Сокращение избыточности при передаче звуковых сигналовРечевые сигналы Речевые сигналы занимают полосу частот, равную примерно 3 кГц. Для их передачи с высоким качеством в цифровом виде с помощью ИКМ требуется канал связи со скоростью передачи 64 Кбит/с. Устранение избыточности речевых сигналов позволяет уменьшить эту скорость. Одним из методов сокращения избыточности сигналов речи является применение адаптивной ДИКМ. В этом методе осуществляется преобразование в цифровую форму разности между передаваемым отсчетом сообщения и его предсказанным значением по нескольким предыдущим отсчетам. Применение ДИКМ позволяет для речевых сигналов сократить необходимую скорость передачи в 2-4 раза. Уменьшить избыточность сигналов речи можно и с помощью вокодерной техники. Первое изобретение вокодера, позволявшего сократить избыточность речевых сигналов, было сделано в 1939 году американским инженером Г. Дадли. В течение многих лет инженеры США, России, Франции, Японии и других стран работали над совершенствованием вокодеров. В вокодерах путем анализа речевого сигнала голосовой тракт моделируется формирующим фильтром, возбуждаемым импульсным и шумовым сигналами. В процессе анализа определяются основные параметры речевого сигнала - параметры формирующего фильтра и частота основного тона речи, определяющая частоту импульсного воздействия. Эти параметры изменяются медленно, и для их передачи требуется скорость 4.8-16 Кбит/с. Вокодеры широко применяются в современных системах подвижной связи. В системе сотовой подвижной связи стандарта GSM применяется вокодер с многоимпульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием. Над проблемами создания вокодерной техники активно работали многие советские ученые: А. П. Петерсон, А. С. Пирогов, М. А. Сапожков, Н. Н. Акинфиев, С. П. Баронин, В. Е. Муравьев, Ю. К. Трофимов, А. И. Куштуев и др. Современные методы компрессии речевых сигналов позволяют повысить эффективность использования канала связи в 15-30 раз. Вокодеры находят применение не только в системах подвижной и спутниковой связи, но и в устройствах запоминания речи, криптографии речевых сигналов, в устройствах автоматического распознавания речи и т. п. Повысить приблизительно в 2 раза эффективность использования каналов связи в многоканальных системах, по которым передаются сигналы речи, возможно и более простыми методами, без применения в каждом канале вокодеров. Этого можно достичь, используя то обстоятельство, что каждый абонент занимает канал только 40% времени, в течение которого он говорит. Первой подобной системой, в которой паузы речи использовались для увеличения пропускной способности каналов связи, была аналоговая 48-канальная система TASI, созданная в 1957 году для подводной кабельной телефонной связи между Европой и Америкой. В 1978 году в СССР был разработан цифровой аналог системы TASI, названный блочной ИКМ (БИКМ). В системе БИКМ сигнал каждого канала длительностью 2 мс методом ИКМ преобразуется в цифровую форму, и из всех отсчетов этого сигнала исключаются старшие разряды, имеющие значения логического нуля. Данный метод дает экономию в числе передаваемых по каналу связи битов за счет того, что в нем учитываются не только паузы между словами и слогами, как в системе TASI, но и распределение уровней речевых сигналов. Он нашел применение в цифровых многоканальных системах передачи сообщений по радиорелейным и спутниковым каналам связи. Применение БИКМ в цифровых системах связи со скоростью передачи 2048 Кбит/с удваивает их пропускную способность, позволяя передавать по ним не 30, а 60 ТФ каналов с высоким качеством, удовлетворяющим Рекомендациям МСЭ. Сигналы звукового вещания Сигнал звукового вещания занимает полосу частот порядка 15 кГц и имеет значительный динамический диапазон (75 дБ). Для качественной передачи такого сигнала по цифровым каналам связи необходимо применение 16-разрядной ИКМ. При этом скорость цифрового потока при преобразовании сигнала 3В вещания с помощью линейной ИКМ составляет 512 Кбит/с. Для сокращения избыточности вещательных сигналов в современной технике применяется несколько методов. В 1980 году в компании Би-Би-Си была создана система NICAM (Near Instantaneous Companded) - система ИКМ с почти мгновенным компандированием для сокращения избыточности сигналов звукового вещания. Ее также называют системой ИКМ с масштабирующими множителями. Заложенные в ней принципы сокращения избыточности по существу мало отличаются от изобретенной несколько раньше системы БИКМ. Применение мгновенного компандирования сигнала и введение масштабных коэффициентов для блоков из последовательных 32 отсчетов позволяет уменьшить количество двоичных разрядов на один отсчет с 16 до 9. Использование ДИКМ с введением масштабирования для блоков отсчетов также позволяет сократить количество двоичных разрядов на один отсчет до 9. При этом скорость цифрового потока при преобразовании монофонического сигнала 3В вещания уменьшается до 320 Кбит/с. Значительным успехом в сокращении избыточности сигналов звукового вещания явилась разработка в 1989 году метода MUSICAM, включенного в стандарт MPEG (Moving Picture Expert Group), который предназначен для сокращения избыточности ТВ сигнала, включая сигнал звукового сопровождения. В системе MUSICAM вещательный сигнал разбивается на 32 парциальные полосы частот. Преобразование сигналов каждой полосы частот в цифровые потоки с помощью ИКМ осуществляется в соответствии с управляющими сигналами психоакустической модели восприятия человеком звуковых сигналов. При этом количество двоичных разрядов на один отсчет сокращается до 2. Система позволяет сократить скорость цифрового потока, необходимого для передачи сигналов моновещания, до 100 Кбит/с. В цифровом потоке со скоростью 256 Кбит/с возможна передача стереопрограммы с качеством компакт-диска. Хронология
|
Главная