автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Повышение эффективности цифрового представления сигналов звукового вещания на основе ортогональных преобразований

кандидата технических наук
Бегалиев, Серик Мулкалманович
город
Москва
год
1994
специальность ВАК РФ
05.12.02
Автореферат по радиотехнике и связи на тему «Повышение эффективности цифрового представления сигналов звукового вещания на основе ортогональных преобразований»

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности цифрового представления сигналов звукового вещания на основе ортогональных преобразований"

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский технический университет связи я информатики

На правах рукописи

БЕГАЛИЕВ Серик К/лкалманович

УДК 621. 396. 97

ПОВЫШЕНИЕ ЭМЕКТИВЮСТИ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОГО вщщт НА ОСГОЕЕ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИИ

Специальность 05.12.02 - Системы и устройства передачи

информации по каналам связи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва 1994

Работа выполнена на кафедре радиовесриия и электроакустики Московского ордена Трудового Красного Знамени технического университета связи и информатики (МГУСИ). Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент О. Б. ГЬпов

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Г. Е Горелов

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Л. М. Невдяев

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский институт радио РФ

Защита диссертации состоится 199^. а /Г~ч на

заседании специализированного совета К 118.06.03 при Московском ордена Трудового фасного Знамени техническом университете связи и информатики по адресу: 105855, ГСП, Москва, Авиамоторная ул. ,8а.

Ознакомиться с диссертацией можно в библиотеке университета.

Автореферат разослан "¿0" Lftätff 199^

Ученый секретарь а

специализированного совета К 118. 06.03,Ц кандидат технических наук, доцент / л// О. К Матвеева

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тем ы. Преимущества и перспективность' цифровых методов обработки и передачи сигналов звукового вещания (CSE) общеизвестны, однако внедрение цифровых систем передачи (ЦСП) в трактах формирования первичного, а в перспективе вторичного распределения сигнала радиовещания (РВ) и создание сквозного канала цифрового радиовещания (ЦРВ) сдерживается:

- необходимостью занять широкую полосу частот в канале для передачи высокоскоростного цифрового потока;

- отсутствием единых стандартов и международных рекомендаций по форматам сигнала звукового вешания на различных участках канала РВ;

- отсутствием способов транскодирования сигнала звукового вещания СЗВ без искажений при необходимости изменения частоты дискретизации.

Снижение скорости передачи и искажений транскодирования возможно с использованием представления СЗВ в частотной области, позволяющего согласовать его описание с физикой звукообразования и звуковосприятия, но характерные для такого представления искажения при обработке СЗВ и их субъективная заметность исследованы недостаточно.

Проблемам компактного представления звуковых сигналов и цифровой фильтрации посвящены работы А. А. Пирогова, М. А. Сапожкова, М. В. Назарова, ¡0. Е Прохорова, Д. JL Коробкова, JL М. Гольденберга, Л. Раби-нера, Е. Гоулда, способы представления СЗВ в частотной области рассмотрены в работах iL В. Гитлица, А, С. Грудинша, А. М. Синельникова, Ю. А, Каволгкна, Б. П. Каллагена, Д. Л. Кейфа, С. М. Ней, С. JL Марлла в приложении к задачам РВ интенсивно проводятся работы в данном направлении и в настоящее время, как у нас в стране, так и за ру-

- А -

белом.

Все это обуславливает актуальность задачи анализа источников искажений, при представлении CSB в частотной области с устранением избыточности и изшнении частоты дискретизации, исследования величины и субъективной заметности этих искажений, разработки эффективных алгоритмов устройств представления СЗВ и изменения частоты дискретизации с минимально допустимыми искажениями.

Под повышением эффективности устройства иди алгоритма в данной работе подразумевается или уменьыение сложности реализации при одинаковых качественных показателях или улучшение качественных: показателей при одинаковой сложности реализации.

Цель работы состоит в улучшении существующих и разработке новых более эффективных систем ЦРВ, обеспечив amjtx повышение качества передачи н создащих возможность реализации сквозного цифрового канала ЦРВ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Выявлены основные факторы, определяющие искажения СЗВ при его обработке в частотной области.

2. Исследована субъективная заыетность искажений в зависимости от величины каждого искажающего фактора.

3. Разработан метод спектрального анализа CSE на нерегулярной частотной сетке, согласованный с физикой звуковоспроизведения и разрешающей способностью слухового анализатора.

