Феер К. Беспроводная цифровая связь (2000) (1151861), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Чтобы получить для сигналов с мадвуйлитудой такое же отношение сигнала к шуму, как и для сигнала й амплитудой, необходим квантователь с разными размерами ",'Ддя этого квантоватепю с равномерным шагом, которыи показан ""'„2.2,2, должно предшествовать устройство с нелинейнои характе,,ге))й вход-выход, известное как компрессор/комландер или сисгез44нровзннл. Компандер, за которым стоит линеиный кванто" ', усилиеает слабые сигналы в большей степени, чем сильные. 1вз)1рвктеристики сжатия, используемые в цифровых ИКМ сетях СеАмерики и Японии, показаны на рис.
2 2.3. Характеристика ко;раответствующая р-закону, для нормираваннога диапазона кодигб1 определяется выражением )п(1+ )з)2)) Гя(2).=: з)п(2) — — — —, — 1 < з < 1. (2.2.4а) Ь(1+ р) л..~фвметим, чта длл малых значении 3 хаРактеРистика )га(2) пРи, втся к линейной функции, а дпя больших значении — к лога- в'.;~31!ваде «ак р-закан признан приемлемым для цифровых сеген е , )з))О(й Америке и Японии, стандартным законом сжатия (компрес'й'.~Ф Европе (СЕРТ) является Л-закон, который определяется елеям образом 1+ )и Л)2) г'4(з) = зю(2) 1+!пЛ (2.2 46) Л)21 1+ )и Л" ф'!.";, Еи(2) =- мп(в) — — „ 40 Ь» з с .
° » ы 1,0 Входной сигнал с »1 »,0 Рис. З.а.э. Характеристики логарифма~еского сжатие (»6( Отметим, что характеристика гв(з) — деистаительна логарифмическая функция при (г~ > 1/Л и действительно линейная функция при (х( ( 1/Л. В результате Л-закан дает несколько более гладкую ха рактеристику отношения сигнал/искажения (Я/!Э), нежели р-закон, з диапазоне 1/Л < ф 1 за счет худшей характеристики Ь/Г2 для слаБых сигналов.
И р-закон, и Л закон удовлетворяют требованиям поддержания относительно постоянного отношения В/12 а широком динамическом диа пазоне Если, однако, целью является максимизировать отношение 5/1' для уровня громкости речи более вероятных абонентов, то могут исполь эоааться законы компрессии, осноеанные на гиперболических функци ях Эти законы обеспечивают лучшее отношение Я/11 для большей ча сти говорящих за счет ухудшения характеристики для меньшего числа абанентае с более тихим или более громким голосом Однако толь ко р-закон и Л-закон находят всеобщее применение а цифровых системах передачи (16). Можем заключить, что а системах телефонии сигналы речи, факси миле или другой сигнал данных, модулированный е полосе тональньс частот, ограничено» аерхнеи частотой /,„= 3,4 кГц Чтобы прообраза зать этот аналогоеыи сигнал е цифровой ИКМ поток данных, примени ется дискретизация с частотои /, = 8000 отсчетов е секунду Каждын отсчет фиксируется на одном из 256 уровней квантования.
Для зто го количества уравнен каантоаания требуется 8 информационньи битов (2 = 256) Таким образом, один канал тонэльнои частоты. дискретиь зираэанный с частатои 8000 отсчетов а секунду и требующии 8 битов на отсчет. будет иметь скорость передачи 64 кбит/с Аналогоеые сигналы цеегногс телевидении еец»ательнога качестеа имеют ширину полосы аидесчасгот около 5 МГц.
Для обычного ИКМ »2» 1'"ания этих видеосигналов используется частота дискретизации :,40 млн отсчетов в секунду и применяется схема кодирования с и на отсчет Таким образом, результирующая схарасть пере'"!ей»стааляет 90 Мбит/с Большинство телевизионных иэображений "'""'-коррелироааны, и зтс может быть использовано для снижения 'и передачи. Можно предсказать цвет и яркость любого элеменражения, основываясь на значениях их параметров для соседних 4 ' ""~~азов, которые уже имели место.
