Compansion digital

COMPANDING O COMPANSIÓN En procesamiento de señales, señales , audio analógico, analógico, telecomunicaciones telecomunicaciones y  y termodinámica termodinámica,, companding o compansión es un método aplicable a señales señales para  para mejorar la transmisión de las mismas en canales canales limitados.  limitados. Está formado por dos procesos: compresión y expansión (compressing  y  y expanding  en  en inglés inglés respectivamente,  respectivamente, de eco su nombre es un portmanteau portmanteau de  de dicos términos!.

 [ Funcionamiento [ Compresión  Artículo principal: principal: Compresor de señal 

"a compresión es un procedimiento reversible #ue reduce el rango dinámico de dinámico de la señal, de forma #ue diferencias de nivel grandes en la entrada son representadas por diferencias pe#ueñas en la salida. $n ejemplo ser%a un amplificador logar%tmico #ue enfatice las señales de baja amplitud más #ue las señales de alta amplitud. "a siguiente gráfica ilustra un compresor logar%tmico (rango de señal entre &' y ' entrada en el eje de abscisas y salida en el de ordenadas!:

) "os efectos de aplicar un compresor a una señal de amplitud variable se observan en las siguientes figuras:

*eñal original

*eñal comprimida

 [ Expansión "a expansión reali+a el proceso inverso de la compresión: restaura el rango dinámico original de la señal a partir de su versión comprimida. "a compresión se aplica antes de transmitir la señal por el canal o medio limitado y la epansión se aplica en la salida una ve+ recibida la versión comprimida para restaurar la señal original.

[ Característica de compansión "a caracter%stica de compansión vendrá dada por el tipo de señales a tratar. -or ejemplo, para señales de vo+ es necesario un rendimiento */ relativamente constante, lo #ue significa #ue la distorsión debe ser proporcional a la amplitud de la señal para cual#uier nivel de señal de entrada. Esto re#uiere una ra+ón de compresión logar%tmica. Eisten dos métodos de compresión analógicos #ue se aproiman a una función logar%tmica, y son conocidos como "ey 0u y "ey 1.

[ Aplicaciones [ Reducción de ruidos El companding se aplica en la reducción de ruidos: al almacenar señales de audio en medios magnéticos se añade un nivel de ruido a la señal #ue puede resultar molesto al reproducir pasajes de baja intensidad. 2on el objetivo de evitar esto, se comprime la señal de forma #ue se enfaticen las señales de baja amplitud antes de grabar la señal y después se epande al reproducirla de forma #ue se redu+ca el nivel de las señales enfati+adas restaurándolas a sus valores originales. 1l aplicar esta reducción, el ruido #ue a añadido la grabación magnética se reducirá también. "os procesos reales de reducción de ruidos, tales como la reducción de ruidos 3olby o db son más complejos e intervienen más factores tales como distinta enfati+ación en distintos rangos del espectro de frecuencias.

[ Cuantificación logarítmica  Artículo principal: Cuantificación logarítmica

En audio digital, la cuantificación lineal multiplica los valores reales de las muestras por un factor constante (frecuentemente una potencia de 4! y después trunca los valores, para obtener pasos de cuantificación e#uidistantes. 3e esta forma se obtiene mayor precisión en las señales de amplitud elevada #ue en las de amplitud baja (debido a #ue sus d%gitos significativos se encuentran en menor orden de magnitud!. -ara evitar el error de cuantificación en dicas señales, se puede comprimir la señal amplificando las bajas amplitudes antes de cuantificar y epandirla a la salida del sistema para recuperar la señal original. Obtenido de 5ttp:66es.7i8ipedia.org67i8i62ompansi929;n5 2ategor%as: 1udio analógico < =elecomunicaciones < *eñales y sistemas Obtenido el '>6?@64??A a las 44:B:C

Companding

Assorted References •

digital telecommunications ( in telecommunication: Quantization

)

...being represented by a sequence of eight bits. At the receiving end, the reconstituted signal is expanded to its original range of amplitudes. his sequence of compression and expansion, !no"n as companding, can yield an effective dynamic range equivalent to #$ bits. http:%%""".britannica.com%&'chec!ed%topic%#**#%companding+tabactive-chec!ed /items-chec!ed0titlecompanding1221'ritannica13nline1&ncyclopedia companding (1) In the analog world, a method for improving audio reproduction by altering the dynamic range of the signals. On outgoing transmission, it raises the amplitude of weak signals and lowers the amplitude of strong signals. On incoming transmission, it restores the signal to its or iginal form. Such techniques are used in dbx and Dolby noise reduction, !, "! and SS# radio as well as in voice and musical instrument amplification to reduce feedback. See codec. (2) In the digital world, a compression technique used in pulse code modulation $%&!'. It reduces the number of bits used to represent digital voice samples in the loudest parts of the conversation. See mu()aw, ()aw and codec.

A-Law n I*+ standard for converting analog data into digital form using pulse code modulation $%&!'. ()aw uses a companding technique that provides more quantiing steps at lower amplitude $volume' than at higher amplitude. -urope uses ()aw, while orth merica and /apan use mu()aw $0()aw'. See %&! and mu()aw.

Le A De Wikipedia, la enciclopedia libre

(4edirigido desde A2la") 5altar a navegaci6n, b7squeda 8a ley A (A28a") es un sistema de cuantificaci6n logar9tmica de seales de audio, usado habitualmente con fines de compresi6n en aplicaciones de voz humana. &st; estandarizada por la .?## y es similar a la ley @u.

Características !sicas de la "ey A • • • • • • •

&s un algoritmo estandarizado, definido en el est;ndar .?## iene una compleidad baa =tilizado en aplicaciones de voz humana  Bo introduce pr;cticamente retardo algor9tmico (dada su baa compleidad) &s adecuado para sistemas de transmisi6n C@  Bo es adecuado para la transmisi6n por paquetes Cigitalmente, factor de compresi6n aproximadamente de :#

#lanteamiento del algoritmo &ste algoritmo se utiliza principalmente para la codificaci6n de voz humana, ya que su funcionamiento explota las caracter9sticas de Dsta. 8as seales de voz est;n formadas en gran parte por amplitudes pequeas, ya que son las m;s importantes para la percepci6n del habla, por lo tanto Dstas son muy  probables. &n cambio, las amplitudes grandes no aparecen tanto, por lo tanto tiene una probabilidad de aparici6n muy  baa. &n el caso de que una seal de audio tuviera una probabilidad de aparici6n de todos los niveles de amplitud  por igual, la cuantificaci6n ideal ser9a la uniforme, pero en el caso de la voz humana esto no ocurre, estad9sticamente aparecen con mucha m;s frecuencia niveles baos de amplitud. &l algoritmo 8ey A explota el factor de que los altos niveles de amplitud no necesitan tanta resoluci6n como los baos. Eor lo tanto, si damos m;s niveles de cuantificaci6n a las baas amplitudes y menos a las altas conseguiremos m;s resoluci6n, un error de cuantificaci6n inferior y por lo tanto una relaci6n 5B4 superior que si efectu;ramos directamente una cuantificaci6n uniforme para todos los niveles de la seal. &sto provoca que si para un determinado 5B4 fiado necesitamos por eemplo #F bits usando una cuantificaci6n uniforme, para el mismo 5B4 usando la codificaci6n 8ey A necesitemos G bits, dado que el error de cuantificaci6n es menor y podemos permitirnos usar menos bits para obtener el mismo 5B4.

Funcionamiento &l algoritmo 8ey A basa su funcionamiento en un proceso de compresi6n y expansi6n llamado companding. 5e aplica una compresi6n%expansi6n de las amplitudes y posteriormente una cuantificaci6n uniforme. 8as amplitudes de la seal de audio pequeas son expandidas y las amplitudes m;s elevadas son comprimidas. &sto se puede entender de la siguiente formaH cuando una seal pasa a travDs de un compander, el intervalo de las amplitudes pequeas de entrada es representado en un intervalo m;s largo en la salida, y el intervalo de las amplitudes m;s elevadas pasa a ser representado en un intervalo m;s pequeo en la salida. &n la siguiente figura podemos verlo con claridad:

Ista figura muestra que el rango de los valores de entrada (l9nea horizontal) contenidos en el intervalo J2 1.,1.K (amplitudes pequeas) est;n representados en la salida (l9nea vertical) en el intervalo J21.F,1.FK. Eodemos comprobar que hay una expansi6n.

Eor otra parte vemos que los valores de entrada contenidos en el intervalo J2#,21,FK y J1.F,#K son representados en la salida en los intervalos J21.,2#K y J1.,#K. Eodemos comprobar que se produce una compresi6n. Cigitalmente, todo este esquema es equivalente a aplicar una cuantificaci6n no uniforme (logar9tmica) a la seal original, donde tendremos pequeos pasos de cuantificaci6n para los valores pequeos de amplitud y  pasos de cuantificaci6n grandes para los valores grandes de amplitud. Eara recuperar la seal en el destino tendremos que aplicar la funci6n inversa. Eor lo tanto, la implementaci6n del sistema consiste en aplicar a la seal de entrada una funci6n logar9tmica y una vez procesada realizar una cuantificaci6n uniforme. &s lo mismo que decir que el paso de cuantificaci6n sigue una funci6n del tipo logar9tmico. Eara una entrada  x dada, la ecuaci6n 8ey A de salida es:

, donde A es el par;metro de compresi6n. &n &uropa  A  G?.?. ambiDn se usa el valor G?.F. 8a funci6n inversa es la siguiente:

Codificación digital $editar%

Cigitalmente se aplica una cuantificaci6n no uniforme (logar9tmica) a la seal original, donde tendremos  pequeos pasos de cuantificaci6n para los valores pequeos de amplitud y pasos de cuantificaci6n grandes  para los valores grandes de amplitud. &l algoritmo A2la" digital es un sistema de compresi6n con pDrdidas en comparaci6n con la codificaci6n lineal normal. &sto significa que al recuperar la seal, Dsta no ser; exactamente igual a la original. 8a codificaci6n A2la" toma una muestra de audio de #$ bits (6 #F bits convertida a #$) como entrada y la comprime a un valor de G bits, as9: Código de entrada lineal Código comprimido

s1111111"xyza... s111111#"xyza... s11111#"xyzab... s1111#"xyzabc... s111#"xyzabcd... s11#"xyzabcde... s1#"xyzabcdef... s#"xyzabcdefg...

s111"xyz s11#"xyz s1#1"xyz s1##"xyz s#11"xyz s#1#"xyz s##1"xyz s###"xyz

donde s es el bit de signo. Eor eemplo, #1111111#1#1#### es convertido en #111#1#1 (de acuerdo a la  primera fila de la tabla), y 1111111##1#1#### es convertido en 111##1#1 (de acuerdo a la seguna fila).

&sto puede ser visto como un n7mero en notaci6n de  punto flotante con L bits de mantisa y $ bits de exponente. Adicionalmente, el est;ndar >.?## especifica que los bits pares resultantes son invertidos antes de enviar el octeto de bits. &sto es para aumentar la cantidad de bits en # para facilitar el proceso de recuperaci6n de la seal de relo del sistema en el receptor E/@. mu-Law  orth merican standard for converting analog data into digital form using pulse code modulation $%&!'. !u()aw uses a companding technique that provides more quantiing steps at lower amplitude $volume' than at higher amplitude. orth merica and /apan use mu()aw, while -urope uses ()aw. !u()aw comes from 0()aw, which uses the 1reek letter 0, pronounced 2myoo.2 See %&! and ()aw.

Le Mu De Wikipedia, la enciclopedia libre

5altar a navegaci6n, b7squeda &l algoritmo "ey &u (M2la" 6 mu2la") es un sistema de cuantificaci6n logar9tmica de una seal de audio. &s utilizado principalmente para audio de voz humana dado que explota las caracter9sticas de Dsta. &l nombre de 8ey @u proviene de N2la", que usa la letra griega N. 5u aplicaci6n cubre el campo de comunicaciones telef6nicas. &ste sistema de codificaci6n es usado en &&== y el Oap6n. &n &uropa se utiliza un sistema muy parecido llamado ley A.

Características b!sicas de la "ey &u • • • • • • •

&s un algoritmo estandarizado, definido en el est;ndar .?## iene una compleidad baa =tilizado en aplicaciones de voz humana  Bo introduce pr;cticamente retardo algor9tmico (dada su baa compleidad) &s adecuado para sistemas de transmisi6n C@  Bo es adecuado para la transmisi6n por paquetes Pactor de compresi6n aproximadamente de :#

Cigitalmente, el algoritmo ley @u es un sistema de compresi6n con pDrdidas en comparaci6n con la codificaci6n lineal normal. &sto significa que al recuperar la seal, Dsta no ser; exactamente igual a la original.

#lanteamiento del algoritmo &ste algoritmo se utiliza principalmente para la codificaci6n de voz humana, ya que su funcionamiento explota las caracter9sticas de esta. 8as seales de voz est;n formadas en gran parte por amplitudes pequeas, ya que son las m;s importantes para la percepci6n del habla, por lo tanto estas son muy  probables. &n cambio, las amplitudes grandes no aparecen tanto, por lo tanto tiene una probabilidad de aparici6n muy  baa. &n el caso de que una seal de audio tuviera una probabilidad de aparici6n de todos los niveles de amplitud  por igual, la cuantificaci6n ideal ser9a la uniforme, pero en el caso de la voz humana esto no ocurre, estad9sticamente aparecen con mucha m;s frecuencia niveles baos de amplitud. &l algoritmo 8ey @u explota el factor de que los altos niveles de amplitud no necesitan tanta resoluci6n como los baos. Eor lo tanto, si damos m;s niveles de cuantificaci6n a las baas amplitudes y menos a las

