Подавление отраженных сигналов

Отраженные сигналы (эхо) представляют собой серьезную проблему при передаче сигналов на длинные расстояния. При телефонном разговоре сигнал, представляющий голос, доходит до приемного устройства, после чего его часть возвращается в виде отраженного сигнала. Если расстояние между передатчиком и приемником несколько сотен километров, время возврата отраженного сигнала составляет несколько миллисекунд. Ухо человека не замечает отраженный сигнал при таких небольших задержках, и качество воспринимаемого звука будет нормальным. Если расстояние значительно больше, отраженные сигналы становятся заметными и раздражающими. Время возврата эха при межконтинентальных соединениях может составлять несколько сотен миллисекунд. ЦОС борется с этой проблемой, измеряя возвращающийся сигнал и генерируя соответствующий антисигнал для подавления эха. Такой метод позволяет пользователям телефонов одновременно и говорить, и слушать без задержки звукового сигнала. Метод может применяться и для подавления шума окружающей среды, подавляя его генерируемым антишумом.

Два основных чувства восприятия человека – это зрение и слух. Поэтому большая часть ЦОС посвящена обработке изображений и звуковых сигналов. Люди слушают как музыку, так и речь. ЦОС совершила революционные изменения в этих областях.

Путь от микрофона музыканта до акустической системы любителя музыки очень долог. Цифровое представление данных в основном используется для предотвращения ухудшения, связанного с аналоговыми запоминающими устройствами и их работой. Это легко понять, если сравнить качество музыки, записанной на аудиокассете и компакт-диске. Обычно музыкальное произведение записывается в звуковой студии на нескольких каналах или дорожках. В некоторых случаях, каждый инструмент и голос исполнителя записываются отдельно. Это предоставляет звукорежиссеру большую гибкость в работе над финальным продуктом. Комплексный процесс объединения отдельных треков называется сведением фонограмм. ЦОС обеспечивает множество важных функций, необходимых пари сведении фонограмм, включая: фильтрацию, сложение и вычитание сигналов, редактирование сигнала и т.п.

Одним из самых интересных приложений ЦОС в подготовке музыки – это искусственная реверберация. Если отдельные каналы просто складываются вместе, полученный звук будет слабым и приглушенным, как если бы музыканты играли на открытом воздухе. ЦОС позволяет добавить искусственное эхо и реверберацию, чтобы имитировать различные условия, окружающие слушателя. Например, эхо с задержкой несколько сотен миллисекунд дает эффект исполнения музыкального произведения в кафедральном соборе. Добавление эха с задержкой 10-20 секунд вызывает ощущения прослушивания музыки в меньшем по размерам помещении.

Генерация и распознавание речи используется для установления связи между человеком и машиной. Человек чаще использует свои рот и уши, чем руки и глаза. Это особенно удобно, если руки и глаза заняты чем-то другим, например, вождением автомобиля или проведением хирургической операции. Для генерации речи используются два подхода: цифровая запись и имитация речевого тракта. При цифровой записи, речевой сигнал дискретизируется и хранится, обычно в сжатой форме. При воспроизведении записанные данные восстанавливаются и преобразуются в аналоговый сигнал. Целый час записанного речевого сигнала требует всего лишь три мегабайта памяти и может быть размещен даже на машинах с небольшими аппаратными ресурсами. Такой подход является на сегодняшний день самым распространенным.

Имитаторы речевого тракта значительно сложнее, так как они пытаются имитировать физический механизм, которым люди создают речь. Речевой тракт человека – это акустический резонатор с частотами, определяемыми размерами и формой полости. Звук в речевом тракте создается из двух основных компонент, названных вокализованными и фрикативными звуками. При вокализованных звуках, вибрация голосовых связок производит близкие к периодическим вибрации воздуха в ротовой полости. Фрикативные звуки порождаются при прохождении воздуха через сжатые губы или зубы. Действие имитаторов речевого тракта основано генерации цифровых сигналов, которая имеет похожие два типа возбуждения. Характеристики акустического резонатора имитируются прохождением сигнала через цифровой фильтр с подобными резонансами. Этот подход использовался в одном из успешных ранних применений ЦОС – Speak & Spell, электронном обучающем помощнике для детей.

Автоматизированное распознавание речи гораздо сложнее, чем генерация. Распознавание речи это классический пример того, что человеческий делает хорошо, а цифровой компьютер плохо. Цифровой компьютер может хранить и вызывать большое количество данных, выполнять математические расчеты с огромной скоростью и повторять одну и ту же задачу, не уставая и без потери качества. К сожалению, современные компьютеры работают плохо, когда сталкиваются с необработанными данными от датчиков. Обучить компьютер ежемесячно посылать счет на оплату легко. Научить тот же компьютер распознавать ваш голос - сложное дело. ЦОС пытается решить проблему распознавания речи в два этапа: выделение признаков с последующим сопоставлением признаков. Каждое слово речевого сигнала выделяется и анализируется, чтобы определить тип возбуждения и резонансные частоты.

