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 факторыКачество 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 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 (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 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 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
|