4. Предложены новые устройства и способы обработки CSB, обеспечивающие его компактное представление и возможность неискаженной передачи е каналах ЦРВ.

Практическая ценность работы состой? в том, что:

- разработан ряд конкретных устройств и способов обработки СЗВ

в частотной области , позводящих осуществить передачу по реальному каналу ЦРВ с неоднократным травскодороЕаниеы при допустимых искажениях и уменьшить необходимую дгя передачи полосу частот в каналах первичного и вторичного распределения;

- разработан пакет прикладных программ, применяемый для исследования статистических свойств СЭВ в частотной области и исследования алгоритмов его обработки;

- получены графические зависимости заштности характерных искажений от величины искаизирго фактора, использовании? при разработке алгоритмов представления СЗВ в частотной области;.

- полученные результаты позволяют сократить скорость цифрового потока при передаче СЗВ до 60-80 кбит/с на моноканал при сохранении объективного качества на суцэств/Егзэм наборе тестовых сигналов в трактах первичного распределения и до 40-60 кбит/с при сохранении высокого качества- по субъективному восприятии в трактах вторичного распределения;

- разработан метод спектрального анализа для звукового сигнала;

- разработано устройство изменения частоты дискретизации, обес-печивающэе меньшие искажения при упрощении схемотехнической реализации по сравнении с существующая!.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Заметность характерных искажений СЗВ, представленного и обработанного в частотной области, определяет эффективность адаптивных алгоритмов с обратной пропорциональностью точности представления и объема СЗВ.

2. Эффективность устройств изменения частоты дискретизации повышается при использовании фильтрации в частотной области вместо временной в 2-3 раза

- е -

3. Алгоритмы компактного представления СЗВ в системе ЦРВ должны обеспечивать сохранение качества по принятым объективным параметрам в трастах первичного распределения к субъективному восприятию в трактах вторичного.

4. Предлагаемые методы обработки СЗВ на основе быстрых ортогональных преобразований позволяют снизить скорость передачи до 250 кбит/с в трактах первичного распределения и до 128 кбит/с - в трактах вторичного по сравнению с используемой сейчас скоростью 640 кбит/с при увеличении схемотехнической сложности в 25 раз.

5. Спектральный анализ СЗВ должен производиться на нерегулярной частотной сетке с разрешающей способностью слухового анализатора и учетом физики звуковоспроизведения, что позволяет адекватно описать звуковой сигнал.

6. Разработанный метод спектрального анализа позволяет проводить более эффективную обработку СЗВ, например снизить скорость передачи до 40-60 кбит/с.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ШУСИ, а также в хоздоговорные НИР и ОКР, выполняемые научно-исследовательской частью ШУСИ в интересах НПО "АЖАКОЫ".

Апробация работа Основные положения и результаты исследований докладывались автором на научно-технической конференции (Челябинск, 1989г.), НТК молодых ученых (Черноголовка, 1983г.), Всесоюзной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 1990г.), а также на НТК профессорско-преподавательского состава состава МТУСИ 1989-1992гг..

Публикации. Ш результатам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 4 статьи и 3 изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация сос-

тоит иэ введения, четырех глаз, заключения, списка литературы и

приложения. Объем составил 175 с., в том числе 138 с._ текста и

37 листов рисунков. Библиография содержит 11 наименований.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, перечислены основные научные результаты диссертации, приведено краткое содержание работы, выделены ее научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту.

Сравнительный анализ способов представления СЗВ но временной и частотной областях, приведенный в первой главе, показывает (таблица 1), что последние позволят эффективнее сникать скорость цифрового потока, необходимую для передачи СЗВ в каналах ЦРВ.

Для описания СЗВ в частотной области используется либо многополосная цифровая фильтрация (ЦФ), либо ортогональное преобразование исходного СЗВ.

При субполосном кодировании ширину каждой полосы стремятся приблизить к "критической", в пределах которой слух суммирует возбуждение.

Сокращение общэй скорости цифрового потока производится за счет снижения частоты дискретизации субполосного сигнала, разрядности представления, отбрасывания части информации, "не воспринимаемой слушателем", статистического сжатия оставшейся. Основные недостатки такого типа кодеков связаны с трудностью схемотехнической реализации ДФ с разной шириной пропускания, наличием межполосного просачивания, фазовых искажений и т.д.

