CC BY
15Small Size Construction Companies in Jordan. Procedia Engineering. 2017. 182. Pp. 3-9. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.03.101.
2. Beibei, T., Feifei, Z., Yuqi, C. Research on the relationship between informatization level and global competitiveness. 2017 IEEE International Conference on Intelligence and Security Informatics: Security and Big Data, ISI 2017. 2017. Pp. 198. DOI: 10.1109/ISI.2017.8004911.
3. Chen, L. Analysis of the Informatization Construction of Library. Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1486(2). DOI: 10.1088/17426596/1486/2/022009.
4. Dheyab, S.N. Electronic management in construction projects. Proceedings - 2018 1st Annual International Conference on Information and Sciences, Ai-CIS 2018. 2019. Pp. 275-283. DOI: 10.1109/AiCIS.2018.00056.
5. Du, X., Han, M., Zhang, G., Yin, Z., Ding, M. Construction of Engineering Project Management Informatization. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. 688(5). DOI:10.1088/1757-899X/688/5/055028.
6. Esposito, C., Tamburis, O. An Effective Retrieval Approach for Documents Related to Past Civil Engineering Projects. Proceedings - 2019 IEEE 28th International Conference on Enabling Technologies: Infrastructure for Collaborative Enterprises, WETICE 2019. 2019. Pp. 295-300. DOI: 10.1109/WETICE.2019.00068.
7. Eroshkin, S.Y., Koryagin, N.D., Kovkov, D. V., Panov, D. V., Sukhorukov, A.I. The Paradigm of the Integration of Different Types of Management Information Systems in Investment and Construction
Company Implementing the Project Approach. Procedia Computer Science. 2017. 103. Pp. 605-608. DOI: 10.1016/j.procs.2017.01.076.
8. Fernando, H., Hewavitharana, T., Perera, A. Evaluation of Electronic Document Management (EDM) systems for construction organizations. MERCon 2019 - Proceedings, 5th International Multi-disciplinary Moratuwa Engineering Research Conference. 2019. Pp. 273-278. DOI:10.1109/MERCon.2019.8818768.
9. Han, F., Bogus, S.M., Zhang, S. Evaluation of Resilient Practices for Capital Project Planning under Variable Budget Constraints. Construction Research Congress 2020: Project Management and Controls, Materials, and Contracts - Selected Papers from the Construction Research Congress 2020. 2020. Pp. 105114. DOI: 10.1061/9780784482889.012.
10. Kang, Y., O'Brien, W., O'Connor, J. Assessing the benefits and hindrances of information integration opportunities. EG-ICE 2010 - 17th International Workshop on Intelligent Computing in Engineering. 2019.
11. Kao, C.H., Liu, S.T. Development of a Document Management System for Private Cloud Environment. Procedia - Social and Behavioral Sciences. 2013. 73. Pp. 424-429. DOI: 10.1016/j.sbspro.2013.02.071.
12. Meng, H., Shuang, H. Development of construction supervision information system of engineering project. Journal of Advanced Oxidation Technologies. 2018. 21(2). DOI:10.26802/jaots.2018.07429.
13. Timmer, I. Contract automation: Experiences from dutch legal practice. Perspectives in Law, Business and Innovation. Springer, 2019. Pp. 147-171.
КВАНТОВАТЕЛИ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА
Кучмин Н.А.,
студент Владимирского государственного университета, «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых» Никитин О.Р.
Научный руководитель, доктор технических наук, профессор кафедры «Радиотехника и Радиосистемы», «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых»
QUANTIZERS FOR SPEECH SIGNAL
Kuchmin N.,
student, Vladimir state university, Nikitin O.
scientific supervisor, doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Radio Engineering and Radio Systems, "Vladimir State University named after A.G. andN.G. Stoletovs"
Аннотация
Проведено экспериментальное сравнение различных видов квантователей речевых сигналов. Сегментное отношение сигнал/шум показывает, что при адаптивном квантовании сегменты с малым уровнем сигнала и с большим уровнем сигнала имеют приблизительно одинаковое отношение сигнал/шум.
