Лаб 2

Министерство цифрового развития и массовых коммуникаций РФ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра "Телевидение и звуковое вещание"

Лабораторная работа № 2 по дисциплине "Формирование и преобразование звуковых сигналов"

"Анализ искажений цифрового представления и компандирования ЗВС"

Выполнил:

Студент группы

Проверил:

Попов О. Б.

Москва 2026

Цель работы

Оценка искажения дифференциальных методов кодирования с предсказанием.

Ход работы

В большинстве случаев спектр звукового сигнала состоит из мощных низкочастотных составляющих, на которые наложены слабые высокочастотные. Это позволяет, в отличие от систем с ИКМ, передавать не абсолютные значения сигнала, а сигнал ошибки предсказания – между предсказанным значением и реальным, для кодирования которой (ввиду меньшей дисперсии) требуется меньше разрядов.

На практике чаще используется формат АДИКМ (адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), в котором используемый шаг квантования изменяется в зависимости от амплитуды сигнала.

Заметность искажений невысока, поскольку носит модуляционный характер, обеспечивающий маскировку в слуховом анализаторе.

Для кодирования сигнала с использованием АДИКМ, сохраним его функцией Save as, выбрав тип файла DVI/IMAADPCM.

Рисунок 1. Дискретные отсчеты реального сигнала

Сравнив звучание исходного и преобразованного файлов, можно заметить наличие модуляции высокочастотных шумов и компонент в преобразованном сигнале.

Проведём объективную оценку статистических свойств сигнала, используя опцию Analyse.

Рисунок 2. Сравнение статистических свойств исходного (слева) и преобразованного (справа) сигналов

Как видно из результатов анализа, характеристики сигнала изменились незначительно.

Исследуем сигнал ошибки, для этого из исходного сигнала вычтим преобразованный сигнал, используя команду Mix Paste опции Edit (рисунок 3)

Рисунок 3. Получение сигнала ошибки

Рисунок 4. Сигнал ошибки

Рисунок 5. Статистические характеристики сигнала ошибки

Исходя из анализа, можно сделать вывод, что величина искажений не превышает ~0,5%

Для изучения искажений синтезируем многокомпонентный гармонический сигнал (Generate — Tones), состоящий из базовой гармоники 3000 Гц и пяти ее гармоник равного уровня и общим уровнем сигнала около 3 дБ. Осциллограмма испытательного сигнала приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Осциллограмма отрезка испытательного сигнала

Преобразуйте сформированный сигнал в АДИКМ формат. Проведите спектральный анализ исходного и компандированного сигналов.

Рисунок 7. Спектр тестового сигнала из пяти гармоник

Рисунок 8. Спектр тестового сигнала в разностном представлении

Как мы видим, сигнал существенно обогатился гармониками, отсутствующими в спектре исходного сигнала, что подтверждает модуляционный характер искажений.

Вывод

В соответствии с основными положениями теории было спрогнозировано, что при использовании дифференциальных методов кодирования с предсказанием заметность искажений невысокая в силу их модуляционного характера, что и было подтверждено в ходе субъективной оценки звукового фрагмента.

Список литературы

1. Компандирование сигналов в канале звукового вещания. Учебное пособие для вузов / О. Б. Попов, С. Г. Рихтер, А. Н. Терехов и др.; Под ред. профессора С. Г. Рихтера. – М.: Горячая линия – Телеком, 2021. – 298 с.: ил.