Кодирование речевых сигналов, страница 7

Системы с разностной ИКМ обеспечивают выигрыш от 4 дБ до 11 дБ по сравнению с прямым квантованием ИКМ. Наибольший выигрыш достигается при переходе от системы без предсказания к предсказателю первого порядка. При увеличении порядка предсказателя более 4..5 выигрыш растет незначительно. Системы с разностной ИКМ могут обеспечить заданное отношение сигнал-(шум квантования) при меньшей на единицу разрядности по сравнению с прямым квантованием. Каждый дополнительный разряд кодового слова для разностной ИКМ увеличивает отношение сигнал-(шум квантования) на 6 дБ. Использование ‑квантователя в разностной схеме увеличит отношение сигнал-(шум квантования) на 6 дБ, и в то же время ее характеристики будут нечувствительны к уровню входного сигнала.

На рисунке представлена структурная схема адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) с адаптацией по входу шага квантования.

Шаг квантования пропорционален дисперсии сигнала на его входе. Поскольку разностный сигнал  пропорционален входному сигналу, целесообразно управлять шагом квантования или по , или по входному сигналу . Исследования показали, что адаптивное квантование может обеспечить выигрыш около 5 дБ по сравнению со стандартной неадаптивной ИКМ с ‑законом квантования. Этот выигрыш совместно с дополнительным увеличением отношения сигнал-(шум квантования) на 6 дБ, которое можно получить при применении разностной схемы с неадаптивным квантователем, означает, что АДИКМ с адаптацией по входу позволяет получить отношение сигнал-(шум квантования) на 10..11 дБ больше, чем при использовании неадаптивного квантования с тем же числом уровней.

На рисунке представлена структурная схема квантователя с адаптацией по выходу шага квантования в системе АДИКМ.

Исследования показали, что выигрыш по сравнению с неадаптивным квантованием по ‑закону с тем же числом уровней достигает 4..6 дБ. Таким образом, адаптация как по выходу, так и по входу позволяет достигнуть выигрыша, равного 10..12 дБ по сравнению с неадаптивным квантованием с тем же числом уровней. Кроме того, адаптивный квантователь позволяет расширить динамический диапазон. Дополнительным преимуществом адаптации по выходу является то, что не требуется передавать дополнительную информацию о шаге квантования. Однако это делает восстановленный сигнал более чувствительным к ошибкам в канале связи. При адаптации по входу кодовые слова и шаг квантования представляют собой описание сигнала. Хотя это увеличивает сложность представления, однако появляется возможность передачи шага квантования с защитой его от ошибок, что позволяет существенно улучшить качество восстановленного сигнала.

С целью учета нестационарности речевого сигнала и ослабление влияния диктора и речевого материала на качество функционирования системы передачи используется адаптивным предсказатель. Адаптивный предсказатель, как и адаптивный квантователь, отслеживает текущие изменения в речевом сигнале. На рисунках представлена структурная схема системы АДИКМ с адаптивным предсказателем по шагу квантования. Адаптация предсказателя и квантователя может осуществляться либо по входному, либо по выходному сигналу. При адаптации по входному сигналу для полного описания речевого сигнала к последовательности кодовых слов  добавляются шаг квантования  и коэффициенты предсказания . При адаптации коэффициентов предсказателя обычно полагается, что свойства речевого сигнала не меняются в течение короткого интервала времени. Коэффициенты предсказания выбираются так, чтобы минимизировать средний квадрат погрешности предсказания на коротком интервале времени. Поскольку параметры речи меняются относительно медленно, подстройка коэффициентов предсказателя осуществляется периодически, например, каждые 10..20 мс.

В случае АДИКМ с адаптацией по выходу по каналу связи передаются только последовательности кодовых слов. Но предсказание с управлением по выходу не получило широкого распространения из-за высокой чувствительности к ошибкам и худших характеристик, обусловленных использованием для управления искаженного входного сигнала.