УМЕНЬШЕНИЕ ОБЪЕМА ПЕРЕДАВАЕМЫХ ГОЛОСОВЫХ ДАННЫХ ПУТЕМ КВАНТОВАНИЯ СИГНАЛА

​АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются способы уменьшения объёма голосовых сообщений, путем снижения информации при «оцифровке» сигнала. Приводятся методы сжатия информации голосовых сигналов. В завершении работы сделан вывод возможности сжатия сигналов цифровыми методами.

Ключевые слова: квантование сигнала, векторное и скалярное квантование сигнала.

Проблема сокращения объема данных при передаче речевых сигналов в цифровых системах передачи информации и сейчас остается по-прежнему одной из самых исследуемых, так как технологии сжатия речи используются для повышения объемов передаваемой речевой информации, а также компактного хранения этих данных.

Одним из способов уменьшения информации об аналоговом сигнале является перевод его в цифровой аналог. При записи речевых данных можно добиться определенной степени сжатия путем снижения значений частоты дискретизации и количества уровней квантования при аналого-цифровом преобразовании сигнала.

Дискретные источники представляют интерес для обработки и сжатия текста, компьютерных файлов, а также служат для кодирования последовательностей аналоговых источников. Разбитие аналоговых сигнала на дискретные сегменты называют квантованием.

Рисунок 1. Кодирование и декодирование дискретных источников. Вход квантователя представляет собой последовательность напряжений   и т.д., аналоговых случайных величин.

Для обработки всех возможных вариаций входного сигнала используют плотность вероятности. Первоначально   берутся как независимые одинаково распределенные аналоговые значения с некоторой заданной функцией плотности вероятности .

Квантователь преобразует входящий набор напряжений   в последовательность дискретных случайных величин   с условием, что любому значению  соответствует значение   для каждого , а функция-искажение стремиться к нулю. Дискретный кодер/декодер декодирует последовательность   на выходе дискретного кодера и будет сравниваться с возможными принимаемыми значениями, содержащимися в таблицах.

Значения на выходе квантователя  ограничены алфавитом из M возможных значений и не может идеально представлять аналоговый вход . Увеличение количества возможных принимаемых значений позволяет уменьшить искажения квантования.

При преобразовании случайных значения  в дискретные , среднеквадратичное отклонение определяется как . Среднеквадратичное отклонение (часто называемое среднеквадратической ошибкой) почти всегда используется для измерения искажения в системах квантования сигнала.

Измерение искажений только при помощи среднеквадратичного метода имеет некоторые недостатки. Например, эффективные кодеры человеческой речи должны учитывать, что люди более чувствительны к слуховому восприятию некоторых видов ошибок, возникающих при восстановлении сигнала, и, в зависимости от громкости отдельных фрагментов голосового сообщения, изменять значения среднеквадратического отклонения.

Основными видами разбиение диапазона отсчётных значений сигнала на конечное число уровней и округление этих значений до одного из двух ближайших являются векторное и скалярное квантование. При скалярном квантовании аналоговый набор случайных величин квантуется независимо от других последовательностей. Векторное квантование характеризуется разбиением набора случайных величин на блоки по n в каждом, после чего каждый блок квантуется как единое целое.

Квантование позволяет осуществлять сжатие информации об передаваемом сигнале следующими способами:

1. Аналогово-цифровое преобразование
2. Методы сжатия речи на основе использования словарей
3. Сжатие речи с применением Вокодеров
4. Методы сжатия речи на основе субполосных преобразований

При передаче непрерывных сигналов обычно достаточно передавать не сам сигнал, а лишь последовательность его мгновенных значений, выделенных из исходного сигнала по определённому закону. При бесконечно малых интервалах включения (отключения), т. е. при бесконечно большой частоте переключений контактов, получается точное представление непрерывного сигнала.

Таким образом, снижение избыточности передаваемого аналогового сигнала может быть обеспечена за счет «оцифровки» аналогового сигнала.

Список литературы:

1. Козленко, Н.И. Помехоустойчивость дискретной передачи непрерывных сообщений [Текст]: монография. – Москва: Изд-во Радиотехника, 2003. – 352 с.
2. Бухвинер, В.Е. Управляемое компандирование звуковых сигналов [Текст]: монография. – Москва: Изд-во Связь, 1978. - 208 с.
3. Методы и алгоритмы повышения качества звучания речи [Текст]: учеб. пособие для науч. работников и студентов вузов / Е.Г. Жиляков [и др.]. - Белгород: Изд-во ООО «ГиК», 2012. – 117 с. 4. Продеус, А.Н. Акустические информационные системы (АИС) [Электронный ресурс] / А.Н. Продеус. – Режим доступа: http://aprodeus.narod.ru/. – Загл. с экрана.
4. Жиляков, Е. Г. О сжатии речевых сигналов [Текст] / Е. Г. Жиляков, С.П. Белов, Е.И. Прохоренко // Вестник НТУ ХПИ. - 2005. - №56. – с. 32-40.