Более тонкий анализ спектральной структуры СЗВ во времени дают возможность провести ортогональные преобразования при меньшей вычислительной сложности.

Таблица 1

Вид кодирования. Область представления СЗВ

Разрядность, бит/отсчет

Скорость цифрового потока, кбит/с

Показатель сложности

Временная импулъсно-кодовая модуляция с линейной платой с мгновенным коыпандирсвани-ем (МК)

с почти мгновенным ьомпанди-рованием (}ШК) |

ДШ1 - дифференциальное ИКМ, линейно-нелинейная шкала

16 12 9,5 5,Я

768

384

320

265

3,5

Частотная Поблочное дискретно-косинусное преобразование | 2-3,5

Шбл. АДШШ (адаптивное дифференциальное представление коэф-

фициентов Оур'ле)

2,9

Полосное статистическое сжатие 2

100 - 60

92

64 - 128

13

¡¿4

39

Эффективность ортогонального преобразования определяется сте-пеньи концентрации СЗВ в наборе описывающих его спектральных составлявших коэффициентов. В табл.2 сведены результаты расчета концентрации энергии Е, определяемой как

Е - -Ё с£ ¿одгалг 1СЛ61,

- Q -

где N - размерность преобразования;

<уг - коэффициент нормированного спектрального разложения корреляционной функции 30; для преобразований:

ДПФ - дискретное преобразование Фурье; ДИП - дискретное косинусное преобразование; ДСКП - дискретное синус-косинусное преобразование; ДПУ - преобразование Уолша; ДПХ - дискретное преобразование Хартли; ССА - согласованный спектральный анализ. Данные получены при обработке реальных СЗВ. В таблице большей концентрации энергий соответствует меньшее значение Е, т. е. среди ортогональных преобразований по этому параметру предпочтительно ДКП, в последней графе показано Е для

Таблица 2

да ДКП ЦСКП ДПУ ДПХ ССА

0,20016 0,11736 0,11726 0,23981 0,22106 0,1236

0,40548 0,20729 0,20728 039937 0,41317 0,1021

0,60189 0,30240 0,30040 0,72118 0,59349 0,1457

0,82323 0,4069В 0,40696 1,22336 0,82593 0,2867

описанного в работе согласованного спектроаналиэатора, достоинством которого является меньшая зависимость от длины вьйоркн.

Указанные ортогональные преобразования успешно используются в /етрсйстзах компактного представления и обработки СЭЗ, отличзясь разрешающей способностью, вычислительной сложностью, удобством инте-рпретации, и обеспс-чгаают получение приемлемых результатов для

большого класса алгоритмов. Основные недостатки - недостаточная разрешающая способность и неадекватность представления СЗВ на участках его неетационарности, несущих основной объем смысловой и эмоциональной информации, что приводит либо к искажениям СЗВ на данных участках,либо к увеличении объема передаваемой информации.

Исследование эаметности искажений, характерных для этих методов, необходимые для определения эффективности различных предлагаемых алгоритмов кодирования и обработки СЗВ в частотной облзсги приведены во второй главе.

При всем многообразии предлагаемых алгоритмов обработки СЗВ в частотной области, свойственные им искажения определяются огрублением представления и обнулением части коэффициентов по различным критериям. Искажения можно подразделить на:

- ишзжения, снижающие объективное качество сигнала, что недопустимо в трактах первичного распределения;

- искажения, снижающие субъективно воспринимаемое качество р трактах вторичного распределения.

Исследования эаметности искажений, возникающих при основных видах обработки частотных коэффициентов, отображающих СЗВ, проведены для ДШ>, с использованием которого вычисляются остальные.

Исследование проводилось на синтезированном гармоническом сигнале и специально подобранных музыкальных сигналах, искажения которых особенно заметны слушателям.

Ш результатам исследований, приведенных на рис.1, искажения, возникающие при ограничении разрядности амплитуд коэффициентов ДГО К(Д), становятся заметными при ограничении разрядности представления до 12 - 13, а при ограничении разрядности фае коэффициентов К(У) до 8 - 10 разрядов. Допустимый процент отбрасываемых по энергетическому критерию коэффициентов составляет до 70Х для

- и -

тестового гармонического сигнала и около 50% для специально подобранной программы СЗВ.

