Прокис Дж. - Цифровая связь (1266501), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Кодеры ИКМ и ДИКМ, однако, проектируются в предположении, что выход источника стационарен. т, Эффективность и рабочие характеристики таких кодеров могут быть улучшены, если они будут адаптироваться к медленно меняющейся во времени статистике источника. Как в ИКМ, так и в ДИКМ ошибка квантования д,, возникающая в равномерном квантователе, работающем с квазистационарным входным сигналом, будет иметь меняющуюся во времени дисперсию (мощность шума квантования). Одно улучшение„которое уменьшает динамический диапазон шума квантования, — это использование адаптивного квантователя.
Хотя квантователь можно сделать адаптивным различными путями, относительно простой метод сводится к использованию равномерного квантователя, который меняет величину шага квантования в соответствии с дисперсией последних сигнальных отсчетов. Например, '1, . краткосрочная текущая оценка дисперсии х может быть рассчитана для входной последовательности (х„~, и на основе такой оценки может быть установлен размер шага. В своем простейшем виде алгоритм для установки размера шага использует только предыдуший отсчет сигнала.
Такой алгоритм.был успешно использован Джайантом (1974) 8-.56 И" при кодировании сигналов речи. Рисунок 3.5.5 иллюстрирует такой (3-битовый) квантователь, в котором размер шага устанавливается рекуррентно согласно соотношению Ли„= Л.М(И), (3.5.1 5) где М(н) — множитель, величина которого зависит от уровня квантования отсчета х„а Ли— размер шага квантования для обработки зги.
Величины множителей, оптимизированные для кодирования речи, были даны Джайантом (1974). Эти значения даны в табл. 3.5.1 для 2-, 3- и 4-битового адаптивного квантователя. Выход а Предыдущий 11 ! и — ВыхОд Множитель - — > Вход Рис. 3.5.5. Пример каантоаатедя с адаитиаиым размером шага (Джайанз; 1974) Таблица 3.5,1. Коэффициенты умножения для адаптивной установки размера шага (Джайант, ! 974).
ДИКМ 2 3 4 0,80 1,60 Если выход источника квазистационарный, предсказатель в ДИКМ также можно ъ сделать адаптивным. Коэффициенты предсказателя могут время от времени меняться, чтобы отразить меняюшуюся статистику сигнала источника. Линейные уравнения (3.5.9) -'- остаются справедливыми и с краткосрочной оценкой автокорреляционной функцией хи,' поставленной вместо оценки функции корреляции по ансамблю. Определенные таким 1м М(1) 0,60 М(2) 2,20 М(3) М(4) М(5) М(6) М(7) М(8) 0,85 0,80 1,00 0,80 1,00 0,80 1,50 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 0,90 0,90 0,90 0,90 1,25 0,90 1,70 0,90 1,20 1,60 2,00 2,40 образом коэффициенты предсказателя могуг быть вместе с ошибкой квантования е„ переданы приемнику, который использует такой же предсказатель. К сожалению, передача коэффициентов предсказателя приводит к увеличению необходимой битовой скорости, частично компенсируя снижение скорости„достигнутое посредством квантователя с немногими битами (немногими уровнями) для уменьшения динамического диапазона ошибки е„, получаемой при адаптивном предсказании.
В качестве альтернативы предсказатель приемника может вычислить свои собственные коэффициенты предсказания через е, и х„, где р х„=е„+ ~> а,х,, (3.5.16) Дельта-модуляции (ДМ). Дельта-модуляцию можно рассматривать как простейшую форму ДИКМ, в которой используется двухуровневый (1-битовый) квантователь в соединении с фиксированным предсказателем первого порядка. Блок-схема кодера и декодера для ДМ показана на рис. 3.5.6, а. Заметим, что (3.5.17) Поскольку Ъ д„= е„— е„= е„- (х„— х„), то следует х,г = ха 1+Чи,. образом, оцененное (предсказанн Таким предыду разности эквивале ,;. равным к г„масштаби Эквивале рис.
3.5.6, ое) значение х„ в действительности является умом квантования 9„,. Также заметим, что интегратор со входом е„. Следовательно, мененным ш щим отсчетом х„,, из ое уравнение (3.517) нтной реализацией пре вантованному сигналу руется некоторой вел нтная реализация пок аппроксимирует сигн определяет дсказателя пе ошибки е„. ичиной, скаж рвого порядка является интегратор со входом, В общем случае квантованный сигнал ошибки ем Л,, которая называется размерам гаага.
.5.6, Ь. В результате кодер, показанный на дством линейной ступенчатой функции. Для азана на рис. 3 ал х(г) посре 115 Если пренебречь шумом квантования, х, эквивалентно х„. Следовательно, х„можно использовать для оценки автокорреляционной функции ф(п) в приемнике, и результирующие оценки могут бьггь использованы в (3.5.9) вместо ф(п) при нахождении коэффициентов предсказателя. Для достаточно качественного квантования разность между х, и х, очень мала. Следовательно, оценка ф(п), полученная через х„, практически адекватна для определения коэффициентов предсказателя. Выполненный таким образом 1,:: '!:: адаптивный предсказатель приводит к низкой скорости кодирования данных источника.
