Модуль сжатия речевых сигналов цифровой АТС

скачать (2317.6 kb.)

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

1.3.2 Адаптивная дельта-модуляция


Известен ряд методов адаптивной дельта - модуляции (АДМ) /1/. Большинство этих методов основано на адаптации по выходу, когда шаг квантования перестраивается по выходной последовательности кодовых слов. Подобное построение кодеков АДМ обладает тем преимуществом, что не требует синхронизации по кодовым словам, поскольку при отсутствии ошибок шаг квантования, как передатчика, так и приемника перестраивается в одной и той же кодовой последовательности. Поскольку минимальный шаг квантования может быть сделан значительно меньше, чем тот, который необходим для оптимальной работы линейного дельта - модулятора, шум дробления может быть существенно уменьшен. Аналогично максимальный шаг квантования можно сделать большим, чем максимальная крутизна входного сигнала, что приведет к уменьшению шума перегрузки по крутизне.

Улучшение качества систем АДМ достигнуто путем ее незначительного усложнения. Поскольку адаптация осуществляется по выходному потоку двоичных символов, система АДМ сохраняет основное преимущество систем с дельта - модуляцией, т.е. не требует синхронизации по кодовым словам.

По сути, дельта - модулятор представляет собой систему с дифференциальной ИКМ (ДИКМ). Дельта - модулятор также можно назвать одноразрядной системой с ИКМ. В общем случае, однако, термин “разностная ИКМ" применяется по отношению к системам, в которых квантователь имеет более двух уровней квантования.

1.4 Дифференциальная ИКМ



Дифференциальная ИКМ основана на нелинейном отслеживании за передаваемым сигналом. В кодере можно выделить цепь обратной связи, где используется местный декодер. Из выходного цифрового сигнала формируется сигнал (оценка, копия), сравниваемый с исходным передаваемым сигналом (рис.1.2). Сигнал разности после дискретизации квантуется и по знаку, и по величине, после чего формируются двоичные символы или кодовые слова цифрового сигнала. В отличие от случая ИКМ при дифференциальной ИКМ квантованию подвергается не сам исходный сигнал, а разность между ним и результатом предсказания, формируемым на выходе предсказателя. Погрешность квантования этой разности, определяемая используемым в кодере квантователем, характеризует различие между исходным сигналом и его квантованной копией (аппроксимирующим сигналом) на выходе предсказателя.

речевой сигнал сжатие модуль

На приемной стороне из принятого цифрового сигнала аналогичным образом формируется квантованный аппроксимирующий сигнал, который после низкочастотной фильтрации и усиления поступает на выход телефонного канала.
Структурная схема кодека ДИКМ



Рис.1.2

1.5 Адаптивная дифференциальная ИКМ



Учесть нестационарный характер речевого сигнала, а в частности медленное изменение его мощности (дисперсии), позволяет адаптивный квантователь. Шаг квантования изменяется в соответствии с дисперсией квантуемого сигнала, при этом оценка дисперсии может осуществляться в результате анализа либо входного, либо выходного сигнала квантователя. Соответственно имеем прямое (ПУ) и обратное (ОУ) управление квантованием. Достоинством алгоритмов с ПУ, когда оптимальная нагрузка квантователя регулируется по оценке кратковременной дисперсии входного сигнала, является высокая помехоустойчивость передачи информации о шаге квантования. Однако требуется дополнительная пропускная способность тракта для передачи сигнала управления в декодер.

Структурная схема адаптивного квантователя с прямым управлением (рис.1.3) содержит блок адаптации и адаптивно управляемые аналого - цифровой (АЦП) и цифро - аналоговый (ЦАП) преобразователи.

При обратном управлении квантованием оценивается кратковременная дисперсия сжатого (скомпрессированного) квантованного сигнала. В этом случае сигнал управления шагом квантования выделяется из последовательности кодовых слов с выхода кодера на передающей стороне и с входа декодера на приемной стороне. Структурная схема адаптивного квантователя с ОУ (рис.1.4) содержит те же функциональные элементы, что и квантователь с ПУ, изменилось лишь место включения входа блока адаптации.