Исследования проводились при длительности выборки около 8 мс, обеспечивающей отсутствие заметности искажений, определяемых длительностью выборки, K(t). Во всех случаях эаметкость искажений реальных СЗВ ниже, чем тестовых гармонических сигналов за счет

Рис. 1

маскировки искажений самим сигналом. Ш результатам исследований реальное допустимое снижение объема сигнала при использовании только этих методов не превышает 50 X. дальнейшее снижение может быть получено при использовании разностных методов кодирования коэффициентов, представляющих СЗВ в частотной области.

Были исследованы вероятности изменения амплитуды коэффициента ДМ У( 1_) /У( О) и вероятности изменения фазы коэффициента У(Ч)/У(о) для симфоничегкой музыки (рис.2), а также результаты измерений распределения длительности превышения определенного уровня Ь в процентах по частоте для амплитуд коэффициентов ДПФ (рис.3).

Высская корреляция коэффициентов показывает эффективность их разностного представления. Выравнивание переменной скорости цифрового потока, возникающей после отбраоыванля части коэффициентов, производится с использованием статистического сжатия. Снижение скорости пропорционально времени задержки и при 1= 1с практически не зависит от объема входного СЗВ.

Были проведены исследования возможности снижения скорости передачи при уменьшении объема СЗЗ при гаметности искажений У=15X. Результаты приведены в табл. 3.

и

Устранение статистической избыточности позволяет снизить скорость передачи до 300 кбит/с на стереоканал (т.е. 150 кбит/с на моноканал) при сохранении студийного качества по существующим объективным параметрам. При устранении психофизической избыточности и сохранении субъективно высокого качества передачи возможно снижение скорости передачи в 1,5 раза.

Дальнейшее снижение скорости передачи и совершенствование существующих методов обработки СЗВ возможно с использованием более точньпс методов спектрального анализа.

Анализ существующих методов спектрального оценивания прогеден в третьей главе; показано, что известные методы либо не обеспечивают необходимой разрешающей способности, либо обладают высокой вычислительной сложностью.

Исходя из физики звукообразования и звуковосприятия,для анализа СЗВ как переносчика семантической и эмоциональной информации спектрозналигатор должен обеспечивать:

- отсбражгниэ СЗЕ в виде суммы затухающих гармонических колебаний, рагпс-лсженныг на нерегулярной шкале частот;

- определение ограниченного числа дискретных составляющих СЕВ;

- спектр щумсвого сигнала с выраженной огибающей должен отображаться последовательностями несовпадающих дискретных составляющих с сохранением фермы огибающей;

- длительности англизируемого сигнала до 8 мс;

- точность слределения частот 1,5 - 3 Гц до 500 Гц и 1,5-3% от абсолютной величины на частотах выше Б00 Гц;

- точность олределения амплитуды 0,4 дБ.

Таким требованиям от£ечашг некоторые методы спектрального анализа, опноьаннке на линейном моделировании, например модифицированный метод Прея;!, з котором используется аппроксимация врэ-

Таблица 3

Жанр произведения

Вид обработки

Коэффициент сжатия

Оез статисти-

I

ческого сжатия

со статистическим сжат.

Фортепьянная музыка

Огрубление фазы 1.4

Адаптивное дифферен-I

циалъное кодирование 3.47

I

Частотная маскировка 2.2

1.4

3.47 Б. 15

Эстрадная музыка

Частотная маскировка 2.13 Адаптивное дифферент

циалъное кодирование, I

частотная маскировка

2,6

Огрубление фазы,адап-

тивное дифференциальное I

кодирование, частотная маскировка 3,2

3.5

4,5

5,16

менной функции набором косинусоид с известной амплитудой, частотой, начальной фазой и коэффициентом затухания на длительности анализа; число составляющих определяется заданной погрешностью описания Хп = £ [ Ьп *?т + б* * г: ] =

= ¿2 Ат* <хл (2*тт-1я>д! + Бт )

т«| J * ^^

где Вт = Д„ «г ех/3 ( )/г ; ехр (¿^'ТГ'^'ЛЬ), Ял - являются корнями единичного модуля с произвольными частотами, которые появляются з виде комплексно сопряженных пар до

тех пор, пока Гт - 0 или 1/2 Л Для отыскания корней полинома (1) необходимо решить уравнение:

где а =1, а - вещественные коэффициенты, при заданной сшибке линейного предсказания.

