Влияние цифрового тракта на качество передачи звуковых сигналов. Маскировка

Искажения ЗВС возникают не только при аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях, но и при передаче сигнала по цифро­вым трактам. Это ошибки в отдельных символах или ко­довых словах цифрового сигнала, фазовые дрожания цифрового сигнала, проскальзывания. Все эти искажения преобразуются на аналоговом выходе системы связи в искажения сигнала ЗВ, которые при восприятии слушателем оказываются заметными на слух.

Цифровым системам передачи присущ пороговый эффект, т.е. резкое нарастание искажений, когда параметры цифрового тракта передачи выходят за допустимые пределы. В противном случае пе­редача осуществляется практически без искажений. Для избежания влияния цифрового тракта на качество передачи ЗВС достаточно допустимые искажения цифрового сигнала трансформировать в ис­кажения на аналоговом выходе, лежащие ниже порога чувствитель­ности человеческого слуха.

При передаче цифровых сигналов по линии связи возни­кают цифровые ошибки, вызванные несоответствием между принятыми и пере­данными символами цифрового сигнала. Эти ошибки могут быть одиночными или группироваться в пакеты. Обычно при цифровой передаче вещательных сигналов принимают меры против влияния пакетов ошибок - так называемое перемежение символов и кодовых слов на стороне передачи и их деперемежение на приемной стороне. В результате ошибки рассредоточиваются и воспринимают­ся как ряд одиночных ошибок.

Одиночная ошибка в кодовом слове вызывает на приемной сто­роне неправильное восстановление отсчета, т.е. искажение выходного аналогового сигнала, которое субъективно воспринимается как щелчок. Величина громкость щелчка зависят от веса искаженного разряда кодового слова, а также от уровня и характера маскирующего сигнала. При попадании ошибки в младшие разряды щелчок не отмечается даже при отсут­ствии маскировки. В то же время ошибки в пяти-шести старших раз­рядах кодовых слов вызывают глубокие изменения уровня сигнала и проявляются в виде громких щелчков, сильно ухудшающих качество восприятия звуковых программ.

В зависимости от веса разряда громкость щелчка: будет различной (рис. 3.14). Пороговая заметность щелчка составляет 0,6 сона. Следовательно, как это видно из приведенного графика, ошибки в 4 старших разрядах будут уверенно заметны, до 6-го - слышны, а начиная с 7-го - практически незаметны (ниже по­рога слышимости).

На фоне сиг­нала заметность восприятия одиночных ошибок будет небольшой . В табл. 3.2 при­ведены данные о заметности ошибок на фоне фрагментов звуковых программ разных жанров. Видно, что заметность искажений на фоне сиг­нала гораздо ниже – из-за маскировки по частоте и времени, т.е.^: маскирующий эффект сигнала снижает число опасных разрядов примерно до четырех-пяти.

Среднее значение коэффициента ошибок (Р_ош) для цифровых каналов большой протяженности (более 25 ООО км) не превышает 1^.10 ^-6. Если предположить, что каждая вто­рая ошибка воспринимается на аналоговом выходе как щелчок, то при цифровой скорости передачи сигнала ЗВ около 300 кбит/с сред­нее время между щелчками составит примерно 6 с, что недопустимо для высококачественного восприятия звуковых программ. При высококачественном звуковоспроизведении субъективно допустимо появление не более одного щелчка в час. Исходя из этого, определяется величина максимально допустимой вероятности ошибок в канале передачи: (Р_ош)_доп ≤ 1,5 х10 ^-9.

Искажения цифрового сиг­нала стараются трансформировать в искажения аналогового сигнала, лежащие ниже порога чувствительности человеческого слуха. На основе этого реализуется маскирование - замена искаженного отсчета ЗВС другим отсчетом, минимально отличаю­щимся от истинного. При этом инерционность слуха человека позво­ляет эффективно маскировать ошибки, если их число не превышает пяти-десяти в секунду.

В цифровых системах для уменьшения влияния цифровых ошибок применяют избыточные (помехоустой­чивые) коды, в которых избыточ­ность используют для обнаруже­ния или исправления ошибок. Если обнаружен ошибочный от­счет, то его маски­руют - восстанавливают путем экстраполяции по предыдущему неискаженному отсчету или ин­терполяции по предыдущим и последующим неискаженным отсчетам. Кривые заметности ошибок интерполяции от ее по­рядка приведены на рис. 3.15 [11].

Из графиков следует, что даже интерполяция нулевого порядка (замена искаженного отсчета предыдущим) - кривая 1 - позволяет снизить заметность искажений. Односторонняя интерполяция перво­го порядка - кривая 2, двусторонняя - кривая 3 и т.д. позволяют све­сти искажения к ошибкам в младших разрядах с подпороговой гром­костью.

При группировании ошибок в цифровом тракте передачи приводит к щелчку на выходе аппаратуры ЗВ, однако амплитуда импульса помехи и соот­ветствующая громкость щелчка, как правило, значительно больше, чем при интерполяции. При этом недопустимые искажения возника­ют при более низких коэффициентах ошибки. Поэтому в каналах пе­редачи ЗВС всегда принимаются меры по уменьшению группирова­ния ошибок.

Для борьбы с доста­точно большими пакетами ошибок используют помехоустойчивое кодирование в совокупности с перемежением символов, позволяю­щим превратить ошибки большой кратности во множество одиноч­ных (или двойных) ошибок. При этом удается исключить влияние пакетов ошибок, насчитывающих до 32 символов.

При передаче цифрового сигнала по линейному тракту возникает фазовое дрожание цифрового сигнала (джиттер), т.е. отклонение моментов сигнала от их идеальных положе­ний. При передаче по длинной цепочке регенераторов происходит увеличение амплитуды фазового дрожания. Фазовое дрожание циф­рового сигнала возникает также при асинхронном объединении циф­ровых сигналов, в частности при асинхронном сопряжении цифрово­го сигнала ЗВ с цифровыми сигналами первичной ЦСП [11]. Фазовые дрожания цифрового сигнала приводят к соответствующим фазовым флуктуациям импульсов дискретизации ЗВС, а отклонение моментов дискретизации от идеальных положений - к искажениям переданно­го аналогового сигнала.

Определена граница допустимой амплитуды дрожания АИМ сигнала, кото­рая составляет 50 нс. Пороговые по слышимости амплитуды дрожа­ния приведены на рис. 3.16. Как видно из рисунка, пороговая амплитуда дрожания зависит от частоты сигнала и дрожания. На ее заметность влияет также уровень звукового давления при воспроиз­ведении искаженных сигналов. Наиболее существенно пороговая амплитуда зависит от частоты дрожания.

Fдр (Гц)

Рис. 3.16. Пороговые по слышимости амплитуды дрожания

Проскальзывания могут возникать вследствие неправильного приема команд согласования скоростей в аппаратуре группообразования, при переключении основного и резервного трактов передачи. Связанное с проскальзыванием выпадение или вставка цифровых символов при передаче цифрового сигнала ЗВ вызывает, как прави­ло, нарушение цикловой синхронизации при условии, что цифровой ЗВС снабжен собственным цикловым синхросигналом. В этом слу­чае проскальзывание вызывает на аналоговом выходе аппаратуры щелчок, эквивалентный щелчку, появляющемуся при нарушении циклового синхронизма.