Abstract
An experimental comparison of various types of speech signal quantizers has been performed. The signal / noise segment shows that with adaptive quantization, segments with a low signal level and a high signal level have approximately the same signal-to-noise ratio.
Ключевые слова: квантование, шаг квантования, дискретизация, равномерное квантование, ком-пандирование, адаптивное квантование, обработка речевых сигналов.
Keywords: quantization, quantization step, discretization, uniform quantization, companding, adaptive quantization, speech signal processing.
Квантование используется при аналогово цифровом преобразовании сигналов. Вся обработка речевых сигналов в современных системах сотовой связи проводится в цифровой форме.
При аналогово-цифровом преобразовании, аналоговый сигнал сначала дискретизируется во времени - преобразуется в последовательность коротких амплитудно-модулированных импульсов -отсчетов сигнала. Расстояния между соседними импульсами на временной оси одинаковы и равны периоду Т дискретизации сигнала. Далее каждый импульс квантуется - ему ставится в соответствие число - номер уровня квантования. Разность между соседними уровнями квантования - шаг Д квантования - в простейшем случае является постоянной величиной.
Дискретизация сигнала - представление аналогового непрерывного сигнала совокупностью его значений, эту совокупность принято называть выборками S(to), Б(и),... S(tn-l) взятых в моменты времени Ь0, й,... ^п-1). Выбор частоты Fд дискретизации осуществляется на основе теоремы Котельникова.
Fд=1/T>2F,
где F - максимальная частота спектра сигнала. Квантование - разбиение диапазона отсчёт-ных значений сигнала на конечное число уровней и округление этих значений до одного из двух ближайших к ним уровней.
Равномерное квантование Случай, когда шаг квантования является постоянной величиной - равномерное (линейное) квантование. Недостаток: относительная ошибка квантования велика для слабых сигналов и уменьшается с возрастанием уровня квантования. Шаг Д квантования выбирается в соответствии с системой уравнений:
Здесь B - число разрядов двоичного кванто-
максимальное и минимальное
вателя, Xmax, Xm значения сигнала. Cx - среднеквадратическое значение сигнала.
Л 4 5
X Ю*
Рис. 1. Сигнал на выходе АЦП при постоянном шаге квантования.
Видно, что сигнал искажен за счет квантования его значений
SO 10О 1 SO 200 2SO
Рисунок 2. Сегментное отношение сигнал/шум при равномерном квантовании.
Видно, что отношение сигнал шум при больших уровнях сигнала больше заданного, а при малых уровнях - меньше заданного (заданное отношение сигнал/шум равно 30дБ).
Квантование с использованием командирования
При компандировании идея увеличения шага Д при росте мощности сигнала реализуется с помощью нелинейного преобразования сигнала с
последующим равномерным его квантованием. нейного преобразования близка к логарифмиче-Исследования показали, что если функция нели- ской, то отношение сигнал-шум изменяется мало
при изменении мощности сигнала Рс.
Рис. 3. Функция компрессора.
Данное нелинейное преобразование превра- "сжимается" по уровню. Поэтому данное преоб-щает большие изменения входного сигнала X в разование получило название компрессии сигнала. малые изменения выходного сигнала У - который
Рис. 4. Функция экспандера.
После квантование сжатого сигнала уменьшенный по объему цифровой поток данных можно использовать либо для передачи по каналу связи, либо для записи на носитель информации. При восстановлении исходного сигнала проводится процедура обратная компрессии - экспандирова-ние сигнала. На рис.4 изображена характеристика экспандирования. Видно, что уровни квантования входного сигнала соответствуют неравномерному квантованию выходного сигнала. Они равны уровням квантования входного сигнала компрессора. Совокупность операций компрессии и экспанди-рования называется компандированием.
На практике использовать логарифмический закон компрессии невозможно, так как при очень малых значениях х<1 величина 1п(х)^-ю. Поэтому применяются законы компрессии, близкие к логарифмическому закону. В частности, в цифровой телефонии широко используется так называемый ц-закон (ц-1aw) компрессии. Достоинства: отношение с/ш слабо зависит от мощности сигнала, а сжатый объём данных проще передавать по каналу связи.
Рис. 5. Сигнал на выходе экспандера. Видно, что с увеличением уровня сигнала увеличивается шаг квантования.
Рис. 6. Сегментное отношение сигнал шум при использовании компандирования.
Так как шаг квантования с увеличением уровня увеличивается то отношение сигнал/шум и для больших, и для малых значений сигнала становится близким к заданному.
Адаптивный квантователь Квантователь с постоянным шагом квантования обеспечивает большее отношение сигнал-шум по сравнению с компандированием при условии согласования его с уровнем входного сигнала. Под согласованием понимается точное соответствие шага квантования дисперсии сигнала и заданному отношению сигнал-шум. Отсюда следует целесообразность пропорционального изменения шага квантования в соответствии с уровнем сигнала. Квантователи с изменяемым шагом называются адаптивными квантователями.
Наиболее целесообразно использовать такие квантователи в случае с нестационарными сигналами, когда мощность сигнала меняется во времени. В этом случае отношение сигнал-шум мало меняется во времени, следовательно, различные фрагменты нестационарного сигнала имеют примерно одинаковый уровень искажений
в отличие от квантователей с постоянным шагом квантования.
При использовании адаптивных квантователей сигнал разбивается на отдельные фрагменты (сегменты). Каждый сегмент содержит M отсчетов. Шаг квантования Д(п) устанавливается прямо пропорционально оценке ох
среднеквадратического значения сигнала, определяемой на сегменте. Оценка ох - это корень квадратный из оценки дисперсии, которая определяется на заданном интервале времени в зависимости от степени стационарности сигнала.
п+т—1
Следует отметить, что в данном случае необходимо передавать или хранить информацию не только об отсчетах сигнала, но и о шаге Д квантования - формируется дополнительный поток данных, который объединяется с основным потоком в кодере канала связи. Но, так как оценка дх1_ меняется намного медленнее значений самого сигнала, то и информация о шаге передается с
т=п
большим периодом дискретизации, нежели об уровне сигнала. Передача данных о шаге Д[п] осуществляется через каждые М отсчетов. Следовательно, поток данных о шаге Д[п] намного меньше потока, соответствующего х(п).
Помимо увеличения отношения сигнал-шум адаптация шага квантования обеспечивает и обработку сигнала с широким динамическим диапазоном при мало изменяющемся отношении сигнал-шум.
Рис. 7. Сигнал на выходе квантователя.
Шаг квантования зависит от сегмента квантования, поэтому на приведенном рисунке не видно явных уровней квантования.
Рис. 8. Сегментное отношение сигнал/шум при использовании адаптивного квантователя.
Адаптация шага квантования позволяет увеличить значение отношения сигнал/шум, а также сделать его еще более равномерным.
Заключение
Сегментное отношение сигнал/шум при использовании разных видов квантования показывает:
• При равномерном квантовании максимальное значение отношения сигнал/шум велико, но сигналы с низким уровнем квантуются с очень малым отношением сигнал-шум.
• При использовании компандирования максимальное значение отношения сигнал-шум меньше, но при этом сигналы с низким уровнем квантуются с достаточным отношением сигнал-шум.
• При использовании адаптивного квантователя отношение сигнал- шум становится равномерным вне зависимости от уровня сигнала.
Также при использовании адаптивного квантователя уменьшается поток передаваемых данных, следовательно, снижаются скорость необходимая для передачи данных и стоимость оборудования для передачи сигнала.
Список литературы
1. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов [Электронный ресурс], -http://www.student1ibrary.ru/book/ISBN97859483632 95.html
2. Левин Е.К., Обработка сигналов звука и изображений в системах связи [Электронный ресурс], - Шр://е.ИЬ.уки.ш/ММ1е/123456789/7065
