2.2.4. Адаптивная депльта-модуляция

При линейной дельта-модуляции создается шум с постоянным уровнем и отношение максимально только при максимальной величине сигнала. При уменьшении сигнала пропорционально падает отношение что вообще характерно для любых АЦП без регулировки характеристики преобразования. В дельтамодулятора однако, можно применить вариант алгоритма преобразования с плавающей запятой, при котором значительно увеличивается без изменения частоты дискретизации или скорости создания информации.

В системе, изображенной на рис. 2.5, величина шага квантования изменяется в зависимости от характера сигнала. Если величина сигнала быстро увеличивается, то шаг квантования увеличивается, чтобы избежать ограничения скорости нарастания выходного сигнала. При малых сигналах шаг квантования уменьшается с тем, чтобы понизить шум дробления. Качество работы АЦП зависит от свойств алгоритма перемены шага квантования и от величины диапазона изменения шага квантования.. Чтобы правильно

восстановить сигнал в декодере, алгоритм согласования шага квантования должен основываться только на передаваемом потоке двоичных чисел, но не на входном сигнале АЦП. Поэтому логично долагать, что решения о моментах и величине изменения шага «квантования должны опираться на значения предыдущих отсчетов сигнала.

В простейшем случае в таком алгоритме могут использоваться только текущий и предшествующий отсчеты [50, 70]. Если оба отсчета имеют одинаковые знаки, то шаг квантования увеличивается в Р раз. В противном случае (т. е. если отсчеты поочередно дамеют знаки + и -) шаг квантования уменьшается в раз. Такая система будет устойчивой при условии [70]

Если произведение превышает единицу, то неустойчивость системы приводит к быстрому увеличению уровня шума. Когда находится между 0,8 и 1, отношение остается приблизительно постоянным. Для речевых сигналов можно утверждать, что оптимальными являются значения

«ели оптимизация основана на измерении мощности ошибки [70]. Однакр в измерениях, проводимых методом прослушивания, было

Рис. 2.5. Блок-схема преобразователя с адаптивной дельта-модуляцией. Двоичные числа на выходе триггера управляют знаком шага попрааки. Величина шага регулируется. В приведенной схеме 3-разрядный ЦАП позволяет получить 8 размеров шага. Управляющее логическое устройство определяет размер шага и а основе предшествующих двоичных чисел. Если, например, образуется последовательность двоичных единиц, что указывает на недостаточную скорость нарастания выходного сигнала, то шаг увеличивается с тем, чтобы сигнал в блоке аппроксимации «догнал» входной сигнал. Если на выходе триггера поочередно появляются нули и единицы, что свидетельствует о колебаниях, то шаг уменьшается.

установлено [68], что оптимальное значение Р близко к 1,2. Это, очевидно, вызвано тем, что людям шум дробления кажется более неприятным, чем искажения, связанные с перегрузками. К счастью, при выборе качество преобразования снижается незначительно, но конструкция аппаратуры упрощается [71].

Данный алгоритм нельзя считать достаточно совершенным, поскольку при его использовании одинаковые знаки двух последовательных чисел всегда свидетельствуют о недостаточной скорости изменения выходного сигнала, а разные знаки — о наличии шума дробления. Улучшить качество преобразования можно за счет определения величины шага квантования на основе не одного, а нескольких предшествующих чисел. Один из таких алгоритмов, в котором анализировалось шесть предыдущих двоичных цифр вместо одной, позволил увеличить почти на 8 дБ [49]. Число предшествующих чисел, на которые следует опираться при анализе, в сильной степени зависит от соотношения частоты сигнала и частоты дискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем более плавно изменяются отсчеты сигнала. Вышеприведенные цифры были взяты из работы, посвященной речевым сигналам, когда частота дискретизации была невысокой и превосходила наибольшую частоту сигнала в 14 раз. При дискретизации музыки с частотой 500 кГц сигнал, как правило, можно аппроксимировать отрезками с постоянным наклоном или, в худшем случае, отрезками параболической кривой.

В одном из вариантов метода адаптивной дельта-модуляции на основе потока двоичных цифр определяется основное направление изменения сигнала. При этом двоичная единица указывает, что следует продолжать изменение сигнала в том же направлении, а нуль — что все остается без изменений [72]. Возможность применения такого преобразователя в высококачественных системах звуковоспроизведения глубоко не изучалась, однако уже имеющиеся результаты показывают, что можно построить недорогую систему с в которой скорость создания информации будет не выше, чем в стандартном преобразователе с ИКМ. Эксперименты, проведенные одним из авторов главы (Блессером), показывают, что для сигнала с частотой 1 кГц при полосе 15 кГц можно получить отношение равное 70 дБ. В одном из опытов отношение зависящее от диапазона изменения шага квантования, достигало значения 96 дБ.

Поток последовательных двоичных одноразрядных чисел довольно просто хранить и передавать, но очень трудно обрабатывать. При обработке сигнала, поступающего в такой форме, дель-та-модулированный сигнал приходится преобразовывать в стандартный двоичный формат. В отличие от этого сигнал, полученный в неадаптивном дельта-модуляторе, можно обрабатывать непосредственно. Обычно его подвергают цифровой низкочастотной фильтрации, чтобы подавить шум, лежащий вне звукового

диапазона, и затем дискретизуют с другой «частотой [74]. Полученные таким образом отсчеты эквивалентны отсчетам на выходе обычного АЦП.