В дифференциальных кодеках формируется аппроксимирующее напряжение, сравниваемое с передаваемым сигналом. Эта процедура предсказания может быть фиксированной или адаптивной.

L - число отсчетов прямоугольного весового окна,

- шаг квантования.

Структурная схема квантователя с прямым управлением



Рис.1.3
Структурная схема квантователя с обратным управлением



Рис.1.4. Кодер адикм
На рис.1.5 представлена структурная схема кодера АДИКМ /2,3/.

После преобразования входного сигнала ИКМ из A - или ?-закона в стандартную ИКМ, получается сигнал различия, вычитанием оценки входного сигнала от самого входного сигнала. Адаптивный квантователь уровня используется для того, чтобы назначить пять, четыре, три или две двоичных цифры для передачи в дешифратор величины сигнала различия. Обратный квантователь производит квантование сигнала различия. Сигнальная оценка добавляется к этой квантованной разнице сигналов, для того чтобы можно было произвести восстановление входного сигнала. Как восстановленный сигнал так и квантованный разностный сигнал обрабатываются адаптивным предсказателем, который производит оценку входного сигнала, этим самым завершает цикл обратной связи.

На рис.1.5 представлена структурная схема кодера (для каждой описанной переменной, k - индекс дискретизации и отсчеты взяты с интервалами 125 мкс).


d (k) =?sl (k) ??se (k).
Используется неоднородный адаптивный квантователь для квантования разностного сигнала d (k), для того чтобы оперировать с 40, 32, 24 или 16 кбит/с. Перед квантованием d (k) преобразовывается в логарифмическое представление по основанию 2 и масштабируется при помощи y (k), которая вычисляется как коэффициент масштабирования блока адаптации. Для того чтобы закодировать уровень квантования, представляющий d (k) используется выбранное количество разрядов двоичных чисел. Один из которых предназначен для знака, а другие - для кодирования величины.

Обратный адаптивный квантователь получает квантованную версия dq (k) разностного сигнала масштабированием, с использованием y (k).

Квантователь коэффициента масштабирования адаптации вычисляет y (k) - коэффициент масштабирования для квантователя и обратного квантователя.

Основной принцип, использованный в масштабировании квантователя - это двухрежимная адаптация:

  1. быстро для сигналов (например, речи), с большими колебаниями разницы между выходными сигналами;

  2. медленно для сигналов (например, данные в полосе частот речи, тон), с небольшими колебаниями разницы между выходными сигналами.

Скорость адаптации управляется комбинацией коэффициентов масштабирования, характеризующих быстрые и медленные изменения сигнала.

Адаптивный предсказатель должен вычислить сигнальную оценку se (k) из квантованной сигнальной разницы dq (k).


Декодер АДИКМ
На рис.1.6 представлена структурная схема декодера АДИКМ /2,3/. Функции многих блоков декодера и кодера сходны. Т.о. функции обратного адаптивного квантователя, квантователя коэффициента масштабирования адаптации, адаптивного предсказателя и восстановителя сигнала описаны ранее при рассмотрении структуры кодера.

Сначала выполняется преобразование сигнала из A - или ?-закона sp (k) в стандартную ИКМ - сигнал stx (k) и затем обрабатывается разностный сигнал dx (k):
dx (k) =?slx (k) ??se (k).
Разностный сигнал dx (k) - затем сравнивается с квантованным АДИКМ сигналом и, выносится решение на интервале сигнала. Сигнал sd (k) (sd (k) - выходное кодовое слово ИКМ декодера) - затем определяется следующим образом:

s+p (k) - ИКМ кодовое слово, которое представляет наибольший положительный выходной уровень ИКМ (когда sp (k) представляет наибольший положительный выходной уровень - s+p (k): - ограничивается, и принимается за sp (k)),

s - p (k) - кодовое слово ИКМ, которое представляет наибольший отрицательный выходной уровень ИКМ (когда sp (k) представляет наибольший отрицательный выходной уровень - s-p (k): - ограничивается, и принимается за sp (k)).

Т.о. можно видеть, что многие функции кодера и декодера сходны, поэтому их рассмотрение производится не будет.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

1.3.2 Адаптивная дельта-модуляция



Рефераты Практические задания Лекции
Учебный контент

© ref.rushkolnik.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации