En telecomunicaciones y procesamiento de señales , la compresión (en ocasiones denominada compansión ) es un método para mitigar los efectos perjudiciales de un canal con un rango dinámico limitado . El nombre es un acrónimo de las palabras comprimir y expandir, que son las funciones de un comparador en el extremo transmisor y receptor, respectivamente. El uso de companding permite transmitir señales con un gran rango dinámico a través de instalaciones que tienen una capacidad de rango dinámico menor. La compresión se emplea en telefonía y otras aplicaciones de audio, como micrófonos inalámbricos profesionales.y grabación analógica .
Cómo funciona
El rango dinámico de una señal se comprime antes de la transmisión y se expande al valor original en el receptor. El circuito electrónico que hace esto se llama compander y funciona comprimiendo o expandiendo el rango dinámico de una señal electrónica analógica, como el sonido grabado por un micrófono. Una variedad es un triplete de amplificadores: un amplificador logarítmico, seguido de un amplificador lineal de ganancia variable y un amplificador exponencial. Tal triplete tiene la propiedad de que su voltaje de salida es proporcional al voltaje de entrada elevado a una potencia ajustable.
La cuantificación complementaria es la combinación de tres bloques de construcción funcionales, a saber, un compresor de rango dinámico de señal (dominio continuo) , un cuantificador uniforme de rango limitado y un expansor de rango dinámico de señal (dominio continuo) que invierte la función del compresor. Este tipo de cuantificación se utiliza con frecuencia en sistemas de telefonía. [1] [2]
En la práctica, los comparadores están diseñados para operar de acuerdo con funciones de compresor de rango dinámico relativamente simples que están diseñadas para ser adecuadas para su implementación utilizando circuitos electrónicos analógicos simples. Las dos funciones más expansor populares utilizados para las telecomunicaciones son los A-Law y μ-ley funciones.
Aplicaciones
La compactación se utiliza en los sistemas de telefonía digital, se comprime antes de la entrada a un convertidor de analógico a digital y luego se expande después de un convertidor de digital a analógico . Esto es equivalente a usar un ADC no lineal como en un sistema telefónico de portadora T que implementa la compansión de ley A o ley μ . Este método también se utiliza en formatos de archivos digitales para obtener una mejor relación señal / ruido (SNR) a profundidades de bits más bajas. Por ejemplo, una señal PCM de 16 bits codificada linealmente se puede convertir en un archivo WAV o AU de 8 bits mientras se mantiene una SNR decente comprimiendo antes de la transición a 8 bits y expandiendo después de la conversión de nuevo a 16 bits. Ésta es efectivamente una forma de compresión de datos de audio con pérdida .
Los micrófonos inalámbricos profesionales hacen esto ya que el rango dinámico de la señal de audio del micrófono en sí es mayor que el rango dinámico proporcionado por la transmisión de radio. La compactación también reduce los niveles de ruido y diafonía en el receptor. [3]
Los acompañantes se utilizan en sistemas de audio para conciertos y en algunos esquemas de reducción de ruido .
Historia
El uso de la compresión en un sistema de transmisión de imágenes analógicas fue patentado por AB Clark de AT&T en 1928 (presentado en 1925): [4]
En la transmisión de imágenes por corrientes eléctricas, el método que consiste en enviar corrientes variadas en relación no lineal a los valores lumínicos de los sucesivos elementos de la imagen a transmitir, y en el extremo receptor exponer los elementos correspondientes de una superficie sensible. luz variada en relación no lineal inversa a la corriente recibida.
- Patente AB Clark
En 1942, Clark y su equipo completaron el sistema de transmisión de voz segura SIGSALY que incluyó el primer uso de companding en un sistema PCM (digital). [5]
En 1953, B. Smith demostró que un DAC no lineal podría complementarse con la no linealidad inversa en una configuración de ADC de aproximación sucesiva, simplificando el diseño de sistemas de companding digital. [6]
En 1970, H. Kaneko desarrolló la descripción uniforme de las leyes de expansión de segmentos (lineales por partes) que para entonces se habían adoptado en la telefonía digital. [7]
En los años 80 (y 90), muchos de los fabricantes de equipos de música ( Roland , Yamaha , Korg ) utilizaron la compresión al comprimir los datos de forma de onda de la biblioteca en sus sintetizadores digitales . Desafortunadamente, no se conocen los algoritmos exactos, ni si alguno de los fabricantes utilizó alguna vez el esquema Companding que se describe en este artículo. Lo único que se sabe es que los fabricantes utilizaron la compresión de datos [8] en el período de tiempo mencionado y que algunas personas se refieren a ella como "companding" mientras que en realidad podría significar algo más, por ejemplo, compresión y expansión de datos. [9] Esto se remonta a finales de los 80, cuando los chips de memoria solían ser uno de los componentes más costosos del instrumento. Los fabricantes generalmente citan la cantidad de memoria en su forma comprimida: es decir, 24 MB de ROM de forma de onda física en un Korg Trinity son en realidad 48 MB sin comprimir. Del mismo modo, las placas de expansión Roland SR-JV se anunciaban normalmente como placas de 8 MB con "contenido equivalente a 16 MB". La copia descuidada de esta información técnica, omitiendo la referencia de "equivalencia", a menudo puede causar confusión.
Referencias
- ^ WR Bennett, " Espectros de señales cuantificadas ", Revista técnica de Bell System , vol. 27, págs. 446–472, julio de 1948.
- ^ Robert M. Gray y David L. Neuhoff, "Cuantización", Transacciones IEEE sobre teoría de la información , vol. IT-44, núm. 6, págs. 2325–2383, octubre de 1998. doi : 10.1109 / 18.720541
- ^ Una descripción de companding en micrófonos inalámbricos
- ^ Patente estadounidense , AB Clark, " Sistema eléctrico de transmisión de imágenes ", emitida el 13 de noviembre de 1928, asignada a AT&T
- ^ Randall K. Nichols y Panos C. Lekkas (2002). Seguridad inalámbrica: modelos, amenazas y soluciones . Profesional de McGraw-Hill. pag. 256 . ISBN 0-07-138038-8.
companding ab-clark pcm.
- ^ B. Smith, "Companding instantáneo de señales cuantificadas", Bell System Technical Journal , vol. 36, mayo de 1957, págs. 653–709.
- ^ H. Kaneko, "Una formulación unificada de leyes comparativas de segmentos y síntesis de códecs y comparadores digitales", Bell System Technical Journal , vol. 49, septiembre de 1970, págs. 1555-1558.
- ^ Eric Persing , diseñador de sonido ( Roland , Spectrasonics), 29 de mayo de 2010 https://www.gearslutz.com/board/showpost.php?p=5446278&postcount=130
- ^ Dave Polich, diseñador de sonido, 13 de enero de 2018 https://www.gearslutz.com/board/showpost.php?p=13068220&postcount=146
enlaces externos
- Companding: leyes, implementación y consecuencias logarítmicas
