Главная > Применение цифровой обработки сигналов
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

2.2.6. Психоакустические факторы

Качество работы различных преобразователей трудно сравнивать аналитически, поэтому полезно провести такое сравнение психоакустическими методами. Определив необходимую скорость создания информации для гипотетического преобразователя, согласованного со свойствами человеческого слуха, можно оценить, насколько обычные аналого-цифровые преобразователи отличаются от идеального. Это отличие определяет показатель, который часто применяют для оценки качества речевых систем. Можно например, задать вопрос: чему равна скорость создания информации в преобразователе, идеально согласованном с человеческой слуховой системой? Этот вопрос можно рассматривать как относительно всех звуковых сигналов, полностью перекрывающих динамический и частотный диапазоны слуха, так и применительно к более узкому кругу сигналов, называемых обычной музыкой. В обоих случаях оптимальным будет преобразователь, который создает минимум ошибок, замечаемых человеком. Музыка представляет собой класс ограниченных звуковых сигналов, поскольку она создается при возбуждении механических резонансов или имеет вид ограниченных во времени ударных звуков. Преобразователь, предназначенный для широкого класса всех звуковых сигналов, даст, конечно, более универсальные результаты, но при проектировании звуковоспроизводящих систем широкого назначения обычно стараются сохранить их стоимость в разумных пределах.

Оптимальным является преобразователь, у которого скорость создания информации уменьшена до такого минимального значения, при котором различие между квантованным и

неквантовандым сигналами не воспринимается на слух. Для достижения этой цели необходимо глубокое понимание психоакустических эффектов, создаваемых различными видами ошибок преобразования. К сожалению, полной модели слухового восприятия не существует, а есть лишь обширная литература по этим вопросам, где описываются различные явления.

При изучении кодирования звуковых сигналов наиболее полезными являются исследования, посвященные обнаружению сигналов в различных условиях [16, 82]. Вообще для каждой частоты акустического сигнала существует определенный уровень, ниже которого он не слышен. В присутствии другого сигнала этот порог значительно повышается. В первом случае (без мешающего сигнала) определяется такой абсолютный порог слышимости, что звук заданной частоты с уровнем, не превышающим этого порога, совершенно не слышен. На рис. 2.6 показаны пороговые уровни для людей с нормальным слухом [124]. Из приведенных кривых видно, что область наибольшей чувствительности слуха занимает диапазон от 1 до 5 кГц. На более высоких частотах чувствительность слуха уменьшается, и на частоте 15 кГц она на 20 дБ меньше максимальной. Аналогично возрастает порог чувствительности на низких частотах. Во втором случае имеет место маскировка сигнала, когда присутствие одного звука затрудняет восприятие другого звука. При этом происходит сдвиг порога восприятия. Если звучат длинные периодические сигналы, то звук с данной частотой маскирует сигналы на соседних частотах и делает их совершенно неслышными. Кратковременные ударные звуки заглушают сигналы, звучащие до и после соответствующего переходного процесса. В обоих случаях звуковой сигнал может полностью заглушить как шум квантования, так и другие звуковые сигналы. Это позволяет при разработке АЦП игнорировать те сигналы, которые будут замаскированы, а также не обращать внимания на шум квантования, возникающий в АЦП, если он не будет слышен на фоне полезного сигнала.

На рис. 2.7 приведены результаты экспериментов по маскировке сигналов в частотной области [18]. Группе людей давали возможность слушать звуковой сигнал на фоне синусоидального колебания частоты 1200 Гц с уровнем звукового давления (УЗД), равным 80 дБ. Частота и амплитуда контрольного тона изменялись, чтобы найти область, в которой он не воспринимается. На графике эта область отмечена словами «только помеха». В ней происходит полная маскировка и слышен только звук с частотой 1200 Гц. Вне этой области контрольный сигнал прослушивается как отдельный тон или в виде биений.

Если маскирующий тон заменяется на узкополосный шум [19], то получается несколько иной результат (рис. 2.8). Для музыки такой вид сигнала более характерен, чем одночастотный чистый тон. Из представленных на рис. 2.8 кривых видно, что область

(кликните для просмотра скана)

спектра, в которой наблюдается маскировка, в сильной степени зависит от амплитуды заглушающего сигнала. Чем больше его амплитуда, тем шире диапазон маскировки. Обширные сведения о маскировке при различных сочетаниях свойств заглушающего (маскирующего) и контрольного сигналов приведены в работе [82].

Другим важным явлением является маскировка во временной области. В этом случае помехи могут помешать восприятию более слабого сигнала, звучащего примерно в это же время. Если громкий звук маскирует следующий за ним слабый звук, то явление называется маскировкой вперед; оно может продолжаться до 250 мс. Границы областей маскировки (рис. 2.9) в логарифмическом масштабе изображаются линиями, близкими к прямым [17]. Громкий звук может также маскировать звук, воспроизводимый до него; это явление называется маскировкой назад, его длительность составляет ~20 мс [125].

Из вышеприведенных результатов следует, что для узкополосных сигналов необходимое отношение сигнал/шум составляет лишь дБ. Предположим, например, что входной сигнал Пропущен через гребенку полосовых фильтров и верхний сигнал каждого фильтра преобразован в цифровую форму. Требования к , следовательно, число разрядов, необходимое в каждом АЦП, определяются условиями различимости шума, находящегося в полосе каждого фильтра. Из рис. 2.8 видно, что в присутствии сигнала с уровнем 80 дБ в такой узкой полосе будет полностью заглушен любой сигнал или шум с уровнем, не превышающим 50 дБ. Поэтому для достижения заданного отношения в-принципе требуется только шесть разрядов. Проблему обеспечения динамического диапазона в каждой из частотных полос можно решить с помощью какой-либо методики преобразования с поблочно плавающей запятой, описанной ранее. Длительность отклика системы с плавающей запятой определяется временем маскировки вперед, которое сравнительно велико. Поэтому условие получения большого не очень влияет на выбор скорости создания информации. Ширина этих частотных поддиапазонов, называемых критическими полосами, увеличивается с ростом частоты [87]. Критические полосы имеют ширину Гц на частотах до 1 кГц и расширяются постепенно до 2 кГц на частоте 10 кГц. Поведение сигналов в критических полосах довольно сложное, но анализ имеющихся данных приводит к выводу, что сигнальные составляющие, попадающие в одну полосу, проще исследовать, чем набор таких составляющих в различных полосах.

Описанная система отличается от системы с поблочно плавающей запятой только тем, что сигналы в каждой из частотных полос обрабатываются независимо друг от друга. Недостатком обычной системы является то, что (при сжатии характеристики АЦП Для всего диапазона) отношение равное 60 дБ, не

(кликните для просмотра скана)

гарантирует отсутствия слышимых шумов. Сильный сигнал, сосредоточенный в одном конце диапазона, не повлияет на слышимость широкополосных шумов. Низкочастотный сигнал с большой амплитудой приведет к явному усилению шума квантования, так как подобный сигнал не создает эффективной маскировки. Эта проблема разрешается путем сжатия характеристики АЦП в отдельных узких долосах. Аналогичные решения были найдены при создании классических нецифровых систем шумоподавления [38, 88], хотя в таких системах применялись частотные каналы гораздо большей ширины, чем критические полосы.

Сигнал, поступающий из каждого полосового фильтра, дискре тизуется с частотой, вдвое превышающей ширину полосы фильтра, и полученные отсчеты подвергаются многоканальному уплотнению. Эквивалентная частота дискретизации при этом не изменяется, так как сумма всех частот по-прежнему равна удвоенной ширине полосы всей системы. Исходя из вышеизложенного, можно ожидать, что скорость создания информации здесь будет близка к а не к характерной для системы с поблочно цлавающей запятой.

Некоторое дополнительное сокращение скорости поступления информации можно получить, если учесть, что соседние частотные каналы могут сильно маскировать друг друга. Поэтому можно сделать адаптивным распределение числа разрядов между каналами. Тому из каналов, который заглушается мощным сигналом из соседних каналов или сильным сигналом в удаленном высокочастотном канале, можно отвести меньше разрядов. Подобный адаптивный метод довольно трудно описать математически и может оказаться, что его будет очень трудно реализовать, но тем не менее можно надеяться, что он позволит сократить скорость поступления информации на 20—30%.

Проведя этот предварительный анализ, можно сделать вывод, что оптимальный АЦП для одной монофонической программы, в котором используется психоакустическое согласование, по всей видимости, будет иметь скорость создания информации порядка Это примерно втрое лучше, чем при использовании -разрядного АЦП с постоянной характеристикой и частотой дискретизации или вдвое лучше, чем для системы сжатия с Плавающей запятой.

Пока не ясно, будет ли усложнение аппаратуры оправдано уменьшением объема информации. В некоторых случаях, когда стоимость передачи или хранения информации высока, сокращение объема информации, по-видимому, компенсирует дополнительные расходы. Так, например, для фонотеки, где хранится 10 000 рулонов пленки, тройное сокращение объема пленки может оказаться достаточной компенсацией усложнения аппаратуры. Аналогично стоимость линии связи может значительно перекрыть

стоимость аппаратуры сжатия, так как, например, 5000 км высококачественной линии связи стоят чрезвычайно дорого,

1
Оглавление
email@scask.ru