بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهترین پارامترهای مورد توجه فرماندهان و طراحان شناورهای زیرسطحی انتقال سریع اطلاعات با کمترین انرژی در زمان کوتاه است.در شناورهای زیرسطحی انرژی در دسترس بسیار محدود و کم است،به همین علت مصرف انرژی از اهمیت بسیاری برخوردار است. شناورهای زیرسطحی برای اینکه به وسیله رادارهای دشمن شناسایی نشوند مجبور هستند در زمان کم حضور آنتن رادار در سطح آب،اطلاعات را با سرعت ارسال کنند و یا اطلاعاتی را از مرکز دریافت کنند،به همین دلیل پارامتر زمان نیز اهمیت زیادی پیدا می کند.
الگوریتم های فشرده سازی و کد کننده توانایی ذخیره سازی و ارسال صوت در پهنای باند کم و زمان کوتاه را میسر می کنند که ما را قادر میسازد اطلاعات بیشتری را در پهنای باند در دسترس ارسال کنیم.در این سیستم طراحی شده می توانیم مکالمات خدمه و اطلاعات شناور را ذخیره کنیم و در هنگام وقوع حادثه و عملیات نجات،از این اطلاعات به مانند جعبه سیاه هواپیما استفاده کنیم[1]، [2] در این مقاله با طراحی مدار فشرده ساز و کدینگ LD-CELP - کدکننده ی پیشگویانه ی خطی - محرک با تاخیر کم - - توانستیم صوت را با نرخ داده ی16 Kb/sو کیفیت مطلوب فشرده سازی،ذخیره و ارسال کنیم.
مقدمه
ارسال اطلاعات شناورهای زیرسطحی از زیرسطح آب با محدودیت هایی مواجه است.ارسال امواج از طریق آب باعث می شود اطلاعات با طی مسافت کمی میرا شوند،به همین دلیل شناورها بایستی آنتن رادار خود را به سطح آب برسانند تا بتوانند اطلاعات را بدون میرایی به مرکز ارسال کنند.[3]از سویی دیگر حضور آنتن شناور زیرسطحی روی سطح آب باعث می شود شناور توسط دشمن شناسایی شود به همین خاطر هرچه مدت حضور آنتن در روی سطح آب کم باشد،امکان شناسایی کم می شود.
برای میسر کردن این امر بایستی صورت را فشرده سازی و سپس ارسال کنیم.فشرده سازی و کدینگ باعث می شود اطلاعات را در زمان کم و در پهنای باند کمتر ارسال کنیم.ارسال اطلاعات با پهنای باند کم باعث می شود بتوانیم از پهنای باند موجود در دسترس اطلاعات بیشتری را در زمان کم از شناور به مرکز فرماندهی یا بالعکس مخابره کنیم و به این شکل هم در مصرف انرژی،هم در زمان صرفه جویی می شود.
فشرده سازی دیجیتال برای اولین بار حدود 40 سال پیش برای حفظ پهنای باند مورد استفاده در ارتباطات ماهواره ای بین المللی گسترش یافت.محدوده ی وسیعی از سیستم های فشرده سازی و کدینگ وجود دارند که در بیش از یک دهه بدست آمده و هنوز در حال پیشرفت هستند.برای مثال در سالهای اخیر تکنولوژی های دیجیتال بر روی میکروچیپ ها بهبود یافته است.از طرفی این سیستم ها الگوریتم هایی دارند که با پایه های تئوری موثر و قابلیت اجرای بالا سیستم های فشرده سازی را بهبود می بخشد.
الگوریتم های فشرده سازی
امروزه روش های کدینگ صوت متفاوتی در دسترس هستند که امکان کدکردن صوت در نرخ داده های پایین را فراهم می کنند.مزیت کدکردن صوت در نرخ داده های پایین،بدیهی است صوت کدشده نیازمند پهنای باند خیلی کمتری است.از اینرو یک سرویس دهنده می تواند چندین کانال صوتی را بر روی یک پهنای باند در اختیار گرفته شده، مالتی پلکس کند.این به معنای کاهش هزینه و مصرف انرژی همراه با افزایش کارایی است.
