Компандирование - Companding
В связи и обработке сигналов , компандирование (иногда называемый compansion ) представляет собой метод смягчения отрицательных последствий канала с ограниченным диапазоном динамического . Имя является контаминация слов сжимающих и расширяющихся, которые в себе функции компандер на передающей и принимающей стороне соответственно. Использование компандирования позволяет передавать сигналы с большим динамическим диапазоном через устройства с меньшим динамическим диапазоном. Компандирование используется в телефонии и других звуковых приложениях, таких как профессиональные беспроводные микрофоны и аналоговая запись .
Как это устроено
Перед передачей динамический диапазон сигнала сжимается 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, такого как звук, записанный с помощью микрофона. Одна разновидность - тройка усилителей: логарифмический усилитель, за которым следуют линейный усилитель с переменным усилением и экспоненциальный усилитель. Такой триплет обладает тем свойством, что его выходное напряжение пропорционально входному напряжению, повышенному до регулируемой мощности.
Компандированное квантование - это комбинация трех функциональных строительных блоков, а именно компрессора динамического диапазона сигнала (непрерывной области), равномерного квантователя ограниченного диапазона и расширителя динамического диапазона сигнала (непрерывной области), который инвертирует функцию компрессора. Этот тип квантования часто используется в телефонных системах.
На практике компандеры предназначены для работы в соответствии с относительно простыми функциями компрессора динамического диапазона, которые предназначены для реализации с использованием 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 вводом в аналого-цифровой преобразователь , а затем расширяя после цифро-аналогового преобразователя . Это эквивалентно использованию нелинейного АЦП, как в телефонной системе с T-несущей, которая реализует компандирование по закону A или μ . Этот метод также используется в цифровых форматах файлов для лучшего отношения сигнал / шум (SNR) при более низкой битовой глубине. Например, линейно закодированный 16-битный сигнал PCM может быть преобразован в 8-битный файл WAV или AU с сохранением приличного SNR путем сжатия перед переходом на 8-битный и расширения после преобразования обратно в 16-битный. 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.
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):
При передаче изображений электрическими токами метод, заключающийся в передаче токов, изменяющихся нелинейно по отношению к значениям освещенности последовательных элементов изображения, которое должно быть передано, а на принимающем конце обнажать соответствующие элементы чувствительной поверхности. свет изменяется обратно нелинейно по отношению к полученному току.
- Патент AB Clark
В 1942 году Кларк и его команда завершили разработку системы безопасной передачи голоса SIGSALY, которая включала первое использование компандирования в системе PCM (цифровой).
В 1953 г. Б. Смит показал, что нелинейный ЦАП может быть дополнен обратной нелинейностью в конфигурации АЦП последовательного приближения, что упростило конструкцию систем цифрового компандирования.
В 1970 г. Х. Канеко разработал единое описание сегментных (кусочно-линейных) законов компандирования, которое к тому времени было принято в цифровой телефонии.
В 1980-х (и 90-х годах) многие производители музыкального оборудования ( Roland , Yamaha , Korg ) использовали компандирование при сжатии данных волновых форм библиотеки в своих цифровых синтезаторах . К сожалению, точные алгоритмы неизвестны, также, если кто-либо из производителей когда-либо использовал схему компандирования, описанную в этой статье. Известно лишь то, что производители действительно использовали сжатие данных в указанный период времени и что некоторые люди называют это «компандированием», хотя на самом деле это может означать что-то еще, например сжатие и расширение данных. Это восходит к концу 80-х, когда микросхемы памяти часто были одним из самых дорогих компонентов в приборе. Производители обычно указывают объем памяти в сжатом виде: то есть 24 МБ ПЗУ физической формы сигнала в Korg Trinity на самом деле составляют 48 МБ в несжатом виде. Точно так же платы расширения Roland SR-JV обычно рекламировались как платы на 8 МБ с «эквивалентом содержимого 16 МБ». Неосторожное копирование этой технической информации без упоминания «эквивалентности» часто может вызвать путаницу.