В телекоммуникациях и обработке сигналов компандирование ( иногда называемое компаньоном ) — это метод смягчения вредного воздействия канала с ограниченным динамическим диапазоном . Название представляет собой сочетание слов «сжатие » и «расширение», которые выполняют функции компандера на передающей и принимающей сторонах соответственно. Использование компандирования позволяет передавать сигналы с большим динамическим диапазоном через средства, 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 делает это, называется компандером и работает путем сжатия или расширения динамического диапазона аналогового электронного сигнала, такого как звук, записанный микрофоном. Одна из разновидностей представляет собой тройку усилителей: логарифмический усилитель, за которым следуют линейный усилитель с переменным коэффициентом усиления и экспоненциальный усилитель. Такой триплет обладает тем свойством, что его выходное напряжение пропорционально входному напряжению, возведенному в регулируемую степень.
Компандированное квантование представляет собой комбинацию трех функциональных строительных блоков, а именно: компрессора динамического диапазона сигнала (с непрерывной областью) , однородного квантователя с ограниченным диапазоном и расширителя динамического диапазона сигнала (с непрерывной областью) , который инвертирует функцию компрессора. Этот тип квантования часто используется в телефонных системах. [1] [2]
На практике компандеры предназначены для работы в соответствии с относительно простыми функциями сжатия динамического диапазона, которые подходят для реализации в виде простых аналоговых электронных схем. Двумя наиболее популярными функциями компандера, используемыми в телекоммуникациях, являются функции A-закона и μ-закона .
Компандирование используется в системах цифровой телефонии, сжимая перед вводом в аналого-цифровой преобразователь , а затем расширяя после цифро-аналогового преобразователя . Это эквивалентно использованию нелинейного АЦП, как в телефонной системе T-оператора , которая реализует компандирование по закону A или закону μ . Этот метод также используется в цифровых форматах файлов для улучшения отношения сигнал/шум (SNR) при меньшей разрядности. Например, 16-битный сигнал PCM с линейной кодировкой можно преобразовать в 8-битный файл WAV или AU , сохраняя при этом приличное соотношение сигнал/шум путем сжатия перед переходом в 8-битный формат и расширения после преобразования обратно в 16-битный формат. По сути, это форма сжатия аудиоданных с потерями .
Профессиональные беспроводные микрофоны делают это, поскольку динамический диапазон самого аудиосигнала микрофона больше, чем динамический диапазон, обеспечиваемый радиопередачей. Компандирование также снижает уровень шума и перекрестных помех в 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 (подана в 1925 году): [4]
При передаче изображений электрическим током метод, заключающийся в посылке токов, изменяющихся в нелинейной зависимости от световых значений последовательных элементов передаваемого изображения, и на приемной стороне экспонирования соответствующих элементов чувствительной поверхности. свет изменялся в обратной нелинейной зависимости от принимаемого тока.
— Патент AB Clark
В 1942 году Кларк и его команда завершили создание защищенной системы передачи голоса SIGSALY , которая включала первое использование компандирования в цифровой системе PCM. [5]
В 1953 году Б. Смит показал, что нелинейный ЦАП может быть дополнен обратной нелинейностью в конфигурации АЦП последовательного приближения , что упрощает разработку систем цифрового компандирования. [6]
В 1970 г. Х. Канеко разработал единое описание сегментных (кусочно-линейных) законов компандирования, которое к тому времени было принято в цифровой телефонии. [7]
В 1980-х (и 90-х) многие производители музыкального оборудования ( Roland , Yamaha , Korg ) использовали компандирование при сжатии данных библиотечных сигналов в своих цифровых синтезаторах . К сожалению, точные алгоритмы неизвестны, а также использовался ли когда-либо кем-либо из производителей схема компандирования, описанная в этой статье. Известно лишь то, что производители действительно использовали сжатие данных [8] в указанный период времени и что некоторые называют его «компандированием», хотя на самом деле оно может означать что-то другое, например сжатие и расширение данных. [9] Это началось в конце 80-х годов, когда микросхемы памяти часто были одним из самых дорогих компонентов прибора. Производители обычно указывают объем памяти в сжатом виде: например, 24 МБ физического ПЗУ сигналов в Korg Trinity на самом деле составляют 48 МБ в несжатом виде. Точно так же платы расширения Roland SR-JV обычно рекламировались как платы емкостью 8 МБ с «контентом, эквивалентным 16 МБ». Неосторожное копирование этой технической информации без ссылки на «эквивалентность» часто может привести к путанице.
Компандирование Ab-Clark PCM.
