ФОСМС2015fokin_12345

Передача и прием в системе с АДИКМ

31

Рекомендация G.721 (G.726)

За счет использования АДИКМ достигается уменьшение скорости результирующего цифрового потока практически без снижения качества звука.

В соответствии с рекомендациями G.721 и G.726 используются те же параметры = 3,4 кГц,д = 8 кГц, что и в случае использования рекомендации G.711.

После квантования и кодирования 12-разрядными комбинациями двоичного кода полученные выборочные значения звукового сообщения сравниваются с предсказанными (на основе предыдущих выборочных значений), причем разность указанных значений вновь квантуется, но

уже всего лишь на 16 уровней ( = 4). В результате скорость цифрового потока снижается до

величины 32 Кбит/с при том же качестве передачи речи, что и при ИКМ (скорость 64 Кбит/с).	32

Рекомендация G.722

 С другой стороны, при сохранении скорости передачи 64 Кбит/с может быть повышено качество

передачи речевых сообщений на основе применения рекоменда

ции G.722. В соответствии с

этой рекомендацией выбирается = 7 кГц, д1 = 16 кГц.

Кодирование отсчетных значений после квантования производится 14-разрядными комбинациями двоичного кода, после чего цифровой поток, следующий со скоростью 224 Кбит/с, подвергается цифровой фильтрации.

Первый цифровой полосовой фильтр (ЦФ1) выделяет полосу частот 50 Гц — 4 кГц, после чего осуществляется прореживание потока до

частот	д	2	= 8 кГц	с	последующим

преобразованием по методу АДИКМ с переходом к 6-разрядным кодовым комбинациям.

 Полученный в результате поток со скоростью 48 Кбит/с поступает на один из входов мультиплексора. На второй вход мультиплексора поступает поток со скоростью 16 Кбит/с, полученный в результате аналогичного преобразования результата цифровой фильтрации (фильтр ЦФ2) в полосе 4—7 кГц при использовании 2-разрядных кодовых комбинаций после АДИКМ.

 Результирующий поток на выходе мультиплексора имеет скорость 64 Кбит/с.

33

Особенности реализации АДИКМ

При некоторых реализациях метода АДИКМ необходимо передавать на приемную сторону также и текущие значения параметров как квантователя, так и адаптивного

предсказателя, для чего используется дополнительный низкоскоростной(2—3	бит/с)
канал.

Кроме того, следует заметить, что естественное стремление снизить скорость передачи результирующего цифрового потока часто вступает в противоречие с требованием обеспечения высокой помехоустойчивости. Действительно, представление речевого сообщения меньшим числом двоичных символов делает систему более чувствительной к ошибкам в канале передачи. Более того, в зависимости от метода преобразования в результирующий цифровой поток "значимость" различных двоичных символов может существенно различаться, т. е. ошибки при приеме некоторых символов (более "значимых") могут приводить к существенно большим искажениям восстановленной речи, чем ошибочный прием других символов. В таком случае при использовании помехоустойчивого кодирования подход к выбору степени защиты разных символов (групп символов) должен быть различным.

34

АДМ

Частным случаем реализации метода ДИКМ является дельта-модуляция (ДМ — Delta Modulation, DM). В этом случае ошибка предсказания квантуется всего на два уровня. Подобное упрощение метода, разумеется, привело бы к резкому снижению качества передачи в первую очередь при преобразовании быстро изменяющегося сообщения, когда результат преобразования не успевает отслеживать изменения сообщения ("перегрузка по крутизне"). Для предотвращения этого явления приходится существенно повышать частоту дискретизации по сравнению с методом ИКМ. Так, в стандартном ДМ-преобразователе используется частота дискретизации 16 кГц (соответственно скорость цифрового потока 16 Кбит/с). Тем не менее качество передачи оказывается весьма низким, хотя при такой скорости передачи в случае ИКМ качество оказалось бы еще ниже. Как показывают расчеты, только при скорости потока свыше 40 Кбит/с качество передачи при ИКМ становится выше, чем при ДМ.

Намного лучшее качество передачи обеспечивается при использовании адаптивной дельтамодуляции (АДМ — Adaptive Delta Modulation, ADM) с переменным шагом квантования. По существу, АДМ представляет собой разновидность АДИКМ с фиксированным предсказателем первого порядка и адаптивным двухуровневым квантователем. При этом наилучшее качество передачи речи (даже в сравнении с методом ИКМ) достигается при использовании разновидности АДМ, называемой адаптивной дельта-модуляцией с переменной крутизной (Continious Variable-

Slope Delta Modulation, CVSD) или адаптивной дельта-модуляцией со слоговым компандированием (АДМ-СК). При таком методе модуляции в случае возникновения перегрузки по крутизне, о чем свидетельствует появление нескольких (обычно трех) подряд следующих одинаковых двоичных символов, шаг квантования увеличивается. Соответственно при исчезновении перегрузки величина шага квантования возвращается к прежнему (минимальному) значению.

35

Тема 3.2. ИМ АДИКМ. Практика

Цель: Реализовать

Задачи:

сформировать сигналы АДИКМ; построить их осциллограммы и сделать выводы

План:

Структурные схемы ИМ АДИКМ

Кодирование/декодирование в ИМ АДИКМ

Адаптация шага квантования в ИМ АДИКМ

Графический интерфейс ИМ по практике АДИКМ

Элементы GUI ИМ по практике АДИКМ

Инструкции к выполнению практики по АДИКМ

Исследование механизма формирования сигнала АДИКМ

Содержание отчета: определяется задачами и планом практического занятия

ДЗ: подготовить отчет со схемами АДИКМ, осциллограммами, спектрограммами, гистограммами и таблицей сигналов [ ], ̃[ ], [ ], ̂[ ], ̂[ ] для двух разных фрагментов речевого сигнала

используя ИМ АДИКМ

36

Структурные схемы ИМ АДИКМ

 Структурная схема кодера АДИКМ представлена на рисунке 1.

 Структурная схема адаптации размера шага квантования представлена на рисунке 2.  Структурная схема декодера АДИКМ представлена на рисунке 3.

 Характеристика вход-выход квантователя при числе разрядов = 3 представлена на

рисунке 4.

37

Кодирование/декодирование в ИМ АДИКМ

Объектом адаптации в кодере АДИКМ является размер шага квантования, который адаптируется в зависимости от выхода квантователя - кодового слова во время каждой выборки .

Кодирование формы сигнала методом АДИКМ осуществляется следующим образом:

1.Квантование и кодирование разницы между текущей выборкой речи и предсказанным значением текущей выборки речи

2.Предсказание первого порядка с коэффициентом в кодере и декодере АДИКМ

3.Равномерное квантование (Q) разностного сигнала с адаптивным шагом квантования ∆

4.Адаптация шага квантования: текущий размер шага квантования ∆ определяется

предыдущим размером шага квантования ∆ − 1 и предыдущим кодовым словом

− 1

Уравнения АДИКМ кодера решаются последовательно во время каждой выборки с шагом квантования, адаптируемым для каждой выборки

38

Адаптация шага квантования в ИМ АДИКМ

Набор кодовых слов хранится в декодере АДИКМ, который, как и кодер, использует схему адаптации размера шага квантования, представленную на рисунке 2.

Объектом адаптации в кодере АДИКМ является размер шага квантования, который

адаптируется в зависимости от выхода квантователя - кодового слова во время каждой выборки .

Правило адаптации шага квантования определяется следующим выражением

∆ = ∆ − 1	(1)
при ограничении размера шага квантования
∆ ≤ ∆ ≤ ∆	(2)
и множителе (при числе разрядов = 3):

1 если предыдущее кодовое слово было 000 или 100

=	2 если предыдущее кодовое слово было 001 или 101
	если предыдущее кодовое слово было 010 или 110
	3
	4 если предыдущее кодовое слово было 011 или 111

(3)

 Инициализация АДИКМ кодера:

0 = 000 при B = 3

∆0 = ∆

0 = 0

0 = 1

0 = −1

0 = −1

0 = 0

39

Графический интерфейс ИМ по практике АДИКМ

GUI по практике АДИКМ содержит 2 секции, 3 графических окна, одно заглавие и 14 элементов управления. Секции служит для отображения: 3-х графических окон и элементов управления.

40