В (83) описываются методы ЦОС 'амьнением техники предсказания для цифроеога цветного телееи"';;вещательного качества, требующие скоростей передачи ат 10 до Ё~!,:' /с. Для радиопередачи видеоконференции используются сжа'!4йггиалы изображения со скоростью от 20 до 200 кбит/с Я 2.2.2. ДИКМ: Дифференциальная „»)' кь:,:»; импульсно-кодовая модуляция г».:;4,4»(йффейенциальнаЯ импУльсно-кодоваЯ модУлЯциЯ (ДИКМ) — эта Крдирсаания с предсказанием, а которой используется корреляция "' 'соседними отсчетами входного сигнала, чтобы устранить стати- :""'ую избыточность и таким образом снизить скорость передачи. Ъ, ":,' 'квантования и ксдироеания значении отсчетов, как это дела' '»я',ИКМ, а ДИКМ производится оценка значения последующего ~с': основанная не предыдущих огсчегех.
Зта оценка вычитается йтеительного значения отсчета. Разность этих сигналов является й»йг „„ Хай предсказания, которая каантуется, кодируется и передается к . »3 основном, е этом методе делается попытка устранить перед .",а»сей явную избыточность а сигнале Декодер выполняет абрат- ( ' ';~(сзарацию, он восстанавливает переоначальныи сигнал из кэантс',Вйск- ошиБок предсказания. ..,''е»(В рис. 2.2.4 показана структурная схема ДИКМ системы. Здесь 411;.,:'"; последоеательность значений входных сто.гетоа, (в;) — предр1йг,, ая последоаательност»ч а (е,) =- (в, — и) (2 2.5) - ЖФ' последовательность ошибок предсказания, которая каантуется, г в, =.
а»в»» + сев, . + сз.с„з+..., т с» в Г.";;:,,-:::-:-':, т с Устоя и передается Когда количество уровней квантования 1»' ее- ,,"(едостатсчнс большим считается А > 8) и используется линей ,,"'»г,„',.','"предсказание, каждое значение (вс) может быть выражено следу рЫ!с-,,::,Ф» коэффициенты устройства предсказания (предсказателя) :;.-,~~~~~1;::;!Ждали каантоеатель или и кеантоеатель и предсказатель адаптиру- й)4 и сигналу, которыи должен кадироеаться, то можно получить зна 4 , ~~4»ь»нее улучшение отношения сигнал/шум Адаптивным кеантоеа йебможно расширить динамический диапазон кодера, если при ши.сг;;-';;,,',,„,,„;разнообразии условии входного сигнала формируется близкий к :;",'~»».;,..
яйаспьнсму размер шага Передатчик Шум дробления Приемник Искам еперег крути Цифровой ФНЧ .. "'"'" Г ° Вьисл е":,","";". Ддя 2.2.6. Шу льте-модул Логические Цифровой ск*мы Цифровой филыр 3,2 «Гц и Лесовой фиг :.2ОВ Гц... зы к Кодер ДМ Дискре хут) — г' ,;яв Декодер ДМ Передача — и- ФНЧ Выход Рнс. 2.2.4, Структурная схема дифференциальной ИКМ системы (дИКМ) )2ЗИ К двум наиболее часто используемым методам адаптации квантсвателя относятся слоговая, или медленнодеиствующая, адаптация и бы стродеиствующая адаптация, или мгновенное компандирование с эагоминанием только одного отсчета. 2.2.3. Дельта-модуляция Исполвэование корреляции в ДИКМ наводит на мысль о воэмож ности избыточной дискретизации сигнала, чтобы увеличить корреляцию соседних отсчетов и эа счет этого реализовать простую стратегию квантования Дельта-модуляция (ДМ) является одноразрядной вереи*и дифференциальной ИКМ.
Кодер ДМ аппраксимирует входную функцию времени сериями линейных сегментов с постоянным наклоном, )а кой аналого-цифровой преобразователь считает~я поэтому линейным дельта-модулятором (рис 2.2.5). В момент каждого отсчета определяется разность между входным сигналом и его последнеи во времени ступенчатой аппроксимацией. б учетом знака этой разности ступенчатая аппроксимзция получает при ращение на значение шага в направлении входного сигнала Таким образом, ступенчатый сигнал у(1) следует за входным сигналом.
Знз ки каждого сравнения между я~с) и тд)) передаются в виде импуль сов нз декодер, которвгй восстанавливает уЯ и затем фильтрует у(г') с помощью ФНЧ, чтобы получить выходной сигнал Шум квантовз ния определяется разностью — Элемент зздерхски ня длительность Размер цззге 2Сг тактового интервала Рис. 2.2.6. Линейный делг те-модулятор гДМ). Зночеггие швг'я 22з )11И и квентоввния в Ли- Рис.
