобильной связи) используется сжатие КРЕ, тогда как для мобильных телефонных систем, созданных согласно стандарту 18-95 относительно множественного доступа с кодовым разделением каналов (соде д!ч1- з!оп ти!1!р!е ассем — СОМА), применяется вариант СЕЬР.
Дополнительный материал по СЕ1.Р представлен в разделе 13.8.1.3. 13.4. Адаптивное предсказание 869 Эта модель, использующая 12-отводный синтезатор речи, нашла применение в детских говорящих играх. Дальнейшее рассмотрение методов ЬРС, используемых для речи, приводится в разделе 13.8.1, Кодер Декодер я(п) Побочная информация: коэффициенты кРС и параметры активации каждые 20 мс Рис. 13.31.
Блочная диаграмма: моделирование речи с пемощыо линейного кодера с предсказанием 13.5. Блочное кодирование Изучаемые до сих пор устройства квантования были скалярными по своей природе, поскольку они образовывали единственную выходную выоорку, основанную на настоящей входной выборке и (возможно) )т' предшествующих выходных выборках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
