Кодирование с плавающей запятой

Если принять во внимание, что чувствительность человеческого уха зависит от уровня громкости звука и требуется определенное время, что­бы была достигнута максимальная чувствительность слуха после дей­ствия сигналов больших уровней, то очевидно, что при цифровой пере­даче максимальных уровней можно не учитывать тонкой ступенчатости битов с низкой значимостью. Если уровни сигналов малы, то наиболь­шие значения битов (старших разрядов) равны 0 и не передаются. И наоборот, при больших уровнях сигналов, низкие значения битов можно не передавать. Для правильного восстановления отсчетов необходимо также определить, биты каких разрядов передаются и каковы значения коэффициентов масштаба самой большой и самой малой ступеней кван­тования. В соответствии с инерционностью уха достаточно согласовать это масштабирование в миллисекундном интервале. Эта технология ис­пользуется в методах NICAM (кодирование путем почти мгновенного компандирования) и D2-МАС (двойное бинарное кодирование с уплот­нением аналоговых компонент) для передачи звука в телевидении и при спутниковом радиовещании DSR.

В методе NICAM 14-битовые сигналы передаются по каналу с раз­решением 10 бит. Для преобразования исходного ЗС в формат пере­дачи используется описанный выше метод почти мгновенного компан­дирования с пятью различными шкалами квантования. Выбор шкалы определяется значением максимального уровня кодируемого сигнала во временном интервале, равном 1 мс (см. разд. 12.3).

При цифровом спутниковом радиовещании DSR применяется соответственно 16/14-битовая техника с плавающей запятой, чтобы согласо­вать параметры передачи с линиями данных ведомства связи. Для этого исходный цифровой ЗС с 16-битовым линейным разрешением и частотой дискретизации 48 кГц (параметры цифрового студийного тракта) пре­образуется с использованием метода плавающей запятой в 14-битовые кодовые слова с частотой дискретизации 32 кГц. Масштабный коэффи­циент передается 1 раз для блока из 64 отсчетов длительностью соот­ветственно 2 мс. Так же, как при почти мгновенном компандировании внутри временных окошечек длительностью 2 мс, находится максималь­ный уровень сигнала (максимальная амплитуда отсчета из выборки), который определяет соответствующую ему область изменения амплитуд сигнала и значение масштабного коэффициента. Всего здесь имеется во­семь возможных областей изменения модуля амплитуды сигнала и соот­ветственно восемь масштабных коэффициентов. Масштабный коэффи­циент представляет собой трехбитовое двоичное число, изменяющееся в пределах от 000 до 111. Оно определяет диапазон изменения уров­ня сигнала для каждого значения коэффициента масштаба. Каждой из восьми используемых в данном случае шкал квантования соответствует изменению уровня сигнала на 6 дБ (рис. 12.26,а).

Стратегия преобразования 16/14 состоит в следующем. Лишь в громких местах сигнала биты старших разрядов исходного 16-разрядного кодового слова не будут равны нулю. При тихих пассажах наоборот вся важная информация содержится в битах младших разрядов, которые не всегда равны нулю. Вообще говоря, следует передавать лишь биты с вы­сокой значимостью при каждом значении уровня сигнала. Можно даже отказаться от передачи по каналу связи разрядов с низкой значимостью без заметных на слух потерь в качестве.

На рис. 12.26,б,в изображено преобразование 16/14 битов, полу­ченное с учетом этих соображений. Первый бит (0 или 1) содержит информацию о знаке отсчета, это старший значащий бит (М5В) исход­ного 16-битового слова: последний бит – младший значащий бит (1-5В) Биты от Y₂ до Y₈. идентичные по значению с первым знаковым битом (их число меняется от нуля до семи в зависимости от амплитуды сигнала и соответствующего ей коэффициента масштаба), при передаче выбра­сываются и все последующие разряды сдвигаются соответственно влево. Это дает возможность при малых уровнях передавать самые младшие 15-й и 16-й разряды. Лишь при самых высоких уровнях теряются один или два младших бита, которые для сигналов больших уровней незначи­мы. Впрочем, данный метод позволяет в принципе для сигналов самых малых амплитуд работать с разрешением до 21 бита.

Масштабный коэффициент длиной 3 бита, добавляемый к каждому блоку из 64 отсчетов, указывает, сколько битов, следующих за знаковым vi во всех кодовых словах блока, имеют тоже самое значение 0 или 1, что и знаковый (рис. 12.26,б). Назначение битов, пронумерованных от Z1 до Z5 (рис. 12.26,б), пока еще не определено. На приемном конце масштабный коэффициент используется для сдвига разрядов в кодовых словах блока в их первоначальное положение и таким образом происхо­дит восстановление исходных 16-битовых кодовых слов.