2.2.7. Шум квантования в яции )166) адаптивной дглыз-модуляции )160) больших и быстро меняющихся перепадов сигнала имеют мести искажений перегрузки крутизны г'рис. 2.2 б и 2 2. г). Это Ит вследствие того, что максимальный наклон, которыи мажет атьв дельта-модулятор, равен Ьгз' 2',, где .з5 — значение ша— частота дискретизации. Иэ-эа того. что ступенчатыи сигнал около входного сигнала х(т), вводится шум дробления менение адаптивных методов снижает шум квантования и увединамический диапазон дельта-модуляторов Идею дельта. Егрвтор и Ряг, 2.2.6. Реелиззция здзптивной дельта модуляции нз ИС )160) модуляторов с адаптивным изменением размера шага иллюстрирует рис 2 2.7, а на рис 2.2.8 показана одна из первых ее реализации е виде БИС.
Существует много методов адаптивного изменения разме ра шага [160. 248). Многими фирмами-производителями выпускаютсв адаптивные дельта-модуляторы в«интегральном исполнении, использу ющие совершенные цифровые алгоритмы Цена (при закупке большой партии) одного из таких высококачественных кодеков адаптивной ДМ примерно 1 долл 2.2.4. Всуксодер и кодирсоааниа с линейным предсказанием Для телефонии отличного качества, известного также как «качество междугородной телефонной связи», ИКМ системы требуют скорости передачи /з =- 64 кбит/с С адаптивной ДИКМ и ДМ скорость передачи может быть уменьшена до значении, лежащих в диапазоне от 12 до 32 кбит/с.
Если желательно дальнеишее уменьшение номи нальной скорости передачи при сохранении кодирования речи с качеством телефонии, равным качеству «междугородной связи» или близ. ким к нему, то должны использоваться более совершенные методы кодирования сигнала. К перспективным системам кодирования/декодирования речи от носятся блоковые кодеры [83) Кодеры, используемь«е в обычных ИКМ и адаптивных ДИКМ и ДМ ~истомах, имеют скалярные квантовагелн Скалярные квантователи дают единственный выходиои отсчет, основанный на текущем входном отсчете и А«предыдущих выходных отсчетах (в оБычных ИКМ системах А« = О) Блоковые кодеры формирую« вектор выходных отсчетов, основанный на текущем и Ю предшествующих входных отсчетах Устройства блокового кодирования часто клас сифицируют в соответствии с применяемыми способами отображения («парр«пй еес[«п«йцез), в такую классификацию включаются векторные квантователи кодеры с различными ортогональными преобразованиями и канализированные кодеры, такие как субполосный кодер Далее они описываются своими алгоритмическими структурами включая кс' деры с кодовыми словарями, древовидные и решетчатые кодеры, дискретное преобразование Фурье, дискретное косинусное преобразование, дискретное преобразование Уолша-Адамара, дискретное преобразование Карунена-Лозза и блок квадратурных зеркальных фильтров Подробное описание Блочных кодексе и других перспективных методов кодирования сигналов содержится во многих книгах, например в [84.
302) Субъективные критерии оценки характеристик ошибок кодеров об суждаются в [12, 324) Далее кратко излагаются основные концепции часто используемых вокодеров и перспективных методов кодирования с линейным предсказанием (СРС) Вокодеры моделируют процесс формирования речи Базовая модель включает в себя следующие элементы: 1) сигнал возбуждения, типичный для давления воздуха, модулируемого голосовыми связками; Остаток Речь Инверсный фильтР Фильтр :;«К[я«. 2.в.в. Сигнал возбуждение, полученный инверсной фильтрацией [[84[, ,';[[«4[3:,фильтр, характеризующии речевой тракт человека (ротозея и '" 'ф~' полости) '~,"1(«(забы воспроизвести речь, фильтр, моделирующий «речевой 4; "'тв;:обновляется с относительно медленной скоростью (обычно 50 т[)вг,кекунду), чтобь«имитировать скорость движения рта и языка 'ые вокодеры моделируют фильтр речевого тракта посредством "" иэ 12-32 паласовых фильтров с прилегающими, но неперекрываю" ''ся частотными полосами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
