относительно хорошей аппроксимации сигнал x{t) должен меняться медленно относительно скорости стробирования. Это требование подразумевает, что скорость стробирования должна быть в несколько раз (не меньше 5) больше скорости Найквиста.

Стробирующее устройство

Кодер источника

Декодер . источника

Квантователь

е,.=+1

X,, X,.

Едимишая задержка г

К передатчику

Выход

Х{!)

Стробируюидк-е устройство

Кодер мсто-сника

Х„ +

Квантователь

Аккумулятор (нако читель)

е =+1

К передатчику

Декодер источника

Аккумулятор (накопитель)

Фильтр НЧ

Выход

Рис. 3.5.6. (<я) Блок-схема системы А-модуляции.

(6) Эквивалентная реализация системы Д-модуляции

При заданной скорости стробирования характеристика качества кодера ДМ ограничена двумя видами искажений, как показано на рис. 3.5.7. Одно называется перегрузкой по накпону. Оно вызывается размером шага А,, который слишком мал, чтобы следить за сигналом, который имеет крутой наклон. Второй тип искажений, названный шумом дробления, возникает от использования размера шага, который слишком велик для сигнала, имеющего малый наклон. Необходимость минимизации обоих видов искажения приводит к противоречивым требованиям для выбора размера шага А,. Решение сводится к выбор> А,, который минимизирует сумму средних квадратов от двух видов искажений.

Даже если А, оптимизирован для минимизации общего среднего квадрата ошибки по наклону и шуму дробления, рабочая характеристика кодера с ДМ может всё ещё остаться неудовлетворительной. Альтернативное решение заключается в выборе переменного размера шага квантования, который адаптируется к кратковременным характеристикам сигнала источника, т.е. размер шага увеличивается, когда сигнал имеет крутой наклон, и уменьшается, когда сигнал имеет относительно малый наклон. Эта адаптивная характеристика иллюстрируется рис. 3.5.8.

IL1>m дробления

искажение lepc грузкой по наклону

Шум дроб.Еспия

ис1ажеине neper p\jKoii no наклону

Pc. 3.5.7. Пример искажений перегрузкой по наклону и шума дробления в кодере дельта-модуляции

Рис. J.5.8. Пример кодирования при дельта-модуляцни с переменньЕМ размером шага

Для адаптивной установки размера шага на любой итерации могут быть использованы различные методы. Квантованная последовательность ошибок е, создаёт хороший критерий характеристик наклона кодируемого сигнала. Если у квантованной ошибки е меняется знак между последовательными итерациями, это указывает на то, что нак юн сигнала в этой области относительно мал. С другой стороны, когда сигнал имеет крутой наклон, последовательные значения ошибки е„ имеет одинаковый знак. На основе этих наблюдений возможно создать алгоритм, который уменьшает или увеличивает размер шага в зависимости от последовательных значений е,,. Относительно простое правило, предложенное Джайантом (1970), сводится к адаптивному изменению размера шага согласно соотношению

А„ = д, ,/:~-, 17 = 1.2..., •

1де > 1 - константа, которая выбирается так, чтобы минимизировать суммарное искажение. Блок-схема ко дера-декодера ДМ, которая включает этот адаптивный алгоритм, показана на рис. 3.5.9.

В технической литературе были исследованы и описаны насколько других вариантов адаптивного кодирования ДМ. Особенно эффективную и популярную технику, впервые предложенную Грифкесом (1970), называют дельта-модуляцией с непрерывно меняющимся накчоном (ДМ НМН). В ДМ НМН адаптивный параметр размера шага можно выразить так:

если ё,, 2, , и 2, , имеют одинаковые знаки; в противном случае

Д„-аА, ,+,.

Параметры а,А:,,, выбираются так, что 0<а<1 и k,»k>Q. Для более полного обсуждения этого и других вариантов адаптивный ДМ интересующемуся читателю следует обратиться к статьям Джайанта (1974) и Фланагана и др. (1979). Они содержат обширную библиографию. ИКМ, ДИКМ, адаптивные ИКМ, адаптивные ДИКМ и ДМ используют технику кодирования источника, которая пытается достоверно представить временную форму выходного сигнала источника. Следующий класс методов кодирования сигналов основывается на спектральных представлениях сигнала источника.

Стробирующее устройство

Х„ +

Кодер

Квантователь

Аккумулятор (иаититель)

К передатчику

а:»

Аи-1

Декодер

Аккумулятор

<8)

А/?-1

Фильтр НЧ

Выход

Рис. 3.5.9. Пример системы дельта-модуляции с адаптивным размером шага

3.5.2. Спектральное кодирование сигнала

В этом размене мы кратко опишем методы кодирования сигнала, согласно которым фильтруют выход источника в определённом числе частотных полос или подполос и раздельно кодируют сигнал в каждой подполосе. Кодирование сигнала может быть выполнено во временной области в каждой подполоске или в частотной области, в которой представлен временной сигнал каждой подполоски.

Кодирование подполосок. При кодировании подполосок (КПП) сигналов речи и изображения суммарный сигнал разделяется на небольшое число частотных подполосок, а в каждой из них сигнал кодируется раздельно. При кодировании речи, например, низкочастотные полосы сигнала содержат большую часть спектральной энергии. В дополнение к этому шум квантования более заметен на слух в низкочастотной области. Следовательно, для представления сигнала в низкочастотных полосах надо использовать больше бит, а в высокочастотных - меньше.

Расчёт фильтров особенно важен для достижения хорошей рабочей характеристики КПП. На практике обычно используются квадратурно-зеркальные фильтры (КЗФ), так как они имеют наилучшую характеристику, определённую их совершенными конструктивными свойствами (см. Вайданатен, 1993). Используя КЗФ для КПП, низкочастотную полосу сигнала неоднократно делят пополам, что создаёт октавно-полосных фильтров. Выход каждого КЗФ подвергается децимации с коэффициентом 2 для уменьшения частоты стробирования. Например, предположим, что полоса частот сигнала речи простирается до