تکنیک های کدکنندهی پیشگویانهی خطی [5] - LPC1 -
تکنیک LPC، روشی مناسب برای کدینگ نرخ پایین صوت، در شبکه های ماهوارهای با نویز زیاد است.[6] بر اساس یک مدل پارامتری از سیگنال صوت، تکنیک LPC، یک نرخ بیتی پایین را پیشنهاد میکند - نوعا در محدودهی . - 8-16Kb/s برای دسترسی به چنین نرخ پایینی، سیگنال صوت S - x - به عنوان خروجی فیلتری که از وضعیتهای قبلی استفاده میکند و متغییر با زمان2 است، در نظر گرفته میشود؛ به گونه ای که فیلتر H - x - توسط منبع ایده آل شبه ضربه ای E - x - ، راه اندازی شود. با توجه به مطالب بالا خواهیم داشت:
سیگنال S - x - توسط ترمی پیشگو بیان میگردد. P - x - .S - x - و یک ترم خطای E - x - ، توابعی تحریک کننده هستند.
ضریب پیشگویانهی an، در بهترین حالت نمونهی تولید صوت - زمانیکه مقدار مورد انتظار برای میانگین مربع خطا - E - k - 2 - حداقل است-مشخص میگردد، که تمایل به جذب بیشترین توان منبع ضربه ای ایدهآل دارد.
مفهوم CELP
CELP یکی از تکنیکهای کدکردن مکالمه از نوع Vocoder و بر اساس LPC است که کیفیت قابل توجهی را در نرخ دادههای پایین کدینگ صوت، ارائه میدهد. ابداعات و نوآوری های بیشماری با استفاده از کدکنندههای CELP توسعه یافتهاند، کدکنندهای که برای منتخبی از سیگنالهای محرک - مانند سیگنالی که بهترین تقریب برای سیگنال S است و طبق معیار خطای دریافتی اینکد شده - ، یک کپی از دیکدرهای مرکب در پروسههای آنالیز ترکیبی است. حداقل معیار برای CELP برابر با یک بردار کوانتیزه شده با معیار یک خطای وزن دار است.کدکننده های GSM5 نمونه ای از کدکننده هایی هستند که از LPC استفاده میکنند.
کدکردن صوت در نرخ دادهی 16Kb/s با استفاده از کدکنندهی پیشگویانهی خطی محرک با تاخیر کم - LD-CELP - - طبق کامنت G.728 از استاندارد - ITU-T LD-CELP، نظریهی آنالیز ترکیبی برای جستجوی کد-بوک 6 را حفظ کرده است، نظریهای که اساس و ماهیت تکنیک های CELP است. در حالت کلی، CELP از تطابق برگشتی پیشبینیها و بهرهی مناسب، برای دسترسی به یک الگوریتم تاخیر 0/625msاستفاده میکند. در این تکنیک، تنها مشخصات کد-بوک محرک اصلاح شده، ارسال میشود و ضریب پیشگویی، با آنالیز LPCی صوت کوانتیزه شدهی قبلی، اصلاح میگردد.
اندازهی بلوک، برای دسترسی به بردار محرک7 و انطباق بهره، تنها پنج نمونه است. در این تکنیک، یک فیلتر وزندار ادراکی، با استفاده از آنالیز های LPCی صوت کوانتیزه شده، ضرایب خود را اصلاح میکند.
اینکدر LD- CELP
شکل1-6، شکل ساده شدهی یک بلوک دیاگرام اینکدر - رمز کننده - LD-CELP را نشان میدهد. سیگنال ورودی، با عبور از یک رمز کنندهی PCM8 با استاندارد A-law یا ʽ-law - از استاندارد های - ITU به فرم سیگنال PCM ، درآمده است. سیگنال تغییر شکل داده شده به PCM، به بلوکهایی از پنج نمونهگیری متوالی از سیگنال ورودی، تقسیم بندی شده است. برای هر بلوک ورودی، اینکدر هر کدام از 1024 بردار کد-بوک بدست آمده از نمونه را از بین یک واحد تغییر مقیاس بهره و یک فیلتر ترکیبی میگذراند.
1024بردار کد-بوک، در یک کد-بوک محرک ذخیره میشوند .[10] هر کدام از این بردارها، نسبت به بردارهای سیگنال کوانتیزه شده و با بردار سیگنال ورودی، مقایسه میشوند. اینکدر، یک بردار خارج از 1024بردار کد-بوک - بردارهای کد - - که هنگامی با بردار سیگنال ورودی در ارتباط هستند، کمترین میانگین مربع خطا را تولید میکند را مشخص میکند. هر کدام از 1024بردار کد،10بیت طول دارد. مشخصهی کد-بوک 10بیتی از بهترین بردار کد، باعث میگردد که بهترین وضعیت بردار سیگنال کوانتیزه شده به دیکدر منتقل شود. سپس بهترین بردار از میان واحد تعیین مقیاس و فیلتر ترکیبی، برای ایجاد حافظهی فیلتر جهت اینکدکردن سیگنال های بعدی، میگذرد.
