Контрольная работа: Кодирование речи в цифровых системах связи

В методе ДИКМ для снижения избыточности речевого сигнала используется наличие корреляции между соседними отсчетами. Наличие корреляции дает возможность предсказывать последующие отсчеты по предыдущим (рис. 2).

Рис. 2

Здесь представляет собой -й отсчет входного сигнала,

- предсказанное значение -го отсчета входного сигнала,

- ошибка предсказания -го отсчета.

Функция предсказателя в этом случае – проанализировать предыдущие отсчетные значения сигнала и спрогнозировать последующие.

В системе с ДИКМ кодировке и передаче по каналу связи подлежат не сами отсчеты (выборки) сигнала, а ошибки предсказания. В случае, когда параметры устройства предсказания адекватны свойствам речевого сигнала, удается уменьшить динамический диапазон ошибок предсказания по сравнению с динамическим диапазоном речевого сигнала. А это позволяет уменьшить число уровней квантования и, соответственно, количество бит на выборку и скорость цифрового потока на выходе кодера.

В декодере производится обратная операция и восстановление отсчета речевого сигнала по ошибке предсказания (рис. 3).

Рис. 3

В качестве устройства предсказания как правило используется нерекурсивный цифровой фильтр, или трансверсальный фильтр:

Рис. 4

Сигнал на выходе такого фильтра представляет собой предсказанное значение - го отсчета входного сигнала – взвешенную линейную комбинацию отсчетов (рис. 4):

где - коэффициенты усиления фильтра или коэффициенты модели предсказания.

Величины коэффициентов выбираются таким образом, чтобы минимизировать среднеквадратическую ошибку

При использовании для кодирования речи метода ДИКМ число бит квантования на выборку снижается до 4-6 (32-48 кбит/с).

Дальнейшее снижение скорости цифрового потока на выходе кодера достигается за счет использования адаптивного варианта ДИКМ.

Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ либо ADPCM) – один из наиболее общепринятых и широко используемых стандартов сжатия (кодирования) речи со скоростью 24-32 кбит/с.

Кодеры на основе ДИКМ разрабатываются в предположении, что выход источника сообщений стационарен. В действительности речь – это нестационарный случайный процесс, т.е. ее дисперсия, спектр и автокорреляционная функция меняются во времени. Поэтому для эффективного кодирования необходимо постоянно отслеживать такого рода изменения. В методе АДИКМ в отличие от ДИКМ производится адаптивная настройка шага квантования сигнала ошибки предсказателя, а также автоматическая настройка коэффициентов нерекурсивного фильтра предсказателя в соответствии с изменением текущего спектра речевого сообщения. Данные меры позволяют минимизировать динамический диапазон ошибки предсказания и необходимое число уровней квантования.

При кодировании речи с использованием АДИКМ для високого качества восстановленной речи требуется использовать всего лишь 3-4 бит на выборку.

Дельта-модуляция (ДМ).