Вычислительно более простой вариант получения спектральной оценки:

1) с помощью ДПЭ СЗБ преобразуется в векторную форму;

2) решением системы линейных уравнений или методом итерационного приближения определяется точное значение параметров спектральной составляющей:

3) точное значение устраняется из входной последовательности, после чего процесс повторяется.

На рис. 4 приведена структурная схема анализатора

Рис.4

В его состав входят блоки:

- ЗД(входных данный

- НФ (преобразования Фурье);

- НСС (нахождения спектральных составляют^.

- ЖС (хранение спектральных составляющий

На рис.5 приведены результаты анализа тестового сигнала, состоящего из трех дискретных составляющих, и шума с непрерывным спектром; с заданной его огибающей рис. 5а, с помощью ДПФ рис. 56 и разработанным гпектроанализатором рис. 5в. В отличие от ДПФ получена оценка с необходимой точностью по дискретным составляющим и отображением шумового спектра набором случайных дискретных составляющих, меняющихся от выборки к выборке с сохранением формы огибающей, что по субъективному зосприятгао эквивалентно входному шумовому сигналу.

СИМ

ЖПк

спи

И

сим

Ц

|

ШШк

I*

г

а 0 б

Рис. 5

Анализ вычислительной слэхнсс?и предлагаемого алгоритма показал, что количество операций в единицу времени не превосходит возможностей современна:-: отечественных сигнальных процессов и мо-

жет бют осуществлен сокращенно с учетом высотой корреляции оцэ-нок спектральных составляющих в соответствии с возможностями слухового анализатора.

Способы обработки и конкретные устройства с использованием ранее приведенных результатов исследований разработаны в четвертой главе.

разработан способ и устройство изменения частоты дискретизации з канале Я?В. Цифровая фильтрация (ЦФ) зо временной области позволяет провести изменение частоты дискретизации для кратных частот при достаточно высокой по реализуемости схемотехнической сложности (1200 линий задержек для соотношения 48 кГц - 32 кГц) и высоких искажениях в интервалах нестационарности СЗВ. Такие искажения не фиксируются существующим набором контролируемых параметров, которые в общем случае не обеспечивают контроля объективного качества в системах цифровой обработки СЗВ. В случае некратности частоты дискретизации совмещаемых систем реализация такого ЦФ существенно усложняется.

На практике переход к новой частоте дискретизации производится через аналоговый сигнал со снижением динамического диапазона и накоплением амплитудно-частотных и ^агочаототных искажений, что в конечном итоге приводит, уже после нескольких пере-пркедав, к ^ому, что по качеству цифровая система в целом не превосходит аналоговую.

Фильтрация в частотной области позволяет существенно упростить схемотехническую реализацию, сохранив объективное качество СЕВ.

Как известно, в основе расчета цифрового фильтра (ЦФ) обычно используется линейное разностное уравнение, представляющее собой линейную свертку во временной области входной последовательности и импульсной характеристики фильтра

у (гЛ) = п (|гТ)х(пТ - тТ).

Используя метод соответствующего разбиения х(пТ), по теореме о свертке ту же задачу линейной фильтрации можно решить с помощью одного из ортогональных преобразований - дискретного преобразования Фурье (ДШ>);

У(тР) - Х(пР) Н( пР), где Х(тП - ДНЕ (т) сходной последовательности х(пТ); Н(тР) - частотная характеристика фильтра (ДПФ Ь(пТ));

- ДПФ выходного сигнала.

Обратное ДПФ - СОТТ СУ(шР)] дает требуемый выходной сигнал у(пТ). Существенным преимуществом такого фильтра является возможность получения требуемой частотной характеристики, которая достигается отбрасыванием или приравниванием нулю всех спектральных коэффициентов выше некоторой заданной частоты П ( в случае ФНЧ, где более всего целесообразно использование ЦФ).

Особые трудности возникают в случае некратных частот дискретизации: 48 - 44,1; 48 - 31,25; 32 - 31,25 кГц.

Как известно, зависимость между интервалом дискретизации Тд и частотным разрешением дГ для ДЩ определяется из следующих соотношений: Тд = 1/Рд; дГ = Гд/Ы; дГ = 1/НТ,

где N - количество отсчетов сигнала

Видно, что при постоянном интервале наблюдения Ш' одного и того же сигнала, дискретизированного с двумя различными частотами дискретизации Гд1 и Гд2, можно получить один и тот же спектр с частотным разрешением п,Г, но с различным количеством отсчетов N1 и N2 в частотной области для Рд1 и Рд2.

