32. Нелинейное квантование. Компандирование.
В процессе квантования по уровню значения каждого амплитудно-импульсно модулированного отсчета заменяется ближайшим разрешающим значением. Недостатком равномерного квантования является меньшая защищенность от шумов квантования малых уровней сигнала.Устранить недостаток позволяет неравномерное квантование, сущность которого заключается в следующем: для малых значений сигнала шаг квантования выбирают min, и постепенно увеличивают до max для больших значений сигнала.
Эффект неравномерного квантования м.б. получен с помощью сжатия динамического диапазона сигнала с последующим равномерным квантованием. Сжатие осуществляется с помощью компрессора, обладающего нелинейной частотной характеристикой. Чем большей нелинейностью обладает компрессор, тем больший выигрыш м.б. получен для слабых сигналов.
Компандирование (от англ. companding — compression + expanding) — это метод уменьшения эффектов каналов с ограниченным динамическим диапазоном. Основан на увеличении числа шагов квантования в области малых значений входного сигнала и уменьшении в области максимальных значений.
Использование компандирования позволяет передавать сигналы с большим динамическим диапазоном через среду с меньшим динамическим диапазоном. Компандирование уменьшает шум и другие нежелательные эффекты на приёмнике.Компандирование используется в цифровых системах для сжатия перед преобразованием аналогового в цифровой сигнал и обратного раскодирования сигнала после цифро-аналогового преобразования.
Тогда как компрессия, используемая в аудио-рекордерах, зависит от усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и является примерно линейным процессом (линейный на определённых участках, но не глобально), компандирование является нелинейным. Динамический диапазон сигнала сжимается перед передачей и возвращается в исходное состояние на приёмнике.
Настройка различных узлов систем телефонии на работу друг с другом подразумевает в том числе правильную настройку законов компандирования. Ошибочная настройка, когда один передающий и принимающий узлы настроены на разные законы, может быть обнаружена, например, по существенным искажениям речи. Одним из следствий может быть нерабочая конфигурация, неспособная правильно обработать факсовые сигналы. При поднятии трубки человеку слышны сигналы, напоминающие факсовые, однако установить сеанс работы с факсом не удаётся.
Так же компандирование используется в профессиональных беспроводных микрофонах для улучшения динамического диапазона микрофона (динамический диапазон микрофона лучше динамического диапазона среды передачи).
Зависимость шага дискретизации от уровня звука называется законом компандирования. Обычно применяют логарифмические законы. В телефонии используют обычно один из двух законов (оба предполагают битность 8):
В телекоммуникациях, мю-закон (μ-закон) — стандарт аналогового сжатия, используемый в системах цифровой связи Северной Америки и Японии для модификации динамического диапазона аналогового речевого сигнала до оцифровки. Он подобен алгоритму A-закона, используемому в Европе.
Мю-закон:
A-закон:
