Статистическое компрессирование аудио сигналов. Вологдин Э.И. - 12 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУТ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

12
3. Кодирование с линейным предсказанием
3.1. Основы теории
В настоящее время при аналого-цифровом преобразовании методы двоичного кодиро-
вания звуковых сигналов с линейным предсказанием широко используются в сотовых ли-
ниях связи, в сети Интернет (IP- телефония), при записи интерактивных оптических дис-
ков по стандарту CDROM, в системе высококачественной звукозаписи по стандартам
DVD-Audio и Super Audio CD.
Из классической теории сигналов известно, что значения выборок, взятых через ин-
тервал Котельникова, взаимно некоррелированы, если спектр сигнала в занимаемой им по-
лосе частот равномерен (белый шум). Однако на практике в основном используются сиг-
налы, спектр которых неравномерен, поэтому корреляция между выборками не равна ну-
лю. При этом степень корреляции возрастает с увеличением частоты дискретизации.
Типичным примером таких сигналов является речь, где корреляция между соседними вы-
борками достаточно велика при соблюдении требований теоремы Котельникова в процес-
се дискретизации.
На этом факте основан принцип сокращения скорости цифрового потока при записи
звуковых сигналов или передачи по линиям связи цифровых данных, названый «кодиро-
вание с предсказанием». Последовательность коррелированных выборок исходного сигна-
ла подается на один из входов вычитающего устройства, а на другой его вход, поступает
сигнал предсказания, аппроксимированный из предыдущих или последующих выборок.
Полученный сигнал ошибки предсказания преобразуется в двоичный код с помощью ма-
ло разрядного квантователя, который и передается по линии связи.
На приемном конце линии передачи имеется такой же, как в передатчике предсказа-
тель. Так как он оперирует с теми же значениями предыдущих выборок, предсказанное
значение нового отсчета будет таким же, как в передатчике. Добавив к нему принятое
значение ошибки, можно восстановить исходное значение выборки. При этом, чем силь-
нее корреляционные связи между выборками сигнала, тем точнее можно сформировать
сигнал предсказания.
Передача разностного сигнала в большинстве случаев требует меньшего числа разря-
дов. Поскольку информация в канале достаточно предсказуема — кодирование с предска-
занием снижает объем передаваемой по каналу информации.
Известны три структурных схемы построения кодера, в которых осуществляется
предсказание «вперед», предсказание «назад» и оба предсказания одновременно. Упро-
щенная схема кодека с предсказанием «вперед» приведена на рис.12. В этой схеме вход-
ной сигнал
()xn
может быть в виде выборок (дискретизированные отсчеты), и тогда на
выходе кодера включается мало разрядный квантователь
Q
(на схеме квантователи не
показаны), преобразующий разностный сигнал в двоичный код. При этом на входе деко-
дера должен быть деквантователь (
1
Q
), осуществляющий двоичное декодирование.
Входной сигнал может быть в виде квантованных выборок с большим числом разрядов,
тогда на выходе кодера включается реквантователь, понижающий число разрядов в вы-
борках.
При включении линейного предсказателя в прямую цепь кодера оцениваемое значе-
ние
()xn
выборки
ˆ
()xn
рассчитывается как линейная комбинация предыдущих выборок
Рис.12. Структура кодека с (адаптивным) предсказанием «вперед»
()xn
ˆ
()xn
Предсказатель
(адаптивный)
()en
Предсказатель
(адаптивный)
()en
Кодер
Декодер

Страницы