Особливості та алгоритми кодування голосу.

Емпірично встановлено, що для доброго відтворення голосу достатньо 4096 рівнів квантування сигналу, що відповідає 12-ти розрядному АЦП. Така достатньо велика розрядність диктується великим діапазоном заміни амплітуди нормальних частот. Однак логарифмічна залежність чутливості слухового апарату людини відкриває можливість перетворювання 12-ти бітових кодів у коди меншої розрядності.

Найбільш поширеним перетворення 12-ти бітових кодів у 8-ми бітові коди, що забезпечує формування інформаційного потоку в 64 Кбіти/с, що відповідає частоті дискретизації 8kHz *8біт. Для чього використовується логарифмічні перетворення. Однак таке перетворення налаштовується на певні труднощі при низьких значеннях вхідного сигналу.

Оскільки алгоритм для значень<1 має від’ємну величину. Для усунення цього фактору прийняті 2 методики:

1) коли логарифмічний « » зміщується по осі ординат:

В результаті виходить - залежність

2) використовує різні логарифмічні залежності в районі 0 і районі великих сигналів.

Так звана А-залежність.

Для узгодження цих методик використовується - конвертор.

Для реалізації логарифмічних перетворень використовується вдосконалена імпульсно-кодова модуляція і один з варіантів є адаптований диференційний метод (рис.1)

ЗС - звуковий сигнал

КД – кодувальник

АКК – адаптивний крок квантування

Вихідним кодом такого пристрою є різниця рівнів сигналів в момент часу t_i та t_i-1. Такий перетворювач забезпечує можливість використання смуги в 32 Кбіт/с. Тут використана особливість звікового сигналу в пому, що він переважно змінює свою величину плавно, що відсутні скачкоподібні зміни сигналу. В такому перетворювачі крок квантування змінюється залежно від рівня сигналу.

Перетворювач забезпечує можливість суттєво зменшити навантаження на лініях зв’язку.

Іншим варіантом рішення подано через схему 2.

“-“ схема віднімання кодів

ДКД – декодувальник

СПР – схема прогнозування

Особливітю такого перетворювача є використання різниці кодів між поточним і попереднім значенням цифрового сигналу.

Схема прогнозування СПР є адаптивним фільтром, який використовує попередній код для оцінки наступної вибірки.

На вхід кодувальника надходить код, пропорційний різниці між постійним вхідним

Сигналом та передбачу вальним.

Чим точніше функціонує адаптивний фільтр тим менше біт потрібно щоб з необхідною точністю закодувати цю різницю використанню такого адаптивного дирекційованого перетворювача суттєво зменшує вимоги до характеристик каналу зв’язку.

Широке застосування знаходить дельтамодуляція. Вона є варіантом диференційованої імпульсної – кодової модуляції, коли для кодування різницевого сигналу використовується тільки 1 біт. Цей біт служить для того, щоб збільшити або зменшити оцінюючий рівень. Прикладом реалізації імпульсно-кодової модуляції (рис.3)

in(t) – вхідний сигнал

КП – компаратор

СВЗ – схема виборки та збереження

РЛ – реверсивний лічильник

ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач

Особливістю схеми є те, що через реверсивний лічильник та ЦАП відслідковується вхідний сигнал і на компараторі формується різниця між поточним сигналом in(t) і сигналом, який поступає через зворотній зв'язок і характеризує його на деякий час запізнення. Якщо швидкість наростання вхідного сигналу велика та рівень на виході ЦАП не відстають від вхідного сигналу на величину, яка більша допустимої точності.

Може бути похибки перетворення при різкій зміні вхідного сигналу із зростанням до зменшення.

Для покращення точності перетворень замість реверсивного лічильника можна воставити спеціалізований процесорний пристрій, який можна запрограмувати на швидкість зміни вхідного сигналу.