Кодирование речевых сигналов, страница 3

Выражение для оценки отношения сигнал-(шум квантования) (слайд 28) зависит от разрядности кодового слова и величины :

На рисунке представлены зависимости отношения сигнал-(шум квантования) от отношения  для равномерного квантования (красные линии) и ‑квантователя (синие линии) при различных величинах разрядности кодового слова .

Из анализа зависимостей следует, что при равномерном квантовании для заданного значения  уменьшение «средней амплитуды» речевого сигнала  в 2 раза приводит к снижению отношения сигнал-(шум квантования) на 6 дБ. При добавлении одного двоичного разряда в кодовое слово для обоих законов квантования при заданной величине  отношение сигнал-(шум квантования) возрастает на 6 дБ. Важное свойство ‑закона квантования – постоянное отношение сигнал-(шум квантования) в широком диапазоне изменения  (т.е. изменения СКО сигнала  при постоянной апертуре квантователя ). Однако максимально достижимое значение отношения сигнал-(шум квантования) при использовании ‑закона квантования меньше, чем для равномерного квантования.

Таким образом, при квантовании речевого сигнала с одной стороны, шаг квантования следует выбирать достаточно большим для согласования диапазона квантования с размахом сигнала, с другой, шаг квантования следует сделать малым для уменьшения шума квантования. Это еще более усложняется нестационарным характером речевого сигнала и его последующей передачей по каналу связи. Амплитуда речевого сигнала может изменяться в широких пределах в зависимости от диктора, условий передачи, а также внутри фразы при переходе от вокализованного к невокализованному сегменту. Один из методов учета этих флуктуации состоит в применении неравномерного квантования. Другой метод состоит в адаптации свойств квантователя к уровню входного сигнала. Если адаптивное квантование применяется непосредственно к отсчетам входного сигнала, то такой метод обработки называется адаптивной ИКМ или сокращенно АИКМ.

Основная идея адаптивного квантования состоит в том, что шаг квантования (или, в общем случае, интервалы и уровни квантования) изменяется таким образом, чтобы соответствовать изменяющейся дисперсии входного сигнала. Другой метод адаптации соответствует случаю, когда характеристики квантователя не изменяются, а постоянный уровень дисперсии поддерживается за счет переменного коэффициента усиления. В первом случае шаг квантования должен увеличиваться или уменьшаться при увеличении или уменьшении дисперсии входного сигнала соответственно. В случае неравномерного квантования это приводит к соответствующему масштабированию интервалов и уровней квантования. Во втором подходе, применимом в равной мере как к равномерному, так и к неравномерному квантователям, коэффициент усиления изменяется обратно пропорционально дисперсии входного сигнала так, чтобы поддерживать ее постоянной. В обоих случаях необходимо оценивать изменяющиеся вo времени характеристики сигнала.

При изучении текущих свойств сигнала полезно выяснить, как быстро происходят их изменения. Максимальное значение амплитуды сигнала на невокализованном или вокализованном сегменте речи остаются относительно постоянными в течение длительного интервала времени. Такие изменения называются слоговыми, и это означает, что они проявляются на интервалах времени, сравнимых по протяженности с длительностью одного слога. При рассмотрении методов квантования целесообразно их классифицировать в соответствии с тем, медленно или быстро происходит адаптация, т.е. является она слоговой или мгновенной.

Имеется два класса схем адаптивного квантования. В первом: амплитуда или дисперсия входного сигнала оценивается непосредственно по этому сигналу. Такие схемы называются квантователями с адаптацией по входу. В схемах второго класса шаг квантования подстраивается по выходному сигналу или, что то же самое, по выходной последовательности кодовых слов. Это квантователи с адаптацией по выходу. В обоих случаях адаптация может быть как слоговой, так и мгновенной.