Влияние ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ на свойства и восприятие звуковых программ

Основные преимущества цифровых систем передачи:

- высокая помехоустойчивость при передаче по низко­качественным каналам (симметричный

кабель, эфир, аналоговые РРЛ) при низких отношениях сигнал-шум;

- независимость ка­чественных показателей от расстояния и топологии сети связи;

- совместимость различных видов информации, представленных в цифровой форме (звуковое

вещание, телевидение, передача данных и т.д.),

- возможность неограниченного тиражирования информации без ухудшения ее параметров.

Недостатки цифрового представления звука:

- высокая утомляемость слушателей;

- большие искажения низкоуровневых сигналов;

- мозаичность стереовосприятия.

- Аналого-цифровое преобразование

Аналого-цифровое преобразование включает три операции: дискретизацию, квантование и кодирование.

Дискретизация – это замена непрерывной функции ее дискретными значениями. При этом чем чаще делаются выборки, тем точнее будет отображен характер изменения функции. (Рис). Однако слишком увеличивать частоту дискретизации невыгодно. Поэтому согласно теоремы Котельникова звуковой сигнал с верхней частотой F_B, может быть полностью восста­новлен по последовательности своих отсчетов, следующих с частотой 2F_B. (Fд ≥ 2F_B)

В настоящее время в каналах вещания используются сле­дующие частоты дискретизации:

- в тракте формирования программ - 44,1 кГц (компакт-диск) и 48 кГц (цифровые магнитофоны, пульт

звукорежиссера);

- в трактах первичного распределения - 32 кГц (звуковое ве­щание), 31,25 кГц (звуковое

сопровождение ТВ);

- в системах цифрового радиовещания - 32 и 48 кГц.

Следующими этапами аналого-цифрового преобразования отсчетов сигнала являются: квантова­ние и кодирование. При квантовании отсчетам аналогового сигнала ставят в соот­ветствие конечное множество значений - уровней квантования. При кодировании каждому уровню квантования ставят в соответст­вие кодовое слово, содержащее определенное число двоичных символов. Эти процессы выполняются одним устройством - кодером сигнала.

Расстояние между разрешенными уровнями – называется шагом квантования . Шаги квантования могут быть равномерными и неравномерными. Разность между исходным и квантованным сигналами назы­вается ошибкой, или шумом, квантования. Мощность шумов квантования определяется шагом квантования: Р_кв =δ²/12.Из рис. 3.1а видно, что при очень малых сигналах, ам­плитуда которых меньше шага квантования δ, величина искажений квантования возрастает. Так, для сигналов с амплитудой меньше δ происходит центральное ограничение, при котором слабые сигналы не передаются на выход системы. Это приводит к неприятным субъективным ощущениям слушателя в условиях восприятия высококачествен­ных программ.

Для отсчетов сигнала, превышающих максимальные значения шкалы квантования, возникают искажения перегрузки (рис. 3.1,б). При небольшой пе­регрузке искажения могут быть замаскированы сигналом и не приводят к заметным на слух искажениям. . На рис. 3.2 приведена зави­симость заметности искажений от коэффициента перегрузки к_п = = 20log |Х_макс| / х, где |Х_макс| - максимальный по модулю отсчет.

Искажения квантования мож­но уменьшить путем неравномерного размещения порогов кванто­вания с учетом распределения вероятностей появления мгновенных значений входного сигнала.

Число уровней квантования N и число разрядов n должны быть согласо­ваны с динамическим диапазоном входного сигнала ЗВ и динамическим диапазоном че­ловеческого слуха. Желательно, чтобы искажения квантования ле­жали ниже порога чувствительности человеческого слуха. На рис. 3.3 приведено семейство кривых громкости искажений L_rp (L_n) ( в сонах) при различном числе разрядов квантования n Для 16-разрядного квантователя ре­альный динамический диапазон передаваемых сигналов близок к динамическому диапазону слуха и составляет 106...110 дБ.

Однако, в реальных условиях искажения сиг­налов малого уровня очень заметны на слух, а ошибки квантования велики, что приводит к необходимости использования АЦП с 18….20-разрядным представлением ЗС.