Если из сигнала с частотой дискретизации Рд1 (количество отсчетов за время (N1) будет N1), требуется подучить сигнал с частотой дискретизации Рд2 (соответственно число отсчетов 2), причем Рд1 >

Гд2, то, переведя сигнал в частотную область и получив N1 отсчетов в указанной области, нужно отбросить или приравнять нулю все отсчеты, номера которых больше N2. Обратное преобразование N2 отсчетов во временную область позволит получить сигнал с частотой дискретизации Гд2.

Отбрасывание отсчетов неминуемо приведет к потере части анергии звукового сигнала и, как следствие, его искажению. Бй по специфике ЗС отбрасыванию подвергаются отсчеты ВЧ области спектра, имею- " щиа малый уровень и не несущие почти никакой энергии ЗС, которая определяется только правильным выбором оконной функции или самого преобразования.

Выли испытаны алгоритмы с использованием ДПФ, ДПХ, ДКП. По результатам моделирования лучшие показатели были получены при использовании ДПФ с окном Наттолла и 50Х перекрытиях.

Дискретно-зременная функция окна

е

TI a,* coi (г-тг*r*t|V|).

г

Частотная характеристика

± (i+ +

где Т - интервал отсчетов;

W(n) - окно данных, определенное в диапазоне индексов времени

О <п< к-1, где N может быть четным или нечетным.

Корреляционное окно VrtrO определено в диапазоне индексов временного сдвига -(N-l)/2< m <(N-l)/2, где N всегда нечетно.

функция tEnl = (n - CN-1]/2)CN-13 для ЖпЗ и ttml=m/N для Жт). Функция D (f) = Tsinc(fNT) для WünJ и D (f) =

= Техр (j2 ГГ) Sine (fNT) для Wirt, Использование окна Наттолла в устройстве изменения частоты дискретизации позволяет практически устранить искажения СЗВ. На рис. б приведены зависимости среднеквадратичной ошибки от частоты,

- 20 -

дискретизации при различных оконных функциях.

С учетом результатов исследования заметности искажений при восприятии малокомпонентных и многокомпонентных сигналов разработан алгоритм адаптивного кодирования СЗВ, в котором при постоянстве объема сигнала на выходе точность описания его постоянно изменяется в соответствии с объемом входного сигнала. Алгоритм включает следующие операции [ИЗ:

- определяется количество максимумов огибающей спектра сигнала;

- постоянно заданное количество коэффициентов перераспределяется между спектральными группами на описание максимумов в соответствии с их энергетическими характеристиками;

- в линию передаются только максимальные коэффициенты групп с указанием номера;

- нз приемной стороне спектральной группы восстанавливаются с помощью интерполятора первого порядка.

СПМ.ЭБ 1 " окно Наттолла

, 2 - окно Хемминга

3 - прямоугольное окно

о

-50

П

А

г

Рис. 6

В результате удается снизить скорость передачи в Э - 4 раза по сравнению с линейной ИКМ. Обеспечивается возможность использования существующего метрологического обеспечения (сохранение объек-

тивноге качества в соответствии с принятыми критериями), и в то яь Егеил сохраняется возможность устранения психофизической избыточности, обусловленной конечной пропускной способностью канала восприятия человеком звуковой информация, а на следующем этапе особенностями восприятия. Рис.? поясняет алгоритм работы метода кодирования.

Согласованный спектроанзлизагор позволяет повысить эффективность устройств маскировки длительных выпадений с представлением СЕВ в частотной области, доведя допустимое время выпадения с 10 -15 мс до половины времени существования звукового объекта (РО) 80 - 100 мс. Использование ССА. позволяет минимизировать списание ОЗЕ и с учетом высокой корреляции значений спектральных составля-

бф

/ГТ\

/IV

бф

к

Рис. 7

ющих "на времени лкзкп" 30 и возможности его описания по нескольким определяющим спорным точкам, с учетам слухового анализатора. На рис. 8 приведена усредненная функшя автокорреляции для спектральной составляют?:* ?С для симфонической музыки, подтверждающая, что корреляция чедлу отсчетами ЮТ сигнала, кривая 1, гораздо ни-

же, чем между отсчетами спектральной составлявшей, полученной с помощью ССА, чзо обуславливает повышение аффектявности разностных способов представления СЗВ и создает новые возможности при его обработке и реставрации.

