В телекоммуникациях и обработке сигналов компандирование (иногда называемое компансоном ) — это метод смягчения пагубных эффектов канала с ограниченным динамическим диапазоном . Название представляет собой гибрид слов compression (сжатие) и expand (расширение), которые являются функциями компандера на передающем и принимающем концах соответственно. Использование компандирования позволяет передавать сигналы с большим динамическим диапазоном через устройства, которые имеют меньший динамический диапазон. Компандирование используется в телефонии и других аудиоприложениях, таких как профессиональные беспроводные микрофоны и аналоговая запись .
Динамический диапазон сигнала сжимается перед передачей и расширяется до исходного значения на приемнике. Электронная схема, которая это делает, называется компандером и работает, сжимая или расширяя динамический диапазон аналогового электронного сигнала, такого как звук, записанный микрофоном. Одна из разновидностей — это триплет усилителей: логарифмический усилитель , за которым следует линейный усилитель с переменным усилением и заканчивающийся экспоненциальным усилителем. Такой триплет обладает тем свойством, что его выходное напряжение пропорционально входному напряжению, возведенному до регулируемой мощности .
Компандированное квантование представляет собой комбинацию трех функциональных строительных блоков, а именно: компрессор динамического диапазона сигнала (непрерывного домена) , равномерный квантизатор ограниченного диапазона и расширитель динамического диапазона сигнала (непрерывного домена) , который инвертирует функцию компрессора. Этот тип квантования часто используется в телефонных системах. [1] [2]
На практике компандеры разработаны для работы в соответствии с относительно простыми функциями компрессора динамического диапазона, которые подходят для реализации в виде простых аналоговых электронных схем. Две наиболее популярные функции компандеров, используемые в телекоммуникациях, — это функции A-law и μ-law .
Компандирование используется в цифровых телефонных системах, сжимая перед вводом в аналого-цифровой преобразователь , а затем расширяя после цифро-аналогового преобразователя . Это эквивалентно использованию нелинейного АЦП, как в телефонной системе T-carrier , которая реализует компандирование по закону A или μ . Этот метод также используется в цифровых форматах файлов для лучшего отношения сигнал/шум (SNR) при более низкой битовой глубине. Например, линейно закодированный 16-битный PCM- сигнал может быть преобразован в 8-битный файл WAV или AU, сохраняя при этом приличное SNR путем сжатия перед переходом к 8-битному и расширения после преобразования обратно к 16-битному. Это фактически форма сжатия аудиоданных с потерями .
Профессиональные беспроводные микрофоны делают это, поскольку динамический диапазон самого аудиосигнала микрофона больше, чем динамический диапазон, предоставляемый радиопередачей. Компандирование также снижает уровень шума и перекрестных помех на приемнике. [3]
Компандеры используются в концертных аудиосистемах и в некоторых схемах шумоподавления .
Использование компандирования в аналоговой системе передачи изображения было запатентовано А. Б. Кларком из AT&T в 1928 году (заявка подана в 1925 году): [4]
При передаче изображений с помощью электрических токов метод, заключающийся в посылке токов, изменяющихся в нелинейной зависимости от световых значений последовательных элементов передаваемого изображения, и в экспонировании на приемном конце соответствующих элементов чувствительной поверхности светом, изменяющимся в обратной нелинейной зависимости от принимаемого тока.
— Патент AB Clark
В 1942 году Кларк и его команда завершили разработку защищенной системы передачи голоса SIGSALY , которая включала первое использование компандирования в системе PCM (цифровой). [5]
В 1953 году Б. Смит показал, что нелинейный ЦАП может быть дополнен обратной нелинейностью в конфигурации АЦП последовательного приближения , что упростило конструкцию цифровых компандных систем. [6]
В 1970 году Х. Канеко разработал единое описание законов сегментного (кусочно-линейного) компандирования, которое к тому времени было принято в цифровой телефонии. [7]
В 1980-х и 1990-х годах многие производители музыкального оборудования ( Roland , Yamaha , Korg ) использовали компандирование при сжатии данных библиотечных волновых форм в своих цифровых синтезаторах . Однако точные алгоритмы неизвестны, и никто из производителей не использовал схему компандирования, описанную в этой статье. Известно только, что производители использовали сжатие данных [8] в указанный период времени и что некоторые люди называют это «компанированием», хотя на самом деле это может означать что-то другое, например, сжатие и расширение данных. [9] Это восходит к концу 80-х годов, когда микросхемы памяти часто были одними из самых дорогих компонентов в инструменте. Производители обычно указывали объем памяти в сжатом виде: т. е. 24 МБ физического ПЗУ волновой формы в Korg Trinity на самом деле составляют 48 МБ в несжатом виде. Аналогично платы расширения Roland SR-JV обычно рекламировались как платы на 8 МБ с «эквивалентным 16 МБ содержимым». Небрежное копирование этой технической информации, без указания ссылки на «эквивалентность», часто может привести к путанице.
компандирование ab-clark pcm.
