Кодирование с адаптивным предсказанием

В настоящее время при передаче информации в сотовых сетях связи и передаче речи по Internet (IP-телефония) очень популярны методы кодирования с предсказанием. Они могут использоваться как в чистом виде, так и в сочетании с другими видами кодирования, например вокодерами, которые будут рассмотрены в следующей лекции.

Принцип предсказания достаточно прост (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Модель адаптивного предсказания

На передающей стороне устанавливается предсказатель, которой по полученной в предыдущий момент информации вырабатывает (предсказывает) последующую информацию. При поступлении информации от передатчика предсказанное и истинное значение сравниваются (вычитаются) и передается ошибка предсказания. В предельном случае, когда предсказание полностью верно, сигнал "ошибка предсказания" равен нулю. На приемном конце устанавливается предсказатель, который, по предыдущей информации, вырабатывает последовательные значения сигнала — те же самые, что и предсказатель передатчика, — и корректирует (суммирует) с поступившим сигналом ошибки. Передача разностного сигнала в большинстве случаев требует меньшего числа разрядов. Выигрыш от кодирования на практике легче оценивать по мощности. Поэтому выигрыш от кодирования измеряют отношением мощности кодирования при равномерном и при разностном квантовании.

Поскольку информация в канале достаточно предсказуема — кодирование с адаптивным предсказанием снижает объем передаваемой по каналу информации.

Наглядным примером предсказания может служить служба передачи поздравительных посланий, которая существовала на телеграфах всего мира.

Если вечером 31 декабря передатчику поступает первоначальное сообщение "Поздравляю…..", то предсказатель с вероятностью 95-98% вырабатывает в следующий момент слова "С Новым годом". Если последующая информация совпадает с предсказанной информацией, то в канал передается сигнал ошибки, равный нулю. На приемном конце будут выработаны те же слова, и при сложении предсказанной информации и значения ошибки пользователю будет передан полный текст. При этом в канале была передана минимальная информация. Если же последующие слова будут "С днем рождения", то соответственно передается код ошибки. На телеграфе все виды поздравлений были перенумерованы и занесены в кодовую книгу. Поэтому передавался код, который обозначал поздравление с Днем рождения. Таким образом устранялась смысловая избыточность. Конечно, пока устранение смысловой избыточности — дело будущего, но этот пример указывает на возможное направление работ.

Кодирование с адаптивным предсказанием в настоящее время используется для предсказания формы сигнала, которая имеет достаточно прогнозируемые участки.

Всякое кодирование с предсказанием основывается обычно на аппроксимации формы сигнала, т.е. кодирование кривой с помощью значений этой кривой в отдельных точках и восстановление ее формы на приемном конце по этим отдельным отсчетам.

В математике известны несколько видов аппроксимации. В технике кодирования речи применяется линейная аппроксимация.

При этом способе каждая кривая может быть представлена с произвольной точностью суммой величин предыдущих отсчетов, умноженных на коэффициенты, которые называются коэффициентами предсказания.

Такая аппроксимация отображается с помощью уравнения

где — отсчет на выходе в следующий момент времени;

— коэффициент аппроксимации;

— порядок модели.

Чем выше порядок модели, тем точнее она приближается к истинному значению формы кривой.

Предсказание — это генерация последующей формы кривой на основании уравнения отрезков (новых коэффициентов ). Оно может также основываться на различных принципах.