Вместо использования блоковой обработки для нахождения коэффициентов предсказателя ( а, ), как описано выше, мы можем адаптировать коэффициенты ы,::, ' предсказателя поотсчстно, используя алгоритм градиентного типа, подобный адаптивному градиентному алгоритму выравнивания, который рассматривается в гл. 11. Похожий алгоритм градиентного типа также разработан для адаптации фильтровых коэффициентов (а,) и (Ь,) для системы ДИКМ, показанной на рис. 3.5.4.
За подробностями такого алгоритма читатель может обратиться к книге Джайанта и Нолля (1984). относительно хорошей аппроксимации сигнал х(1) должен меняться медленно относительно скорости стробировання. Это требование подразумевает, что скорость стробировапия должна быть в несколько раз (не меньше 5) больше скорости Найквиста. К дередатчи ау Деюдер иеточииаа выход аод Деиодер иеичиика Рис. З.б.б.
(а) Блок-схема системы Л-модуляции. (б) Эквивалентная реализация системы Л-модулящв1 При заданной скорости стробирования характеристика качества кодера ДМ ограничена двумя видами искажений, как показано на рис. 3.5.7. Одно называется перегрузкой ло наклону. Оно вызывается размером шага Л,, который слишком мал, чтобы следить за сигналом, который имеет крутой наклон, Второй тип искажений, названный зцульаи дробления, возникает от использования размера пзага, который слишком велик для сигнала, имеющего малый наклон. Необходимость минимизации обоих видов искажения приводит,", '.-!: к противоречивым требованиям для выбора размера шага Л, .
Решение сводится к выбор) Л,, который минимизирует сумму средних квадратов от двух видов искажений. Даже если Л, оптимизирован для минимизации общего среднего квадрата ошибки по ''1 наклону и шуму дробления, рабочая характеристика кодера с ДМ может все ешли остаться неудовлетворительной. Альтернативное решение заключается в выборе переменного .",, размера шага квантования, который адаптируется к кратковременным характеристикам;:",,: сигнала источника, т.е.
размер шага увеличивается, когда сипил имеет крутой наклон, и ' уменьшается, когда сигнал имеет относительно малый наклон. Эта адаптивная характеристика иллюстрируется рис. 3.5.8. 11б пб и лроояеиив Шум дробления д|) и . !|) искгоке перс'Р| по и.и. Рис.
3.5.7. Пример искажений перегрузкой по наклону Рис. 3.5.8. Пример кодирования при дельта-модуляции и шума дроолення в кодере дельта-модуляции с переменным размером шага ь Для адаптивной установки размера шага на л|обой итерации могут быть использованы различные методы. Кваптованная последовательность ошибок е„создает хоро|лий критерий характеристик наклона кодируемого сигнала.
Если у квантованной ошибки с, меняется знак между последовательными итерациями, это указывает на то, что нак юп сигнала в этой области относительно мал. С другой стороны. когда сигнал имеет крутой наклон, последовательные значения ошибки е„имеет одинаковый знак. 11а основе этих наблюдений возможно создать алгоритм, который уменьшает или увеличивает размер шага в зависимости от последовательных значений е„.
Относительно простое правило, предложенное Джайантом (1970), сводится к адаптивному изменению размера шага согласно соотношению Л = с5,, К'" е ', и = ! 2 И |де К > 1 — константа, которая выбирается так, чтобы минимизировать суммарное искажение. Ьлок-схема кодера-декодера ДМ, которая включает этот адаптивный алгоритм, показана на рис. 3.5.9. В технической литературе были исследованы и описаны насколько других вариантов адаптивного кодирования ДМ.
Особенно эффективную и популярную технику, впервые предложенную Грифкссом (1970). называют дельта-л|ос)уляцпей с лепрерыепо меля|ощнмея наклоном (ДМ НМН). В ДМ НМН адаптивный параметр размера шага можно выразить так: ˄— -ссЬи, +к, если е„,с„, и с„а имеют одинаковые знаки; в противном случае ˄— аЛ„, +ка. Параметры сс,7с„ка выбираются так, что 0<се <1 и 7с, » Ь >О.
Для более полного обсуждения этого и других вариантов адаптивный ДМ интересующемуся читателю следует обратиться к статьям Джайанта (1974) и Фланагана и др. (1979). Они содержат обшнрну|о библиографию. ИКМ, ДИКМ, адаптивные ИКМ, адаптивные ДИКМ и' ДМ используют технику кодирования источника, которая пытается достоверно предстат|ть временну|о !,'-: ' форму выходного сигнала источника. Следукндий класс методов кодирования сигналов основывается на спектральных представлениях сигнала источника. ||7 персватчвку Рис. 3.5.9.
Пример системы дельта-модуляции с адаптивным размером шага 3.5.2. Спектральное кодирование сигнала В этом разделе мы кратко опишем методы кодирования сигнала„согласно которым фильтруют выход источника в определенном числе частотных полос или подполос н раздельно кодируют сигнал в каждой подполосе. Кодирование сигнала может быть выполнено во временной области в каждой подполоске или в частотной области, в которой представлен временной сигнал каждой подполоски.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