Эти параметры сравниваются с записанными ранее примерами слов, чтобы найти среди них наиболее похожее. Часто такие системы ограничены одной или несколькими сотнями слов; способны воспринимать речь с отчетливыми паузами между словами; должны быть натренированы для индивидуального голоса. Эти ограничения некритичны для некоторых коммерческих приложений, однако в этой области предстоит еще большая работа.

Самый распространенный метод получения информация об удаленном объекте состоит в получении от них отраженных волн. Например, радар посылает импульсы радиоволн и принимает отраженный сигнал от воздушных объектов. В сонаре для определения подводных объектов через воду посылаются звуковые волны. Геофизики зондируют землю, производя взрывы и анализируя отраженный сигнал от залегающих горных пород. В то время как эти приложения имеют некоторое общие принципы, каждое из них обладает собственными специфическими проблемами и потребностями. ЦОС произвела революционные преобразования во всех трех областях.

Слово radar (радар) является аббревиатурой от RAdio Detection And Ranging (радиообнаружение и определение расстояния). В простейшей радиолокационной системе радиопередатчик излучает импульсы радиочастотной энергии длительностью несколько микросекунд. Этот импульс подается на передающую антенну, откуда радиоволна распространяется со скоростью света. Воздушное пространство на пути этой волны будет отражать некоторую часть энергии обратно в направлении приёмной антенны, размещенной около передающей. Дистанция до объекта вычисляется из прошедшего времени между переданным импульсом и принятым отражением. Направление на объект находят просто, так как известно, куда была направлена антенна, когда был принят отраженный сигнал.

Диапазон действия радиолокационной системы определяется двумя параметрами: энергией в начальном импульсе и уровнем шума радиоприёмника. К сожалению, увеличение энергии в импульсе обычно сопровождается его удлинением. В свою очередь, увеличение продолжительности импульса понижает точность измерения времени запаздывания. Это отражается в противоречии двух важных параметров: возможностью определения объектов на дальних расстояниях и возможностью точно определить расстояние до объекта.

ЦОС произвела революцию в трех областях радиолокации, которые все относятся к основным проблемам. Во-первых, ЦОС может сжать импульс после приёма, что приводит к лучшему определению расстояния до объекта без уменьшения рабочего диапазона. Во-вторых, ЦОС может фильтровать принятый сигнал, чтобы снизить шум. Это увеличивает диапазон, без снижения точности определения расстояния. В-третьих, ЦОС способна быстро выбирать и генерировать импульсы различной формы и длительности. Кроме прочего, это позволяет оптимизировать импульс для специфичных задач обнаружения. И самое удивительное: многие эти функции выполняются со скоростью выборок, сравнимыми с используемой радиочастотой – выше нескольких сотен мегагерц! После прихода ЦОС в радиолокацию, потребовалось как проектирование высокоскоростного оборудования, так и разработка эффективных алгоритмов.

Слово sonar (сонар)это аббревиатура от SOund Navigation And Ranging (звуковая навигация и определение расстояния). Сонары (звуковые локаторы) делятся на две категории: активную и пассивную. В активном звуковом локаторе, звуковые импульсы в диапазоне от 2 КГц до 40 КГц передаются в воду, и полученные отраженные сигналы обнаруживаются и анализируются. Использование активного сонара включает в себя: обнаружение и фиксация местоположения подводных объектов, навигация, связь, картографирование морского дна. Типичный максимальный диапазон действия составляет от 10 до 100 километров.

Пассивным звуковым локатором просто прослушивают подводные звуки, которые включают в себя: природную турбулентность, морскую жизнь и механические звуки от подводных лодок и надводных кораблей. Поскольку пассивный сонар не излучает энергии, он является идеальным для секретных операций, поскольку можно обнаружить кого-либо без того, чтобы обнаружили вас. Основное применение пассивной звуковой локации – военные разведывательные системы, которые обнаруживают курсы подводных лодок. Пассивный сонар обычно использует более низкие частоты, чем активный, так как они распространяются в воде с меньшими потерями. Диапазон обнаружения может составлять тысячи километров.

В гидролокации ЦОС произвела революцию в тех же областях, что и в радиолокации: генерация импульса, сжатие импульса и фильтрация обнаруженных сигналов. На первый взгляд, сонар проще, чем радар, потому что он связан с более низкими частотами. С другой стороны, сонар более сложен, чем радар, потому что окружающая среда намного менее однородна и стабильна. Системы гидролокации обычно включают в себя множество передающих и приемных элементов. При корректном управлении и смешивании сигналов в этом множестве элементов, сонары могут фокусировать передаваемый импульс в желаемом направлении и определять направление, откуда принят отраженный сигнал. Чтобы управлять этим множеством каналов, системы гидролокации требуют такую же вычислительную мощность массив, как и радары.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: