Компандирование

В телекоммуникациях и сигналов обработке компандирование (иногда называемое компаньоном ) — это метод смягчения вредного воздействия канала с ограниченным динамическим диапазоном . Название представляет собой сочетание слов «сжатие» и «расширение», которые выполняют функции компандера на передающей и принимающей сторонах соответственно. Использование компандирования позволяет передавать сигналы с большим динамическим диапазоном через средства, которые имеют меньший динамический диапазон. Компандирование используется в телефонии и других аудиоприложениях, таких как профессиональные беспроводные микрофоны и аналоговая запись .

Как это работает

Динамический диапазон сигнала сжимается перед передачей и расширяется до исходного значения на приемнике. Электронная схема, которая делает это, называется компандером и работает путем сжатия или расширения динамического диапазона аналогового электронного сигнала, например звука, записанного микрофоном. Одна из разновидностей представляет собой тройку усилителей: логарифмический усилитель, за которым следуют линейный усилитель с переменным коэффициентом усиления и экспоненциальный усилитель. Такой триплет обладает тем свойством, что его выходное напряжение пропорционально входному напряжению, возведенному в регулируемую степень.

Компандированное квантование представляет собой комбинацию трех функциональных строительных блоков, а именно: компрессора динамического диапазона сигнала (с непрерывной областью), динамического диапазона сигнала (с непрерывной областью), однородного квантователя с ограниченным диапазоном и расширителя который инвертирует функцию компрессора. Этот тип квантования часто используется в телефонных системах. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

На практике компандеры предназначены для работы в соответствии с относительно простыми функциями сжатия динамического диапазона, которые подходят для реализации в виде простых аналоговых электронных схем. Двумя наиболее популярными функциями компандера, используемыми в телекоммуникациях, являются функции A-закона и μ-закона .

Приложения

Компандирование используется в системах цифровой телефонии, сжимая перед входом в аналого-цифровой преобразователь , а затем расширяя после цифро-аналогового преобразователя . Это эквивалентно использованию нелинейного АЦП, как в телефонной системе T-оператора , которая реализует компандирование по закону A или закону μ . Этот метод также используется в цифровых форматах файлов для улучшения отношения сигнал/шум (SNR) при меньшей разрядности. Например, 16-битный сигнал PCM с линейной кодировкой можно преобразовать в 8-битный файл WAV или AU, сохраняя при этом приличное соотношение сигнал/шум путем сжатия перед переходом в 8-битный формат и расширения после преобразования обратно в 16-битный формат. По сути, это форма сжатия аудиоданных с потерями .

Профессиональные беспроводные микрофоны делают это, поскольку динамический диапазон самого аудиосигнала микрофона больше, чем динамический диапазон, обеспечиваемый радиопередачей. Компандирование также снижает уровень шума и перекрестных помех в приемнике. ^{[ 3 ]}

Компандеры используются в концертных аудиосистемах и в некоторых схемах шумоподавления .

История

Использование компандирования в аналоговой системе передачи изображения было запатентовано А. Б. Кларком из AT&T в 1928 году (подана в 1925 году): ^{[ 4 ]}

При передаче изображений электрическим током метод, заключающийся в посылке токов, изменяющихся в нелинейной зависимости от световых значений последовательных элементов передаваемого изображения, и на приемной стороне экспонирования соответствующих элементов чувствительной поверхности. свет изменялся в обратной нелинейной зависимости от принимаемого тока.
— Патент AB Clark

В 1942 году Кларк и его команда завершили создание безопасной системы передачи голоса SIGSALY , которая включала первое использование компандирования в цифровой системе PCM. ^{[ 5 ]}

В 1953 году Б. Смит показал, что нелинейный ЦАП может быть дополнен обратной нелинейностью в конфигурации АЦП последовательного приближения , что упрощает разработку систем цифрового компандирования. ^{[ 6 ]}

В 1970 г. Х. Канеко разработал единое описание законов сегментного (кусочно-линейного) компандирования, которое к тому времени было принято в цифровой телефонии. ^{[ 7 ]}

В 1980-х и 1990-х годах многие производители музыкального оборудования ( Roland , Yamaha , Korg ) использовали компандирование при сжатии данных библиотечных сигналов в своих цифровых синтезаторах . Однако точные алгоритмы неизвестны, а также использовал ли кто-либо из производителей схему компандирования, описанную в этой статье. Известно лишь то, что производители действительно использовали сжатие данных. ^{[ 8 ]} в указанный период времени и что некоторые люди называют это «командированием», хотя на самом деле это может означать что-то другое, например сжатие и расширение данных. ^{[ 9 ]} Это восходит к концу 80-х годов, когда чипы памяти часто были одним из самых дорогих компонентов прибора. Производители обычно указывают объем памяти в сжатом виде: например, 24 МБ физического ПЗУ сигналов в Korg Trinity на самом деле составляют 48 МБ в несжатом виде. Точно так же платы расширения Roland SR-JV обычно рекламировались как платы емкостью 8 МБ с «контентом, эквивалентным 16 МБ». Неосторожное копирование этой технической информации без ссылки на «эквивалентность» часто может привести к путанице.

Ссылки

^ WR Беннетт, « Спектры квантованных сигналов », Технический журнал Bell System , Vol. 27, стр. 446–472, июль 1948 г.
^ Роберт М. Грей и Дэвид Л. Нойхофф, «Квантование», Транзакции IEEE по теории информации , Том. ИТ-44, № 6, стр. 2325–2383, октябрь 1998 г. дои : 10.1109/18.720541
^ Описание компандирования в беспроводных микрофонах.
^ Патент США , AB Clark, « Электрическая система передачи изображения », выдан 13 ноября 1928 г., передан AT&T.
^ Рэндалл К. Николс и Панос К. Леккас (2002). Безопасность беспроводной сети: модели, угрозы и решения . МакГроу-Хилл Профессионал. п. 256 . ISBN 0-07-138038-8 . Компандирование Ab-Clark PCM.
^ Б. Смит, «Мгновенное компандирование квантованных сигналов», Технический журнал Bell System , Vol. 36 мая 1957 г., стр. 653–709.
^ Х. Канеко, «Единая формулировка законов компандирования сегментов и синтез кодеков и цифровых компандоров», Технический журнал Bell System , Vol. 49, сентябрь 1970 г., стр. 1555–1558.
^ Эрик Персинг , звукорежиссер ( Roland , Spectrasonics), 29 мая 2010 г. https://www.gearslutz.com/board/showpost.php?p=5446278&postcount=130
^ Дэйв Полич, звукорежиссер, 13 января 2018 г. https://www.gearslutz.com/board/showpost.php?p=13068220&postcount=146

Внешние ссылки

Компандирование: логарифмические законы, реализация и последствия

[Bennett-1] WR Беннетт, « Спектры квантованных сигналов », Технический журнал Bell System , Vol. 27, стр. 446–472, июль 1948 г.

[GrayNeuhoff-2] Роберт М. Грей и Дэвид Л. Нойхофф, «Квантование», Транзакции IEEE по теории информации , Том. ИТ-44, № 6, стр. 2325–2383, октябрь 1998 г. дои : 10.1109/18.720541

[3] Описание компандирования в беспроводных микрофонах.

[4] Патент США , AB Clark, « Электрическая система передачи изображения », выдан 13 ноября 1928 г., передан AT&T.

[5] Рэндалл К. Николс и Панос К. Леккас (2002). Безопасность беспроводной сети: модели, угрозы и решения . МакГроу-Хилл Профессионал. п. 256 . ISBN 0-07-138038-8 . Компандирование Ab-Clark PCM.

[6] Б. Смит, «Мгновенное компандирование квантованных сигналов», Технический журнал Bell System , Vol. 36 мая 1957 г., стр. 653–709.

[7] Х. Канеко, «Единая формулировка законов компандирования сегментов и синтез кодеков и цифровых компандоров», Технический журнал Bell System , Vol. 49, сентябрь 1970 г., стр. 1555–1558.

[8] Эрик Персинг , звукорежиссер ( Roland , Spectrasonics), 29 мая 2010 г. https://www.gearslutz.com/board/showpost.php?p=5446278&postcount=130

[9] Дэйв Полич, звукорежиссер, 13 января 2018 г. https://www.gearslutz.com/board/showpost.php?p=13068220&postcount=146

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]