Пристрій для компандування частотного діапазону звукових сигналів

1 Пристрій для компандування частотного діапазону звукових сигналів, який на передавальній стороні містить каскадно з'єднані односмуговий модулятор (ОМ), блок добування квадратного кореня (БДК) з аналітичного сигналу і смугопропускний фільтр (СПФ), розрахований на половину смуги спектра вхідних звукових сигналів, а на приймальній стороні - каскадно з'єднані блок зведення до квадрату (БЗК) аналітичного сигналу і односмуговий демодулятор (ОД), який відрізняється тим, що у передавальний пристрій на вході ОМ введений блок зміщування біполярних вхідних звукових сигналів на визначений постійний рівень, між ОМ та БДК введений амплітудно-частотний коректор (АЧК), а у приймальний пристрій між БЗК та ОД введений відновлюючий АЧК 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що обидва АЧК містять декілька ланок смугового типу (С-ланки), на один більше блоків підсилення або послаблення (БПП) сигналів і суматор, вихід якого є виходом коректорів, входом яких є об'єднаний вхід першого БПП і усіх С-ланок, вихід кожної з яких з'єднано зі входом одного з інших БПП, і вихід кожного з БПП з'єднано з одним із входів суматора Передбачений винахід відноситься до електро- радіозв'язку і призначений в основному для підвищення ефективності функціонування систем передачі звукових сигналів за рахунок скорочення спектра (компресії частотного діапазону) при збереженні досить високої якості відтворення (експандування частотного діапазону) цих сигналів Відомо [Бухвинер В Е Управляемое компандирование частотного диапазона звуковых сигналов - М Свіязь, 1978 п 1 7] що, порівняно з вокодерами, підвищення якості відтворення звукових сигналів здійснюють напіввокодерами, яки містять [Фіг 1 19] на передавальній стороні амплітудночастотний коректор, блок відділення низькочастотної ділянки спектра звукових сигналів, аналізатор рештої частини спектра і суматор, а на приймальній стороні - блок розподілення прийнятих сигналпараметрів, блок вирівняння низькочастотного спектра, синтезатор високочастотного сигналу і вихідний суматор тельно медленными управляющими сигналами "[стор 47] Крім того, напіввокодери уявляють собою порівняно складні пристрої Як найбільш близький аналог - прототип до заявленого технічного рішення прийнято пристрій, який на передавальній стороні містить каскадно з'єднані односмуговий модулятор (ОМ), блок добування квадратного кореня (БДК) з аналітичного сигналу і смуго-пропускний фільтр (СПФ), розрахований на пів смуги спектра вхідних звукових сигналів, а на приймальній стороні - каскадно з'єднані блок зведення до квадрату (БЗК) аналітичного сигналу і односмуговий демодулятор (ОД) [Патент України 33985А, Н04В1/66, Бюл №1, 2001 р] У цьому, значно більш простому пристрою, у моменти досягнення огинаючею ОМ-сигнала нульового рівня, із-за відомого явища стрибків фази при діленні частоти у БДК виникають специфічні перекручування сигналів Крім того, частотна компресія у БДК у загальному випадку відбувається тільки за рахунок зосередження основної спектральної енергії у області низьких частот Хоча перетворення у БЗК і БДК суворо зворотні, вилучення за допомогою СПФ "хвоста" спектра вихідного сигналу БДК викликає "Однако вокодерные методы анализа - синтеза принципиально не могут восстановить естественную структуру исходного сигнала, поскольку мелкие и быстрые изменения формы частотных составляющих не могут быть переданы сравни ю о (О 60159 порушення вказаної зворотності і, як наслідок, на виході пристрою-прототипі з'являються ПОМІТНІ частотні перекручування типа