Кодирование речевых сигналов, страница 6

При использовании оптимального шага квантования отношение сигнал-(шум квантования) достаточно сильно зависит от уровня входного сигнала, т.е. наилучшее качество достигается для узкого диапазона уровней входного сигнала. Для получения хорошего качества восстановленного на приемной стороне речевого сигнала, сравнимого с качеством семиразрядной логарифмической ИКМ, требуется значительно большая скорость.

Основное достоинство ЛДМ состоит в ее простоте. Система может быть реализована на простом цифровом интеграторе и, поскольку используется только одноразрядный код, не требовать никакой синхронности по кодовым словам между передатчиком и приемником. Ограничение ЛДМ состоит в весьма грубом квантовании погрешности предсказания. Очевидно, что использование адаптивных методов может существенно улучшить характеристики дельта-модулятора. Наибольший интерес представляют простые адаптивные схемы, которые улучшают характеристики, но не приводят к существенному усложнению системы передачи.

Большинство адаптивных методов дельта-модуляции основано на адаптации по выходу, когда шаг квантования перестраивается по выходной последовательности кодовых слов. Общий вид системы показан на рисунке.

Подобные схемы обладают тем преимуществом, что не требуют синхронизации по кодовым словам, поскольку при отсутствии ошибок шаг квантования как передатчика, так и приемника перестраивается в одной и той же кодовой последовательности.

Шаг квантования изменяется по следующему правилу:

Выбор рассмотренного метода адаптации объясняется видом последовательности кодовых слов в ЛДМ. Период перегрузки по крутизне соответствует отрезкам последовательности, состоящим только из нулей или только из единиц. Период шума дробления соответствует последовательности из чередующихся нулей и единиц.

На рисунке представлены результаты моделирования на речевом сигнале при  для трех различных частот дискретизации.

Видно, что значение отношения сигнал-(шум квантования) достигает максимума при , однако во всех трех случаях отношение сигнал-(шум квантования) слабо меняется при изменении .

На рисунке представлено квантование с помощью дельта-модулятора с адаптацией и без адаптации.

Начальный участок области большой крутизны порождает последовательность нулей, но в этом случае шаг квантования увеличивается экспоненциально, что позволяет следить за увеличением крутизны входного сигнала. Области дробления соответствует чередующаяся последовательность из нулей и единиц, но шаг квантования быстро уменьшается до минимального и остается таковым до тех пор, пока крутизна мала. Поскольку минимальный шаг квантования может быть сделан значительно меньше, чем тот, который необходим для оптимальной работы ЛДМ, шум дробления может быть существенно уменьшен. Аналогично максимальную величину шага квантования можно сделать больше, чем максимальная крутизна входного сигнала, что приведет к уменьшению шума перегрузки по крутизне.

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

Дельта-модулятор является одноразрядной системой с ИКМ. В общем случае термин «разностная ИКМ» применяется по отношению к системам, в которых квантователь имеет более двух уровней квантования.