Compandificación
En telecomunicaciones y procesamiento de señales , la compresión-expansión (a veces llamada compansión ) es un método para mitigar los efectos perjudiciales de un canal con un rango dinámico limitado . El nombre es una combinación de las palabras compresión y expansión, que son las funciones de un compander en los extremos de transmisión y recepción, respectivamente. El uso de la compresión-expansión permite transmitir señales con un rango dinámico amplio a través de instalaciones que tienen una capacidad de rango dinámico menor. La compresión-expansión 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 hasta el 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 terminando con un amplificador exponencial. Un triplete de este tipo tiene la propiedad de que su voltaje de salida es proporcional al voltaje de entrada elevado a una potencia ajustable .
La cuantificación compactada es la combinación de tres bloques funcionales: un compresor de rango dinámico de señal (de dominio continuo) , un cuantificador uniforme de rango limitado y un expansor de rango dinámico de señal (de 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 compresores-expansores están diseñados para funcionar según funciones de compresión de rango dinámico relativamente simples que son adecuadas para su implementación como circuitos electrónicos analógicos simples. Las dos funciones de compresor-expansor más populares que se utilizan para las telecomunicaciones son las funciones de ley A y de ley μ .
Aplicaciones
La compresión-expansión se utiliza en sistemas de telefonía digital, comprimiendo antes de la entrada a un convertidor analógico-digital y luego expandiendo después de un convertidor digital-analógico . Esto es equivalente a utilizar un ADC no lineal como en un sistema telefónico de portadora T que implementa la compresión-expansión de ley A o ley μ . Este método también se utiliza en formatos de archivos digitales para 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 a 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. Esto es efectivamente una forma de compresión de datos de audio con pérdida .
Los micrófonos inalámbricos profesionales hacen esto porque el rango dinámico de la señal de audio del micrófono es mayor que el rango dinámico proporcionado por la transmisión por radio. La compresión-expansión también reduce los niveles de ruido y diafonía en el receptor. [3]
Los compansores se utilizan en sistemas de audio de conciertos y en algunos esquemas de reducción de ruido .
Historia
El uso de compresión-expansión 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 consiste en enviar corrientes variadas en una relación no lineal con los valores de luz de los elementos sucesivos de la imagen a transmitir y, en el extremo receptor, exponer los elementos correspondientes de una superficie sensible a una luz variada en una relación no lineal inversa a la corriente recibida.
— Patente de AB Clark
En 1942, Clark y su equipo completaron el sistema de transmisión de voz segura SIGSALY , que incluía el primer uso de compresión-expansión en un sistema PCM (digital). [5]
En 1953, B. Smith demostró que un DAC no lineal podía complementarse con la no linealidad inversa en una configuración de ADC de aproximación sucesiva , simplificando el diseño de sistemas de compresión-expansión digitales. [6]
En 1970, H. Kaneko desarrolló la descripción uniforme de las leyes de compresión-expansión de segmentos (lineales por partes) que para entonces se habían adoptado en la telefonía digital. [7]
En los años 1980 y 1990, muchos de los fabricantes de equipos musicales ( Roland , Yamaha , Korg ) utilizaban la compresión-expansión al comprimir los datos de forma de onda de la biblioteca en sus sintetizadores digitales . Sin embargo, se desconocen los algoritmos exactos, y ninguno de los fabricantes utilizó nunca el esquema de compresión-expansión que se describe en este artículo. Lo único que se sabe es que los fabricantes sí utilizaban la compresión de datos [8] en el período de tiempo mencionado y que algunas personas se refieren a ello como "compresión-expansión" mientras que en realidad podría significar otra cosa, por ejemplo, compresión y expansión de datos. [9] Esto se remonta a finales de los años 80, cuando los chips de memoria eran a menudo uno de los componentes más costosos del instrumento. Los fabricantes solían citar 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. De forma similar, las placas de expansión Roland SR-JV se anunciaban habitualmente 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", Bell System Technical Journal , vol. 27, págs. 446–472, julio de 1948.
- ^ Robert M. Gray y David L. Neuhoff, "Cuantización", IEEE Transactions on Information Theory , vol. IT-44, n.º 6, págs. 2325-2383, octubre de 1998. doi :10.1109/18.720541
- ^ Una descripción de la compresión-expansión en micrófonos inalámbricos
- ^ Patente estadounidense, AB Clark, "Sistema de transmisión de imágenes eléctricas", expedida el 13 de noviembre de 1928, asignada a AT&T
- ^ Randall K. Nichols y Panos C. Lekkas (2002). Seguridad inalámbrica: modelos, amenazas y soluciones . McGraw-Hill Professional. pág. 256. ISBN 0-07-138038-8.
compresión-expansión ab-clark pcm.
- ^ B. Smith, "Compandación instantánea de señales cuantificadas", Bell System Technical Journal , vol. 36, mayo de 1957, págs. 653–709.
- ^ H. Kaneko, "Una formulación unificada de leyes de compresión de segmentos y síntesis de códecs y compresores digitales", Bell System Technical Journal , vol. 49, septiembre de 1970, págs. 1555-1558.
- ^ "Gearspace - Ver publicación individual - ¿Por qué mi sampler de hardware suena mejor que mi sampler de software? ¡Son los mismos samples!" gearspace.com . Consultado el 25 de octubre de 2024 .
- ^ "Gearspace - Ver publicación individual - Complemento vst para Roland JV-1080". gearspace.com . Consultado el 25 de octubre de 2024 .
Enlaces externos
- Companding: Leyes logarítmicas, implementación y consecuencias
