Джим Меггелен - Asterisk™ - будущее телефонии Второе издание

Компандирование - это метод улучшения динамического диапазона метода дискретизации без потери необходимого качества. Он заключается в квантовании более высоких амплитуд с намного меньшей частотой, чем меньших амплитуд. Иначе говоря, если кричать в телефон, ваш голос будет дискретизирован не так хорошо, как если бы вы говорили нормально. Крик также вреден для кровяного давления, поэтому лучше избегать его.

Обычно используется два метода компандирования: plaw [80]в Северной Америке и alaw в остальном мире. В них используется один принцип, но во всем остальном они несовместимы.

При компандировании волна делится на хорды, каждая из которых включает несколько шагов. Квантование заключается в сопоставлении измеренной амплитуды с соответствующим шагом хорды. Значение полосы и номера хорд (а также знак - плюс или минус) становятся сигналом. Приведенные далее диаграммы дают визуальное представление того, что происходит при компандировании. Они не основываются на каком-либо стандарте, а просто созданы как иллюстрация (опять же, в телефонной сети компандирование будет выполняться с разрядностью 8, а не 5 бит).

Рис. 7.11 иллюстрирует компандирование с разрядностью 5 бит. Как видите, дискретизация амплитуд, близких к нулевому уровню, намного выше, чем больших амплитуд (как в положительной, так и в отрицательной области). Однако, поскольку человеческое ухо, передатчик и приемник также будут искажать громкие сигналы, это не представляет проблемы.

Квантованный образец может выглядеть так, как представлено на рис. 7.12. Он обеспечивает получение следующего потока битов:

00000 10011 10100 10101 01101 00001 00011 11010 00010 00001 01000 10011 10100

10100 00101 00100 00101 10101 10011 10001 00011 00001 00000 10100 10010 10101

01101 10100 00101 11010 00100 00000 01000

Рис. 7.11.Компандирование с разрядностью 5 бит

Наложение частот

Если когда-нибудь при просмотре одного из старых вестернов вам казалось, что колеса повозки вращаются в обратном направлении, вы наблюдали эффект наложения частот. Частота смены кадров фильма не соответствует частоте вращения колес, и поэтому возникает впечатление вращения в обратную сторону.

В цифровой аудиосистеме (каковой является современная PSTN) наложение частот возникает, если в аналогово-цифровой преобразователь поступают сигналы частотой, превышающей половину частоты дискретизации. В PSTN это аудиосигналы частотой выше 4000 Гц (половина частоты дискретизации, которая составляет 8000 Гц). Эту проблему легко исправить, пропустив аудиосигнал через низкочастотный фильтр 1перед его передачей в аналогово-цифровой преобразователь 2.

Рис. 7.12.Квантование и компандирование с разрядностью 5 бит

2

Низкочастотный фильтр, как следует из его названия, пропускает только частоты, которые меньше его частоты среза. Существуют еще высокочастотные фильтры (которые убирают низкие частоты) и полосные фильтры (которые отфильтровывают и высокие, и низкие частоты). Те, кому когда-либо приходилось делать аудиозаписи для системы, вероятно, пользовались полосным фильтром, который встроен в большинство телефонных аппаратов. Запись с использованием даже высококлассного звукозаписывающего оборудования может выявить разнообразнейший фоновый шум. Вы могли даже не слышать его, пока не выполнили понижающей дискретизации, при которой фоновый шум создает эффект наложения частот (что может порождать разнообразные странные звуки). С другой стороны, телефонные записи уже выполнены в соответствующем формате, поэтому шум никогда не попадает в аудиопоток. Из всего вышесказанного следует, что, независимо от того, какое оборудование используется для записи, следует избегать сред с большим количеством фоновых шумов. Обычные офисы могут быть намного более шумными, чем кажется, поскольку оборудование отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может создавать шум, о котором мы даже не подозреваем.

Цифровая коммутируемая телефонная сеть

Более ста лет телефонные сети были исключительно коммутируемыми. Это означало, что для каждого телефонного звонка между двумя конечными точками устанавливалось выделенное соединение с фиксированной полосой частот, распределенной для этого канала. Создание такой сети было дорогим удовольствием, а использование ее на больших расстояниях обходилось вдвое дороже. Хотя все предсказывают окончание эпохи коммутируемой сети, многие люди по-прежнему пользуются ею каждый день и она, действительно, достаточно неплохо справляется со своими функциями.