μ-заңы алгоритмі: аудио сигналдарды динамикалық диапазонын азайту арқылы сандық телекоммуникация жүйелерінде (G.711) қолданылады. Европа, Жапония, Солтүстік Америкада кең таралған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аудио-компандиялау алгоритмі
Audio companding algorithm
μ-заңы алгоритмі (кейде mu-заңы деп жазылады, көбінесе u-заңы деп жуықталады) – бұл негізінен Солтүстік Америка және Жапониядағы 8 биттік PCM цифрлық телекоммуникация жүйелерінде қолданылатын компандиялау алгоритмі. Ол ITU-T G.711 стандартындағы екі компандиялау алгоритмінің бірі, екіншісі ұқсас A-заңы. A-заңы цифрлық телекоммуникация сигналдары E1 тізбектері арқылы тасымалданатын аймақтарда қолданылады, мысалы, Еуропа. G711 μ-заңы үшін PCMU, G711u немесе G711MU терминдері қолданылады. Компандиялау алгоритмдері аудио сигналдың динамикалық диапазонын азайтады. Аналогтық жүйелерде бұл беру кезінде сигнал-шу қатынасын (SNR) арттыруы мүмкін; цифрлық доменде ол кванттау қатесін азайтуы мүмкін (соның салдарынан сигнал-кванттау шу қатынасын арттыруы мүмкін). Бұл SNR-дың артуын эквивалентті SNR үшін жолақтың енін азайтумен алмастыруға болады. Төмендеген ең жоғары SNR есебінен μ-заңының сызықтық емес кванттауы сызықтық квантталған сигналға қарағанда динамикалық диапазонды тиімді түрде 33 дБ немесе 5 1/2 битке арттыратынын математикалық тұрғыдан көрсетуге болады, сондықтан 13,5 бит (14 битке дейін дөңгелектеу) – 8 биттік μ-заңына қысылуы үшін кіріс цифрлық сигналы үшін қажетті ең жоғары ажыратымдылық.
The μ law algorithm (sometimes written mu law, often approximated as u law) is a companding algorithm, primarily used in 8 bit PCM digital telecommunication systems in North America and Japan. It is one of the two companding algorithms in the G.711 standard from ITU T, the other being the similar A law. A law is used in regions where digital telecommunication signals are carried on E 1 circuits, e. g. Europe. The terms PCMU, G711u or G711MU are used for G711 μ law. Companding algorithms reduce the dynamic range of an audio signal. In analog systems, this can increase the signal to noise ratio (SNR) achieved during transmission; in the digital domain, it can reduce the quantization error (hence increasing the signal to quantization noise ratio). These SNR increases can be traded instead for reduced bandwidth for equivalent SNR. At the cost of a reduced peak SNR, it can be mathematically shown that μ law's non linear quantization effectively increases dynamic range by 33 dB or 5 1/2 bits over a linearly quantized signal, hence 13.5 bits (which rounds up to 14 bits) is the most resolution required for an input digital signal to be compressed for 8 bit μ law.
Алгоритм түрлері
μ заңы алгоритмі аналогтық және сандық квантталған түрде сипатталуы мүмкін.
The μ law algorithm may be described in an analog form and in a quantized digital form.
Пайдалану негіздемесі
μ заңын кодтау қолданылады, себебі сөйлеудің динамикалық диапазоны өте кең. Аналогты сигналдарды беру кезінде, салыстырмалы тұрақты фондық шу болғанда, ең ұсақ детальдар жоғалады. Детальдің дәлдігіне қауіп төнгенін ескере отырып, және сигнал адамға дыбыс ретінде қабылдануы керек болғанда, сигналды логарифмдік жауапты күшейткіш (Вебер-Фехнер заңы) арқылы сығуға болады, осы арқылы қабылданатын акустикалық қарқындылық деңгейінің немесе дыбыстың күшінің логарифмдік екендігін пайдалануға болады. Телекоммуникациялық тізбектерде шудың көп бөлігі сымдарға қосылады, сондықтан сығымдаудан кейін, мақсатты сигнал, сығылмаған сигналға қарағанда, статикалық шудан әлдеқайда анық естіледі. Бұл кең таралған шешімге айналды, сондықтан, цифрлық технологиялар кеңінен қолданысқа енгенге дейін, μ заңының сипаттамасы өзара үйлесімді стандартты анықтау үшін жасалды. Бұл алгоритм цифрлық жүйелерде адам даусының кодын жазу үшін қажетті биттер санын едәуір азайтты. Мысал, μ заңын қолдану арқылы үлгіні 8 бит көлемінде кодтауға болады, бұл көптеген компьютерлердің символ өлшемімен сәйкес келеді. μ заңын кодтау сигналдың динамикалық диапазонын тиімді түрде қысқартып, кодтау тиімділігін арттырды, сонымен қатар сигналды, белгілі бір бит саны үшін сызықтық кодтаудан жоғары сигнал-бұрмалау қатынасын қамтамасыз ететіндей етіп өзгертеді. μ заңы алгоритмі сондай-ақ au форматында қолданылады, ол Sun Microsystems компаниясының SPARCstation 1 компьютеріне дейін, Unix жүйелеріндегі дыбыс үшін де-факто стандарт ретінде кеңінен қолданылатын /dev/audio интерфейсімен қолданылған. Au форматы сондай-ақ Java 1.1 және кейбір C# әдістеріндегі sun.audio Java пакеті сияқты әртүрлі аудио API-лерде де қолданылады. Бұл график μ заңының кішірек (жұмсақ) мәндерде үлгілерді қалай шоғырландыратынын көрсетеді. Көлденең ось 0-ден 255-ке дейінгі байт мәндерін, ал тік ось μ заңының кодтамасының 16 биттік сызықтық түрде алынған мәнін көрсетеді.
μ law encoding is used because speech has a wide dynamic range. In analog signal transmission, in the presence of relatively constant background noise, the finer detail is lost. Given that the precision of the detail is compromised anyway, and assuming that the signal is to be perceived as audio by a human, one can take advantage of the fact that the perceived acoustic intensity level or loudness is logarithmic by compressing the signal using a logarithmic response operational amplifier (Weber–Fechner law). In telecommunications circuits, most of the noise is injected on the lines, thus after the compressor, the intended signal is perceived as significantly louder than the static, compared to an uncompressed source. This became a common solution, and thus, prior to common digital usage, the μ law specification was developed to define an interoperable standard. This pre existing algorithm had the effect of significantly lowering the amount of bits required to encode a recognizable human voice in digital systems. A sample could be effectively encoded using μ law in as little as 8 bits, which conveniently matched the symbol size of the majority of common computers. μ law encoding effectively reduced the dynamic range of the signal, thereby increasing the coding efficiency while biasing the signal in a way that results in a signal to distortion ratio that is greater than that obtained by linear encoding for a given number of bits. The μ law algorithm is also used in the au format, which dates back at least to the SPARCstation 1 by Sun Microsystems as the native method used by the /dev/audio interface, widely used as a de facto standard for sound on Unix systems. The au format is also used in various common audio APIs such as the classes in the sun. audio Java package in Java 1.1 and in some C# methods. This plot illustrates how μ law concentrates sampling in the smaller (softer) values. The horizontal axis represents the byte values 0 255 and the vertical axis is the 16 bit linear decoded value of μ law encoding.
А-заңмен салыстыру
μ заңы алгоритмі кіші сигналдар үшін пропорционалды бұрмалаулардың нашарлауына қарамастан, А заңынан сәл кеңірек динамикалық диапазонды ұсынады. Келісім бойынша, егер кем дегенде бір ел А заңын қолданса, халықаралық байланыста да А заңы қолданылады.
The μ law algorithm provides a slightly larger dynamic range than the A law at the cost of worse proportional distortions for small signals. By convention, A law is used for an international connection if at least one country uses it.