Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Динамикалық диапазоны шектеулі арнаның зиянды әсерін азайту әдісі
Method of mitigating the detrimental effects of a channel with limited dynamic range
Телекоммуникация және сигналды өңдеуде компандинг (кейде компансия деп те аталады) – динамикалық диапазоны шектеулі арнаның зиянды әсерін азайтуға арналған әдіс. Атауы «сығу» және «кеңейту» сөздерінің қосындысынан құралған, бұл функциялар компандердің сөйлеуді жіберу және қабылдау кезінде атқарады. Компандингтің қолданылуы үлкен динамикалық диапазонға ие сигналдарды кішкентай динамикалық диапазон мүмкіндіктері бар арналар арқылы таратуға мүмкіндік береді. Компандинг телефонияда және басқа да аудио қолданыстарда, мысалы, кәсіби сымсыз микрофондарда және аналогтық жазуда қолданылады.
In telecommunication and signal processing, companding (occasionally called compansion) is a method of mitigating the detrimental effects of a channel with limited dynamic range. The name is a portmanteau of the words compressing and expanding, which are the functions of a compander at the transmitting and receiving ends, respectively. The use of companding allows signals with a large dynamic range to be transmitted over facilities that have a smaller dynamic range capability. Companding is employed in telephony and other audio applications such as professional wireless microphones and analog recording.
Қалай жұмыс істейді
Сигналдың динамикалық диапазоны тарату алдында сығылынады және қабылдағышта бастапқы мәніне дейін кеңейтіледі. Мұны істейтін электрондық схема компандер деп аталады және микрофон арқылы жазылған дыбыс сияқты аналогтық электрондық сигналдың динамикалық диапазонын сығып немесе кеңейту арқылы жұмыс істейді. Бір түрі – күшейткіштердің үштігі: логарифмдік күшейткіш, одан кейін өзгермелі күшейтуі бар сызықтық күшейткіш және экспоненциалдық күшейткіш. Мұндай үштіктің ерекшелігі – оның шығыс кернеуі кіріс кернеуіне реттелетін дәрежеге көтерілгенге пропорционалды. Компандированный кванттау – бұл үш функционалдық блоктардың үйлесімі, атап айтқанда, (жалғас домендегі) сигналдың динамикалық диапазонын сығып кішірейтуші, шектеулі диапазонды біркелкі кванттаушы және (жалғас домендегі) сигналдың динамикалық диапазонын кеңейтуші, ол сығып кішірейтуші функцияны кері қайтарады. Осы типтегі кванттау телефон жүйелерінде жиі қолданылады. Іс жүзінде компандерлер қарапайым аналогтық электрондық схемалар ретінде жүзеге асыруға ыңғайлы салыстырмалы түрде қарапайым динамикалық диапазонды сығып кішірейтуші функциялар бойынша жұмыс істеуге арналған. Телекоммуникацияда қолданылатын екі ең танымал компандер функциясы – A және μ функциялары.
The dynamic range of a signal is compressed before transmission and is expanded to the original value at the receiver. The electronic circuit that does this is called a compander and works by compressing or expanding the dynamic range of an analog electronic signal such as sound recorded by a microphone. One variety is a triplet of amplifiers: a logarithmic amplifier, followed by a variable gain linear amplifier and an exponential amplifier. Such a triplet has the property that its output voltage is proportional to the input voltage raised to an adjustable power. Companded quantization is the combination of three functional building blocks – namely, a (continuous domain) signal dynamic range compressor, a limited range uniform quantizer, and a (continuous domain) signal dynamic range expander that inverts the compressor function. This type of quantization is frequently used in telephony systems. In practice, companders are designed to operate according to relatively simple dynamic range compressor functions that are suitable for implementation as simple analog electronic circuits. The two most popular compander functions used for telecommunications are the A law and μ law functions.
Қолданбалар
Компинг цифрлық телефон жүйелерінде қолданылады, аналогты-цифрлық түрлендіргішке кіргенге дейін деректер қысылады, ал цифрлық-аналогты түрлендіргіштен кейін кеңейтіледі. Бұл, А немесе μ заңдарын қолданатын Т тасымалдаушы телефон жүйесіндегідей, сызықты емес АҚТ (аналог-цифрлық түрлендіргіш) пайдаланумен бірдей. Бұл әдіс цифрлық файл форматтарында да қолданылады, төмен біт тереңдігінде сигнал-шу қатынасын (SNR) жақсартады. Мысалы, сызықты кодталған 16 биттік PCM сигналын 8 биттік WAV немесе AU файлына айналдыруға болады, бұл ретте 8 битке өту алдында қысылып, 16 битке кері түрлендірілгеннен кейін кеңейтілу арқылы жақсы SNR сақталады. Бұл, әдетте, аудио деректерін жоғалту арқылы қысыстырудың бір түрі. Кәсіби сымсыз микрофондар осылай жұмыс істейді, себебі микрофонның аудио сигналының динамикалық диапазоны радиоарна арқылы берілетін динамикалық диапазоннан кеңірек. Компинг қабылдағыштағы шу мен өзара әсердің деңгейін де төмендетеді. Компандерлер концерттік аудио жүйелерінде және кейбір шуды азайту схемаларында қолданылады.
Companding is used in digital telephony systems, compressing before input to an analog to digital converter, and then expanding after a digital to analog converter. This is equivalent to using a non linear ADC as in a T carrier telephone system that implements A law or μ law companding. This method is also used in digital file formats for better signal to noise ratio (SNR) at lower bit depths. For example, a linearly encoded 16 bit PCM signal can be converted to an 8 bit WAV or AU file while maintaining a decent SNR by compressing before the transition to 8 bit and expanding after conversion back to 16 bit. This is effectively a form of lossy audio data compression. Professional wireless microphones do this since the dynamic range of the microphone audio signal itself is larger than the dynamic range provided by radio transmission. Companding also reduces the noise and crosstalk levels at the receiver. Companders are used in concert audio systems and in some noise reduction schemes.
Тарих
А. Б. Кларк 1928 жылы (1925 жылы өтініш берілген) AT&T компаниясында аналогтық кескін беру жүйесінде компандингтің қолданылуын патенттеді:
The use of companding in an analog picture transmission system was patented by A. B. Clark of AT&T in 1928 (filed in 1925):
Кескіндерді электр тоқтары арқылы беру кезінде, берілетін кескіннің тікелей элементтерінің жарық мәндеріне сызықтық емес қатынаста өзгеретін токтарды жіберу әдісі, ал қабылдаушы жағында алынған токқа кері сызықтық емес қатынаста өзгеретін жарыққа сезімтал беттің сәйкес элементтерін ашу. | А. Б. Кларк патенты
In the transmission of pictures by electric currents, the method which consists in sending currents varied in a non linear relation to the light values of the successive elements of the picture to be transmitted, and at the receiving end exposing corresponding elements of a sensitive surface to light varied in inverse non linear relation to the received current.|A. B. Clark patent
1942 жылы Кларк және оның командасы SIGSALY қауіпсіз дауыс беру жүйесін аяқтады, ол PCM (цифрлық) жүйесінде компандингті алғаш рет қолданды. 1953 жылы Б. Смит сызықтық емес DAC-ті тізбектелген шамаласу ADC конфигурациясында кері сызықтық емес қасиеттермен толықтыруға болатындығын көрсетті, бұл цифрлық компандинг жүйелерін жобалауды жеңілдетті. 1970 жылы Х. Канеко сол кезде цифрлық телефонияда қабылданған сегменттік (кезеңдік сызықтық) компандинг заңдарының бірыңғай сипаттамасын жасады. 1980 жылдары (және 90-жылдары) көптеген музыкалық жабдықтар өндірушілері (Roland, Yamaha, Korg) өздерінің цифрлық синтезаторларында кітапханадағы толқын пішіндерінің деректерін сығымдағанда компандингті пайдаланды. Өкінішке орай, нақты алгоритмдер белгісіз, сондай-ақ осы мақалада сипатталған компандинг схемасын өндірушілердің біреуі қолданған-жоқпын білмейміз. Белгілісі – өндірушілер аталған кезеңде деректерді сығымдаған және кейбір адамдар оны «компандинг» деп атаған, бірақ шын мәнінде ол басқа нәрсені білдіруі мүмкін, мысалы, деректерді сығымдау және кеңейту. Бұл 80-жылдардың соңына дейін, сол кезде жад чиптері аспаптың ең қымбат компоненттерінің бірі болған кезге дейін соқтырды. Өндірушілер әдетте жадтың көлемін сығылған күйде көрсететін: мысалы, Korg Trinity-дегі 24 МБ физикалық толқын пішіндік ROM сығылмаған кезде 48 МБ-қа тең. Сонымен қатар, Roland SR JV кеңейту тақталары көбінесе 8 МБ тақталар ретінде жарнамаланды, «16 МБ-қа тең мазмұны бар» деп көрсетілді. Осы техникалық ақпаратты «теңдестік» туралы сілтемесіз көшіру жиі ұғымсыздыққа әкелуі мүмкін.
In 1942, Clark and his team completed the SIGSALY secure voice transmission system that included the first use of companding in a PCM (digital) system. In 1953, B. Smith showed that a nonlinear DAC could be complemented by the inverse nonlinearity in a successive approximation ADC configuration, simplifying the design of digital companding systems. In 1970, H. Kaneko developed the uniform description of segment (piecewise linear) companding laws that had by then been adopted in digital telephony. In the 1980s (and '90s), many of the music equipment manufacturers (Roland, Yamaha, Korg) used companding when compressing the library waveform data in their digital synthesizers. Unfortunately exact algorithms are not known, neither if any of the manufacturers ever used the Companding scheme which is described in this article. The only known thing is that manufacturers did use data compression in the mentioned time period and that some people refer to it as "companding" while in reality it might mean something else, for example data compression and expansion. This dates back to the late '80s when memory chips were often one of the most costly components in the instrument. Manufacturers usually quoted the amount of memory in its compressed form: i. e. 24 MB of physical waveform ROM in a Korg Trinity is actually 48 MB when uncompressed. Similarly, Roland SR JV expansion boards were usually advertised as 8 MB boards with '16 MB equivalent content'. Careless copying of this technical information, omitting the "equivalence" reference, can often cause confusion.