altas conseguiremos m;s resoluci6n, un error de cuantificaci6n inferior y por lo tanto una relaci6n 5B4  superior que si efectu;ramos directamente una cuantificaci6n uniforme para todos los niveles de la seal. &sto provoca que si para un determinado 5B4 fiado necesitamos por eemplo #F bits usando una cuantificaci6n uniforme, para el mismo 5B4 usando la codificaci6n 8ey @u necesitemos G bits, dado que el error de cuantificaci6n es menor y podemos permitirnos usar menos bits para obtener el mismo 5B4. Eor lo tanto N es una letra griega que se considera especial,

Funcionamiento &l algoritmo 8ey @u basa su funcionamiento en un proceso de compresi6n y expansi6n llamado compansi6n. 5e aplica una compresi6n%expansi6n de las amplitudes y posteriormente una cuantificaci6n uniforme. 8as amplitudes de la seal de audio pequeas son expandidas y las amplitudes m;s elevadas son comprimidas. &sto se puede entender de la siguiente formaH cuando una seal pasa a travDs de un compander, el intervalo de las amplitudes pequeas de entrada es representado en un intervalo m;s largo en la salida, y el intervalo de las amplitudes m;s elevadas pasa a ser representado en un intervalo m;s pequeo en la salida. &n la siguiente figura podemos verlo con claridad:

&sta figura muestra que el rango de los valores de entrada (l9nea horizontal) contenidos en el intervalo J2 1.,1.K (amplitudes pequeas) est;n representados en la salida (l9nea vertical) en el intervalo J21.F,1.FK. Eodemos comprobar que hay una expansi6n. Eor otra parte vemos que los valores de entrada contenidos en el intervalo J2#,21,FK y J1.F,#K son representados en la salida en los intervalos J21.,2#K y J1.,#K. Eodemos comprobar que se produce una compresi6n. Cigitalmente, todo este esquema es equivalente a aplicar una cuantificaci6n no uniforme (logar9tmica) a la seal original, donde tendremos pequeos pasos de cuantificaci6n para los valores pequeos de amplitud y

 pasos de cuantificaci6n grandes para los valores grandes de amplitud. Eara recuperar la seal en el destino tendremos que aplicar la funci6n inversa. Eor lo tanto, la implementaci6n del sistema consiste en aplicar a la seal de entrada una funci6n logar9tmica y una vez procesada realizar una cuantificaci6n uniforme. &s lo mismo que decir que el paso de cuantificaci6n sigue una funci6n del tipo logar9tmico. &sta funci6n viene definida de la siguiente forma:

8a letra M indica el factor de compresi6n usado (M  **). 5i M  1 la entrada es igual a la salida.

Conclusión $editar% /omo conclusi6n podemos decir que al aplicar la cuantificaci6n uniforme a la salida de la transformaci6n logar9tmica conseguiremos m;s niveles de cuantificaci6n para los valores pequeos de la amplitud de la seal de voz, y por lo tanto, m;s resoluci6n, ya que estos eran los m;s frecuentes seg7n la distribuci6n de  probabilidad de la voz. &sto nos permitir; usar menos bits que una cuantificaci6n uniforme pura obteniendo el mismo 5B4 en los dos casos.

PCM (1) See phase change memory. (2) $Plug Compatible Manufacturer' n organiation that makes a computer or electronic device that is compatible with an existing machine. (3) $Pulse Code Modulation' *he primary way analog signals are converted into digital form by taking samples of the waveforms from 3 to 456 thousand times per second $3 to 456 k7' and recording each sample as a digital number from 3 to 68 bits long. %&! data are raw digital audio samples $see sampling'. Starting With the Telcos %&! was introduced in the +.S. in the early 459:s when the telephone companies began converting voice to digital for transport over intercity trunks. In fact, 2pulse code2 comes from the telco;s method of sending a pulse or no pulse down the line. !u()aw is the common %&! telephony method for turning analog voice into a 98 .

#rocesadores Digitales de 9eales $editar% Algunos modelos de microprocesadores son optimizados para el C5E. &stos procesadores se llaman  Procesadores igitales de !e"ales. &stos realizan operaciones para el C5E m;s r;pida y eficientemente. &l C5E permite aplicaciones que no podr9an realizarse efectivamente con seales anal6gicas como, por eemplo, almacenar una pel9cula de cine en un disco compacto (CVC) o canciones en un aparato port;til (iEod).