Цифровая звукозапись. Вологдин Э.И. - 38 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУТ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

38
5.2.
Технология Noise Shaping
Основы теории. Под технологией Noise Shaping (NS) понимается преобразование
огибающей спектральной плотности мощности шума квантования. Она является
логическим развитием технологии Dithering и с ее помощью шум квантования из
белого преобразуется в окрашенный шум с передаточной функцией такой же, как у
фильтра высоких частот - с завалом низких частот и подъемом в области высоких
частот.
В современной аудиотехнике эта технология наиболее широко используется в
аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях, работающих на основе
сигма-дельта модуляции. В этих структурах технология NS реализуется при частоте
дискретизации значительно выше, чем это требуется по теореме В.П. Котельникова и
основная мощность шума квантования переносится в область выше частоты Найквиста,
поэтому достигается значительное увеличение SNR .
В настоящем разделе рассматривается применение такой технологии только при
импульсно-кодовой модуляции в процессе реквантования цифровых музыкальных
фонограмм, например, с помощью звуковых карт. В этом случае передискретизация не
используется и происходит изменение огибающей спектра шума квантования только в
звуковом диапазоне. При этом обеспечивается понижение уровня спектральной
плотности шума в области максимальной чувствительности слуха и повышение в
области высоких частот, близких к частоте Найквиста. Поэтому слуховая заметность
шума квантования существенно уменьшается, хотя значение SNR ухудшается.
Реализация технологии NS осуществляется путем использования в реквантователе
частотно-зависимой отрицательной обратной связи по ошибке квантования. На рис.5.11
приведена простейшая схема реквантователя NS с элементом временной задержки
1/
τ =
s
f
в цепи отрицательной обратной связи на один такт. Этот элемент и сумматор
выполняют функцию фильтра высоких
частот первого порядка для ошибок
квантования. Реквантование может
осуществляться с использованием
операций rounding или truncating.
На входе и выходе схемы сигналы
( )
X j
и
( )
Y j
в цифровой форме, работа
всех узлов тактируется с частотой
дискретизации, а операция Dithering
выполняется в цифровом виде.
Применение этой операции
линеаризует передаточную функцию
квантователя и преобразует ошибки
квантования в белый шум. В принципе технология NS работает и без этой операции,
только качество звука при этом значительно ухудшается. Это обстоятельство позволяет
при выводе расчетных формул исключать операцию Dithering и рассматривать шум от
внешнего источника как аддитивную составляющую.
В функции дискретного времени j (номер выборки) сигнал на выходе
реквантизатора можно представить в виде равенства
( ) ( ) ( ) ( 1)
Y j X j e j e j
,
из которого следует, что мгновенная ошибка реквантования определяется как
( ) ( ) ( 1).
ns
e j e j e j
= − −
Эта формула отражает основную суть технологии NS. Очевидно, что ошибки двух
последовательных выборок на низких частотах почти не отличаются и разностная
ошибка стремится к нулю. На высоких частотах скорость изменения ЗС большая и эти
Рис.5.11. Схема реквантователя NS первого
порядка
( )
X j
( )
Y j
Квантователь
Σ
Dithering
−
+
Σ
Σ
−
+
( )
e j
( 1)
e j
−
τ
( )
H z

Страницы