зпаду рівня (перекручування тембра звучання) високочастотних складових Технічною задачею, яка вирішується винаходом, є порівняно з прототипом підвищення якості відтворення звукових сигналів за рахунок досягнення більш ефективної компресії їх частотного діапазону і вилучення стрибків фази у БДК Ця задача вирішується пристроєм, який на передавальній стороні містить каскадно з'єднані ОМ, БДК і СПФ, розрахований на пів смуги спектра вхідних звукових сигналів, а на приймальній стороні -каскадно з'єднані БЗК і ОД Відрізняється цей пристрій тим, що у передавальній пристрій на вході ОМ запроваджений блок зміщування біполярних вхідних звукових сигналів на визначений постійний рівень і поміж ОМ та БДК запроваджений амплітудно-частотний коректор (АЧК), а у приймальній пристрій поміж БЗК та ОД запроваджений відновлюючий АЧК Обидва АЧК виявляються відомими пристроями [Кисель В А Аналоговые и цифровые корректоры Справочник - М Радио и связь, 1986 Фіг 4 14а)] Вони містять декілька ланок смугового типу (С-ланки), на один більше блоків підсилення або послаблення (БПП) сигналів і суматор, вихід якого є виходом коректорів, входом яких є об'єднаний вхід одного з БПП і усіх С-ланок, вихід кожної з яких з'єднано зі входом одного з інших БПП і вихід кожного з БПП з'єднано з одним із входів суматора У запропонованому пристрою блок зміщування сигналів запроваджений для вилучення стрибків фази у БДК, а АЧК у передавальному пристрою - для сприяння підвищенню ефективності частотної компресії у БДК На фіг 1 креслення, що додається, наведена структурна електрична схема передавального пристрою, на Фіг 2 - приймального пристрою і на Фіг З-АЧК На цих схемах позначено блок 1 зміщування сигналів, ОМ 2, амплітудно-частотний коректор З (АЧК 3), блок 4 добування кореня (БДК 4), СПФ 5, суматор 6, джерело 7 постійної напруги, блок 8 зведення до квадрату (БЗК 8), відновлюючий АЧК 9, ОД 10, С-ланки 11, блоки 12 підсилення або послаблення (БПП 12) і суматор 13 Передавальній пристрій (Фіг1) містить каскадно з'єднані блок 1 зміщування сигналів, ОМ 2, АЧК З, БДК 4 і СПФ 5, вихід якого є виходом передавального пристрою, входом якого є вхід суматора 6, який входить до блока 1 Другий вхід суматора 6 з'єднано зі виходом джерела 7, яке також входить до блока 1 Приймальній пристрій (Фіг 2) містить каскадно з'єднані БЗК 8, АЧК 9 і ОД 10, вихід якого є виходом приймального пристрою, входом якого є вхід БЗК 8 Працює запропонований пристрій наступним чином Біполярний звуковий сигнал визначеного рівня, обмежений визначеними граничними частотами, надходить до входу суматора 6, який входить до блока 1 зміщування сигналів передаваль ного пристою (Фіг 1) До другого входу суматора 6 надходить з виходу джерела 7 постійна напруга, величина якої перевищує пикові значення звукових сигналів Одержаний уніполярний сигнал надходить до входу ОМ 2, на виході якого одержується звуковий ОМ-сигнал з верхньою боковою смугою частот і з несучою, амплітуда якої визначена величіною напруги джерела 7 У такому ОМсигналі огинаюча ніколи не може досягти нульового рівня, тому неможливі у БДК 4 перекручування, яки зв'язані зі стрибками фази Частота несучої визначається вимогами спрощення реалізації наступних блоків Наслідковий сигнал ОМ 2 надходить до входу АЧК 3, вихідний сигнал якого надходить до входу БДК 4 Характер перетворень сигналів у АЧК З зв'язан з принципом розширення і формування спектра у БЗК Відомо, ЩО розширення спектра при зведенні до квадрату аналітичних сигналів відбувається за рахунок подвоювання миттєвої частоти складових цих сигналів, але при цьому з'являються додаткові складові КІЛЬКІСТЬ додаткових складових залежить тільки від КІЛЬКОСТІ складових вхідних для БЗК сигналів При двох складових на вході БЗК з'являється одна додаткова складова, при трьох на вході БЗК - три на виході, при чотирьох на вході - шість на виході і т д Амплітуда кожної додаткової складової, як відомо, дорівнює здвоюваному добутку амплітуд сусідніх складових вхідного для БЗК сигналу, а частота - сумі частот цих складових Якщо наслідковий сигнал БЗК подати до входу БДК, то одержимо ідеальну частотну компресію його по зворотному принципу випадуть додаткові складові, а частота інших складових поділиться на два Отже, для вирішення проблеми високоякісного компандування частотного діапазону звукових сигналів на цьому шляху, необхідно так перетворювати їх (звукові сигнали), щоб отримані сигнали були подібні наслідковим сигналам БЗК Саме для виконання одного з можливих таких перетворень призначений АЧК 3 Для його реалізації необхідно лише вибрати КІЛЬКІСТЬ ТИХ ДІЛЯНОК у спектрі вхідних звукових сигналів, яки при частотної компресії передбачається вилучити Збільшення цієї КІЛЬКОСТІ підвищує ефект частотної компресії КІЛЬКІСТЬ С-ланок 11 у АЧК 3 повинно дорівнювати вибраної КІЛЬКОСТІ ЦИХ ДІЛЯНОК У простішому варіанті реалізації АЧК 3 повинен мати одну, у наступних по складності варіантах - три, шість С-ланок 11 зі смугою частот ВІДПОВІДНО 1/3, 1/5, 1/7 діапазону звукових частот Резонансна частота С-ланок 11 і коефіцієнт підсилення або послаблення вихідного сигналу їх повинні відповідати частоті і амплітуді вищезгаданих додаткових складових Маючи параметри потрібного спектра, яки необхідно визначіти по відношенню до середньостатистичного спектра най широкосмугового вхідного сигналу, наприклад, сигналу звучання симфонічного оркестру, за формулами [(4 20) і (4 23] останнього з попередніх літературних джерел визначаються параметри АЧК 3 і АЧК 9 Реалізований таким чином АЧК 3 сприяє порівняно з прототипом значному зменьшенню 60159 потужності "хвоста" спеїсгра вихідного сигналу БДК Отже, запроваджені блок 1 зміщування сигна4 Наслідковий сигнал БДК 4 надходить до входу лів і АЧК 3 та АЧК 9 дійсно сприяють підвищенню СПФ 5, на виході якого, тобто на виході передаякості відтворення звукових сигналів при двократвального пристрою (Фіг 1) одержується комної частотної компресії При необхідності збільпресійній сигнал, який порівняно з подібним сигнашення степеня частотної компресії у передавальлом прототипу має значно зменьшені частотні пеній пристрій (Фіг1) досить запровадити додаткові рекручування АЧК 3 і БДК 4, а у приймальній пристрій (Фіг 2) додаткові БЗК 8 і АЧК 9 Вихідний сигнал передавального пристрою (Фіг 1) передається по каналу електроМабуть принцип перетворень у запропоноварадюзв'язку і надходить до входу БВК 8 прийному пристрою допоможе вирішити наступну давмального пристрою (Фіг 2) У БВК 8 одержується но поставлену задачу академіком А А Харкевидосить точне відновлення вхідного сигналу БДК 4 чем, вирішення якої до сієї пори невідомо "СоВихідний сигнал БВК 8 надходить до входу АЧК 9, вершенно неясен критерий сжимаемости процесса на виході якого одержується також досить точне и характер преобразований, которому нужно подвідновлення вихідного сигналу ОМ 2, тому вергнуть процесс в целях сжатия его спектра" вихідний сигнал АЧК 9 на виході ОД 10, тобто на [Харкевич А А О возможностях сжатия спектра виході запропонованого пристрою, викликає доЭлектросвязь, № 1 1 , 1958 ] сить високоякісне відтворення вхідних звукових сигналів Комп'ютерна верстка С Волобуев Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна