Мгновенное и почти мгновенное компандирование

Для уменьшения скорости цифрового сигнала ЗВ, используется его компандирова­ние. На передающей стороне сигнал под­вергают компрессии, а на приемной осуществляют– экспандирование. Используют мгновенное и почти мгновенное компандирование. (При мгновенном компандиро­вании каждое кодовое слово преобразуется отдельно).

Характеристики компрессии, применяемые при передаче ЗВС отличаются от применяемых в телефонии. Широкое распространение получили квазилогарифмические ха­рактеристики компрессии типа А (в звуковом вещании) и типа μ (в телефонии). На рис. 3.4 приведена кусочно-линейная аппроксимация харак­теристики А-87,6 /13.

Показана только положительная ветвь симмет­ричной характеристики компрессии. Полная характеристика называ­ется 13-сегментной логарифмической характеристикой типа А-87,6. Интервалы квантования внутри каждого сегмента равны между со­бой и удваиваются при переходе от сегмента к сегменту.

Таким образом, при максимальной разрешающей способности квантователя для слабых сигналов, соответствующей 14- разрядному равномерному квантованию, большие отсчеты кванту­ются с разрешающей способностью, отвечающей 8-разрядному квантованию. При этом общее число уровней квантования равно 1024, т.е. для передачи сигнала достаточно иметь 10-разрядный двоичный код.

На рис. 3.5 (кривая 1) приве­дена зависимость отношения сигнал/искажение квантования R от уровня входного сигнала для 10-разрядного кодирования с характеристикой типа А-87,6/13. На этом же рисунке дано от­ношение сигнал/искажение (кри­вая 2) для гармонического вход­ного сигнала. При больших уров­нях сигнала отношение сиг­нал/искажение составляет около 50 дБ. Такое отношение оказывается недостаточным для высококачественной передачи и восприятия ЗВС.

При рассмотрении квантова­ния сигналов малого уровня от­мечается заметность возникающих при этом искажений. Когда НЧ составляю­щая принимает большие значения, то осуществляется грубое квантование, при котором ВЧ состав­ляющая малого уровня не проходит на выход квантователя (рис 3.6). При этом могут иметь различные фазовые и амплитудные соотношения, подчеркивающие искажения квантования и делающие их хорошо заметными на слух.

Получила также распространение характеристи­кА компандирования μ-15/7, в которой используется 12-разрядное представление сиг­нала. При частоте дис­кретизации 32 кГц, для передачи сигнала ЗВ с полосой 15 кГц, скорость цифрового потока составит 384 кбит/с. Если, для передачи звуковых программ используются телефонные каналы со скоростью передачи 64 кбит/с, то потребуются 6 таких каналов.

При мгновенном компандировании устраняется психофи­зиологическая избыточность слуха человека, связанная с низкой заметностью искажений квантования на фоне сильного сигнала. Существуют и другие возможности уменьшения цифровой скорости передачи. Известно, на­пример, о преобладании в спектре НЧ составляющих и о незначи­тельной величине ВЧ составляющих, о высокой корреляции между отсчетами и о сравнительно медленном изменении огибающей ЗВС, что свойственно естественному звуковому сигналу. Все это позволя­ет не передавать с каждым отсчетом информацию о размере шага квантования, как при МК. Считается, что максимальная скорость нарастания ЗВС не пре­вышает 5 мс, а спадание звукового сигнала в силу реверберации всегда происходит медленнее. Если передавать размер шага кван­тования, например, один раз за миллисекунду, то для кодирования можно использовать 5 шкал квантования. В этом - суть почти мгно­венного компандирования (ПМК), которое поясняет рис. 3.7.

Шаг квантования при пере­ходе от шкалы к шкале удваива­ется. Отношение сигнал/ искаже­ние квантования при передаче с помощью ПМК реального звуко­вого и гармонического сигналов представлено на рис. 3.8. Мощ­ность шумов квантования, как и при МК, зависит от свойств сиг­нала.

Скорость цифрового потока при частоте дискретизации 32 кГц составит: 323 кбит/с.

Для передачи такого цифрового потока необходимо абониро­вать, по-прежнему, те же шесть телефонных каналов.

Характерные искажения при МК и ПМК – это шумы квантования, шумы огра­ничения, искажения бигармонического сигнала. В МК и ПМК частично устранена психофизическая избыточность, обусловленная низкой заметностью искажений на фоне сигнала, а также статистическая избыточность, связанная с использованием известных заранее свойств ЗВС и малой скоростью изменения огибающей.

Метод почти мгновенного компандирования рекомендован МККТТ для применения в аппаратуре высококачественной передачи сигналов ЗВ.