Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Сигнальный кодер
Signal encoder
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (DPCM) – это сигнальный кодер, использующий базовые принципы импульсно-кодовой модуляции (PCM), но добавляющий функциональные возможности, основанные на предсказании значений сигнала. Входом может быть аналоговый или цифровой сигнал. Если вход представляет собой непрерывный аналоговый сигнал, его необходимо сначала дискретизировать, чтобы получить дискретный сигнал, который будет подан на вход кодера DPCM. Вариант 1: взять значения двух последовательных отсчетов; если это аналоговые отсчеты, квантовать их; вычислить разность между первым и следующим отсчетом; выходным сигналом будет эта разность. Вариант 2: вместо вычисления разности относительно предыдущего входного отсчета, вычислить разность относительно выхода локальной модели процесса декодирования; в этом варианте разность может быть квантована, что позволяет эффективно вводить контролируемые потери при кодировании. Применение одного из этих двух методов позволяет устранить кратковременную избыточность (положительную корреляцию соседних значений) сигнала; коэффициенты сжатия порядка от 2 до 4 могут быть достигнуты, если разности впоследствии кодируются энтропийным методом, поскольку энтропия сигнала разностей значительно меньше энтропии исходного дискретного сигнала, рассматриваемого как независимые отсчеты. DPCM был изобретен К. Чапином Катлером в Bell Labs в 1950 году; его патент охватывает оба метода.
Differential pulse code modulation (DPCM) is a signal encoder that uses the baseline of pulse code modulation (PCM) but adds some functionalities based on the prediction of the samples of the signal. The input can be an analog signal or a digital signal. If the input is a continuous time analog signal, it needs to be sampled first so that a discrete time signal is the input to the DPCM encoder. Option 1: take the values of two consecutive samples; if they are analog samples, quantize them; calculate the difference between the first one and the next; the output is the difference. Option 2: instead of taking a difference relative to a previous input sample, take the difference relative to the output of a local model of the decoder process; in this option, the difference can be quantized, which allows a good way to incorporate a controlled loss in the encoding. Applying one of these two processes, short term redundancy (positive correlation of nearby values) of the signal is eliminated; compression ratios on the order of 2 to 4 can be achieved if differences are subsequently entropy coded because the entropy of the difference signal is much smaller than that of the original discrete signal treated as independent samples. DPCM was invented by C. Chapin Cutler at Bell Labs in 1950; his patent includes both methods.
Вариант 1: разница между двумя последовательными квантованными образцами
Кодер выполняет функцию дифференцирования; квантизатор предшествует вычитанию соседних квантованных отсчетов; декодер является аккумулятором, который при правильной инициализации точно восстанавливает квантованный сигнал.
The encoder performs the function of differentiation; a quantizer precedes the differencing of adjacent quantized samples; the decoder is an accumulator, which if correctly initialized exactly recovers the quantized signal.
Вариант 2: анализ путем синтеза
Включение декодера в структуру кодировщика позволяет квантовать разности, включая нелинейное квантование, непосредственно в кодировщике, при условии использования в приемнике подходящего приближенного обратного квантователя. Если квантователь равномерный, декодер неявно восстанавливает разности, как показано на этой простой схеме, представленной Катлером.
The incorporation of the decoder inside the encoder allows quantization of the differences, including nonlinear quantization, in the encoder, as long as an approximate inverse quantizer is used appropriately in the receiver. When the quantizer is uniform, the decoder regenerates the differences implicitly, as in this simple diagram that Cutler showed: