مبانی صدای دیجیتال

قسمت دومروشهای کد کردن صوت

استاد درس:علی بهلولی

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند 1رسانه ای

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 2

روشهای کد کردن صوت

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 3

PCMکدینگ

ساده ترین تکنیک برای تولید سیگنال دیجیتال ازسیگنال آنالوگ

استفاده از همان تکنیک گسسته کردن در محور زمان و( سیگنال آنالوگ aشکل کوانتیزه کردن

اصلی

( سیگنال دیکدشده پله bشکل ای

( سیگنال بازیافت cشکل شده با استفاده از فیلتر

پایین گذر

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 4

PCMبالک دیاگرام کدینگ

حذف فرکانسهای هرتز و 20کمتر از کیلو هرتز4بزرگتر از

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 5

PCMبالک دیاگرام کدینگ

این دو بالک با همدیگر باعث کوانتیزه کردن غیر یکنواخت

سیگنال می شود

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 6

PCMبالک دیاگرام کدینگ

تبدیل دیجیتال به آنالوگ

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 7

PCMبالک دیاگرام کدینگ

عکس تابع یکنواخت ساز

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 8

PCMبالک دیاگرام کدینگ

حذف فرکانسهای

4باالتر از کیلوهرتز که به

خاطر کوانتیزاسیون ایجاد شده است

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 9

WAVفایلهای

فایلهایWAV در ویندوز بر مبنای کدینگ PCM می باشند

،این فایل از یک هدر حاوی فرکانس نمونه برداریتعداد بیتها به ازای هر سمبل و تعداد نمونه ها و نوع

mono یا Stereoمی باشد

با استفاده از دستورات مطلب براحتی می توان را خواند، تغییرات اعمال کرد و ذخیره WAVفایلهای

یا پخش کرد

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 10

کدینگ تفاضلی

کدینگPCMحافظه زیادی مصرف می کند

معموال از تفاضل برای کد کردن استفاده می شودتا اعداد کوچکتر شوند و تعداد بیت کمتری برای ذخیره

سازی نیاز داشته باشند

چون نمونه ها در محور زمان به نحوی با یکدیگررابطه دارند بنابراین تفاضل باعث فشرده شدن

هیستوگرام حول مقدار صفر می گردد

به عنوان مثال در صورتی که سیگنال به صورت تابع رمپ باشد آنگاه هیستوگرام تفاضلی آن به

صورت یک ضربه می شود

بنابراین تعداد بیتهای تخصیصی به هر کد کاهش مییابد

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 11

Lossless Predictive Coding

در این روش مقدار بعدی سیگنال پیشبینی می شودو تفاضل آن با مقدار واقعی ارسال می شود

در ساده ترین حالت، مقدار پیشبینی را می توانبرابر با مقدار قبلی سیگنال در نظر گرفت

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 12

Lossless Predictive Coding

برای اینکه پیشبینی صحیحتر باشد و به مقدار واقعی نزدیکترباشد می توان مقدار پیشبینی شده را تابعی از مقادیر قبلی

سیگنال در نظر گرفت

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 13

Lossless Predictive Coding

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 14

Lossless Predictive Coding

eوجود یک مشکل در ارسال

باشد آنگاه مقدار 255اگر مقادیر سیگنال در بازه صفر تا e + خواهد شد و به تعداد بیت بیشتری نیاز 255- تا 255در بازه

است( راه حل اول: استفاده از کدها با طول های متغیرVariable

Length Coding) راه حل دوم: تعریف دو کد جدید و خاص به نامهایShift-Up Shift-Downو

در این راه حل تعداد کدهای را محدود می کنیم مثال بین خارج از این بازه قرار گرفت، به e+، اگر مقدار 16- تا 15

ارسال می کنیمSD یا SUتعداد کافی کدهای

، برای بازه فوقSU و 32 معادل با SD 32 معادل با -است

برای 100مثال برای ارسال عددe رشته ،SU ,SU ,SU ,4 ارسال می شود

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 15

Lossless Predictive Codingبالک دیاگرام

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 16

DPCMکدینگ

قبلی است با این تفاوت که این روش مشابه روش eکوانتیزه و سپس ارسال می شود

بنابراین الگوریتمDPCM از نوع Lossy است

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 17

DPCMکدینگ

چرا در این روش برای محاسبه مقدار پیشبینی ازمقادیر واقعی استفاده نمی شود؟

به علتlossy بودن الگوریتم سمت گیرنده به مقادیر واقعی دسترسی ندارد بنابراین مقدار پیشبینی دو

طرف با هم برابر نمی شود

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 18

DPCMبالک دیاگرام کدینگ

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 19

DPCMمثالی از کدینگ

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 20

Delta Modulationکدینگ

در این روش مقدارeیک بیتی در نظر گرفته می شود

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 21

Delta Modulationمثال کدینگ

با فرضk=4 :و آنگاه

اگر تغییرات سیگنال اصلی شدید باشد آنگاه امکان دنبال کردن آن وجود ندارد

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 22

Delta Modulationبهبود کدینگ

اگر مقدار K به صورت وفقی تعیین شود آنگاه این مشکل تا حدودی قابل حل است

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 23

Adaptive DPCMکدینگ

این روش کدینگ مشابهDPCM است با این تفاوت که دو قسمت به صورت وفقی عمل می کنند:

قسمت پیش بینی کنندهکوانتیزه کردن خطا

در این روش اگر از سیگنال ورودی برای تغییر وفقی دو Forward Adaptiveپارامتر فوق استفاده شود اصطالحا

Quantization و اگر از خروجی کوانتایز شده گفته می شود گفته Backward Adaptive Quantizationاستفاده گردد اصطالحا

می شود

دانشگاه اصفهان - درس سیستم های چند رسانه ای 24

ADPCMبالک دیاگرام کدینگ