Page 16 - 6858

Рис. 2.2. Статистичний розподіл амплітуд мови однієї особи

На осі абсцис відкладені амплітуди мовного сигналу, що нормуються по среднеквадратическому значенню амплітуд, а
на осі ординат — вірогідність. Для більшості каналів мовного зв'язку домінують дуже низькі рівні сигналів: 50% часу
напруга, що характеризує енергію виявленої мови, складає менше чверті среднеквадратического значення. Значення з
великими амплітудами зустрічаються відносно рідко: тільки 15% часу напругу перевищує среднеквадратическое
значення.
При передачі мові система з рівномірним квантуванням буде неекономною - багато рівнів квантування
використовуватимуться досить рідко. Крім того, в такій системі шум квантування буде однаковим для всіх амплітуд
сигналу. Отже, при такому квантуванні відношення сигнал/шум буде гірше для сигналів низьких рівнів, чим для
сигналів високих рівнів.
Нерівномірне квантування може забезпечити краще квантування слабких сигналів і грубе квантування сильних сигналів.
Значить, в цьому випадку шум квантування може бути пропорційним сигналу. Результатом є підвищення загального
відношення сигнал/шум — зменшення шуму для домінуючих слабких сигналів за рахунок підвищення шуму для
сильних сигналів, що рідко зустрічаються. На рис. 3 порівнюється квантування слабкого і сильного сигналів при
рівномірному і нерівномірному квантуванні. Ступінчастими сигналами є апроксимації аналогових сигналів (після
введення спотворення унаслідок квантування).

Рис. 2.3. Рівномірне і нерівномірне квантування сигналів
Одним із способів отримання нерівномірного квантування є використання пристрою з нерівномірним
квантуванням з характеристикою, показаною на рис. 4.а. Набагато частіше нерівномірне квантування
реалізується таким чином: спочатку початковий сигнал деформується за допомогою пристрою, що має логарифмічну
характеристику стиснення, показану на рис. 4.б, а потім використовується пристрій квантування з рівномірним
кроком. Для сигналів малої амплітуди характеристика стиснення має крутіший фронт, ніж для сигналів великої
амплітуди. Отже, зміна даного сигналу при малих амплітудах торкнеться більшого числа рівномірно розміщених
рівнів квантування, чим та ж зміна при великих амплітудах. Характеристика стиснення ефективно міняє розподіл
амплітуд вхідного сигналу, так що на виході системи стиснення вже не існує переваги сигналів малих амплітуд.
Після стиснення деформований сигнал подається на вхід рівномірного (лінійного) пристрою квантування з
характеристикою, показаною на рис. 4.в. Після прийому сигнал пропускається через пристрій з характеристикою,
зворотною до показаної на рис. 4.б і званої розширенням, так що загальна передача не є деформованою. Описана
пара етапів обробки сигналу (стиснення і розширення) в сукупності зазвичай іменується компандуванням.
У Північній Америці -уровневая характеристика пристрою стиснення описується наступним законом:
16