ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПАКТНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

Целью компрессии (компактного представления) звуковых веща­тельных сигналов (ЗВС) является снижение скорости цифрового по­тока на выходе кодера источника до предельно возможной величи­ны, при которой шумы, помехи и искажения остаются еще незамет­ными на слух даже для высококвалифицированных экспертов, т.е. при условии сохранения заданного качества воспроизведения сиг­нала в результате цифро-аналогового преобразования. Это может быть использовано либо для повышения пропускной способности системы передачи в заданной полосе частот, либо для уменьшения полосы частот, необходимой для передачи заданного объема звуко­вой информации.

В стандартах MPEG имеется несколько профилей и уровней компрессии. Профили определяют область применения алгоритма, а уровни (слои) - степень компрессии цифровых данных (Layer 1, Layer 2 и Layer 3):

Layer 1 — рекомендуется для применения в профессиональной области, в системах записи-перезаписи с высоким студийным качест­вом с достаточной емкостью памяти; он характеризуется небольшой сложностью и невысокой степенью редукции аудиоданных. Основные параметры: скорость цифрового потока 192...256 кбит/с, коэффициент компрессии около 4 мс, задержка сигнала при обработке около 20 мс.

Layer 2 — потребительская область применения - высококачест­венное радиовещание; ему соответствует средняя сложность и средняя степень компрессии цифровых аудиоданных. Основные параметры: ре­комендуемая скорость цифрового потока 128 кбит/с при кодировании звукового сигнала с полосой частот, равной 40...15 кГц; коэффициент компрессии 6; задержка сигнала при обработке 40...50 мс.

Layer 3^s— рекомендуется для передачи звуковых сигналов по сети ISDN в профессиональной области со средним качеством Inter­net-вещания, отличается высокой сложностью и характеризуется следующими параметрами: скорость цифрового потока 64 кбит/с при полосе звукового сигнала 40... 15 кГц, время задержки при его обра­ботке более 50 мс.

В новейших гибридных методах кодирования, сочетающих в се­бе идеи параметрического кодирования и кодирования с преобразо­ванием (стандарт ISO/IEC 13818-7 ААС), удалось уменьшить ско­рость цифрового потока при передаче стереофонического сигнала до 32...64 кбит/с, т.е. примерно в 25 раз по сравнению с ее исходной величиной в приблизительно 1,5 Мбит/с. Такой результат достигает­ся благодаря устранению психофизической и статистической из­быточности кодируемого сигнала.

Сокращение статистической избыточности базируется на учете свойств самих звуковых сигналов, а психоакустической - на учете свойств слухового восприятия. В системах связи и вещания естест­венная (статистическая и психофизиологическая) избыточность ис­точника сообщений является ресурсом, который традиционно используют для умень шения цифровой скорости передачи, при этом сокращение обоих видов избыточности при цифровом представле­нии ЗВС является достаточно серьезной проблемой.

Статистическая избыточность обусловлена наличием корре­ляционной связи между соседними отсчетами временной функции звукового сигнала при его дискретизации. Для ее уменьшения приме­няют достаточно сложные алгоритмы обработки. При их использова­нии потери информации нет, однако исходный сигнал оказывается представленным в более компактной форме, что требует меньшего количества бит при его кодировании. Важно, чтобы все эти алгоритмы позволяли бы при обратном преобразовании восстанавливать исход­ные сигналы без искажений.