Рис.8

Заключение Основные результаты, подученные в диссертации: 1. На основе сравнительного анализа методов обработки сигналов звукового вещания показана перспективность представления СЗВ в частотной области. Определено., что ортогональные преобразования имеют ряд преимущэств по сравнению с многополосной фильтрацией. Предпочтительны ортогональные преобразования, обеспечивающие максимальную концентрацию энергии СЗВ в его коэффициентах при удобстве интерпретации спектральной оценки и реализуемой вычисли-

тельной сложности.

2. Показано, что при всем многообразии алгоритмов обработки СЗВ характерные для них искажения определяются ограниченным набором факторов. Исследована субъективная заметность этих искажений от величины каждого искажающего фактора. На основании результатов исследования определены допустимые пределы устранения статистической и психофизической избыточности при традиционном способе представления СЗВ в частотной области.

3. Определены требования к точности спектрального анализа и способу представления его результатов с учетом закономерностей слухового восприятия. Разработан способ согласованного спектрального анализа, обеспечивающий соответствие результатов заданным требованиям при вычислительной реализуемости с использованием современных отечественных сигнальных процессоров.

4. Разрзботаны эффективные способа и устройства представления и обработки СЗВ, обеспечивающие его компактное представление и неискаженную передачу в канале ЦРВ на которые получены авторские свидетельства.

5. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования использованы при проведении ряда НИР па тематике ЦРВ и в учебном процессе МТУСИ.

ПУБЛИКАЦИИ ГО ТЕМЕ

1. Исследование дискретных ортогональных преобразований в цифровых устройствах обработки звуковых сигналов// Тэзисы докладов НТК "Цифровая обработка звуковых сигналов. - Челябинск, 1989, с. 18 - 19. - Соавт.: А. А. Еоекергенов.

2. Компактное представление сигнала г системе ЦРВ // Сб. статей молодых ученых Алма-Атинского энергетического института N2 // Деп. в КаэНИИНГИ, 1985.

иг

3. Эффективная обработка 30 в частотной области в система ЦРВ / / Сб. тезисов '"Труды 2-ой НТК молодых ученых". Сер. "Формирование и обработка радиотехнических сигналов".-Черноголовка, 1989, с. 55.

4. О некоторых методах снижения скорости потока ЦЗС// Тезисы Всесоюзной HIK "Проблемы и персшктиэд развития цифровой звуковой техники.-С. -tt , 1990. - Соавт.: О. Б. Попов.

5. Эффективный алгоритм сжатия звукового сигнала для сокращения скорости потока цифрового радиовещания // Конференция по проблемам передачи и обработки сигналов . - Рига;: Рижский технический университет, 1991, с. 8 - 11.

6. Црименекиэ ДШ для преобразования частоты дискретизации ЗС. //Сб. "Системы передачи информации и обработки сигналов" научных трудов учебных заведений связи N155.-С.-П., 1991, с. 53 - 56.

7. Фориантньй метод кодирования ЗС в частотной области // Сб. тезисов HIH молодых ученых "Передача, прием и обработка сигналов в системах радиосвяэи".-Ростов, 1990, с 35.

8. О возможности преобразования частоты дискретизации звукового сигнала при переходе в частотную область //ДЕТИ "Информсвязь". Дел. рукопись. N 1851 - св. 1991.- Соавт.: О. Б. Попов.

9. A.C. N1690206, ШШ H04J 3/00. Способ изменения скорости передачи цифрового звукового сигнала/ Опубликовано 9.11.91, Бюл. N 41т Соавт.: В. Гит лиц, А. Ю. Зеленин, О. Б. Попов.

10. А. С. N 1698995, ШШ Н04В 14/04. Устройство для согласования цифровых потоков при передаче звукового сигнала/ Опубликовано 15.12.91, Бал. N 45. - Соавт.: И. R Гитлиц, А. KL Зеленин, Е. П. Зеле-вич, О. Б. Попов.

11. A.C. № 1832380. Устройство для кодирования звуковых сигналов в частотной области/ Опубликовано 07.08.93, Еюл. Л 29. -Соавт.: М.В.ГЪтлиц, О.Б.Попов, А.Ю.Зеленин,

Подписано в печать 23.06.94. Формат 60x34/16. Печать о$сетнат. Объем 1,4 усл.п.л. Тлраж 100 экз. Заказ 228. Бесплатно.

ООП Ш "Ияформсвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8.