Кодирование речевых сигналов, страница 4

На рисунке показана в общем виде схема квантователя с адаптацией по входному сигналу.

Для простоты полагается, что квантователь равномерный и, таким образом, достаточно изменять только шаг квантования. Полученные результаты затем легко можно обобщить на случай неравномерного квантования. Шаг квантования должен быть известен на приемной стороне. Таким образом, отсчет описывается кодовым словом и шагом квантования. Если  и , то . Однако если имеются ошибки при передаче, т.е.  или , то . Конкретное влияние ошибок определяется методом адаптации.

На рисунке изображена общая схема квантователя с адаптацией по входу на основе усилителя с переменным коэффициентом усиления.

В этом случае квантованный сигнал описывается совместно кодовым словом и коэффициентом усиления.

В большинстве схем квантователей с адаптацией по входу используется оценка дисперсии входного сигнала. В этом случае шаг или уровни квантования устанавливаются пропорционально среднему квадратическому отклонению сигнала, а коэффициент усиления — обратно пропорционально.

Общий подход состоит в предложении, что дисперсия пропорциональна кратковременной энергии, которая представляет собой сигнал на выходе фильтра нижних частот, на входе которого действует сигнал .

Здесь  - импульсная характеристика фильтра нижних частот. Для стационарного сигнала математическое ожидание  пропорционально .

Можно показать, что при адаптации по шагу квантования шаг пропорционален , а при адаптации по коэффициенту усиления коэффициент усиления обратно пропорционален .

Параметр  определяет протяженность интервала времени, на котором сигнал вносит основной вклад в оценку дисперсии. Например, для  постоянная времени ФНЧ составляет , для  . Уменьшение постоянной времени ФНЧ позволяет поддерживать дисперсию сигнала примерно на постоянном уровне даже при быстром изменении амплитуды сигнала. Можно сказать, что при  имеется слоговая адаптация, а при  - мгновенная адаптация.

Оценка среднеквадратического отклонения представляет собой медленно меняющуюся по сравнению с исходным сигналом функцию времени. Частота дискретизации функции зависимости коэффициента усиления или шага квантования от времени определяется шириной полосы пропускания ФНЧ. Для  частота дискретизации должна быть не менее 13 Гц, для  - не менее 135 Гц. Поскольку общая скорость передачи информации складывается из скорости передачи выходного сигнала квантователя и скорости передачи коэффициента усиления (или шага квантования), необходимо стремиться к снижению частоты дискретизации функции коэффициента усиления (или шага квантования).

При использовании адаптации по выходному квантованному сигналу, т.е. по последовательности кодовых слов, также может регулироваться шаг квантования или коэффициент усиления.

Преимущество таких схем – шаг квантования или коэффициент усиления не требуется передавать по каналу связи, т.к. они получены по последовательности кодовых слов. Недостаток – высокая чувствительность к ошибкам в кодовых словах, поскольку эти ошибки приводит не только к неправильной установке уровня квантования, но и к ошибкам в шаге квантования.

Оценка дисперсии  производится так же, как в случае адаптации по входу, но здесь используется не входной сигнал , а квантованный .

Адаптивное квантование не может дать существенный выигрыш в скорости передачи, поскольку используется информация только о распределении мгновенных значений речевого сигнала. Поэтому чаще используются методы разностного квантования, основанные на корреляционной связи между соседними отсчетами.

Между отсчетами речевого сигнала имеется значительная корреляционная связь, которая медленно убывает по мере увеличения интервала между отсчетами. Значит, разность между соседними отсчетами будет иметь меньшую дисперсию, чем исходный сигнал.