Companding - Companding
Dans les télécommunications et le traitement du signal , la compression (parfois appelée compansion ) est une méthode d'atténuation des effets néfastes d'un canal avec une plage dynamique limitée . Le nom est un portemanteau des mots compression et expansion, qui sont les fonctions d'un compandeur respectivement à l'extrémité émettrice et réceptrice. L'utilisation de la compression permet aux signaux avec une grande plage dynamique d'être transmis sur des installations qui ont une capacité de plage dynamique plus petite. Le companding est utilisé dans la téléphonie et d'autres applications audio telles que les microphones professionnels sans fil et l' enregistrement analogique .
Comment ça fonctionne
La plage dynamique d'un signal est compressée avant la transmission et est étendue à la valeur d'origine au niveau du récepteur. Le circuit électronique qui fait cela s'appelle un compander et fonctionne en compressant ou en étendant la plage dynamique d'un signal électronique analogique tel que le son enregistré par un microphone. Une variété est un triplet d'amplificateurs: un amplificateur logarithmique, suivi d'un amplificateur linéaire à gain variable et d'un amplificateur exponentiel. Un tel triplet a la propriété que sa tension de sortie est proportionnelle à la tension d'entrée élevée à une puissance réglable.
La quantification compandée est la combinaison de trois blocs fonctionnels: un compresseur de plage dynamique de signal (à domaine continu) , un quantificateur uniforme à plage limitée et un expanseur de plage dynamique de signal (à domaine continu) qui inverse la fonction de compresseur. Ce type de quantification est fréquemment utilisé dans les systèmes de téléphonie.
En pratique, les compresseurs sont conçus pour fonctionner selon des fonctions de compresseur à plage dynamique relativement simples qui sont conçues pour être adaptées à une mise en œuvre à l'aide de circuits électroniques analogiques simples. Les deux fonctions de compression les plus utilisées pour les télécommunications sont les fonctions A-law et μ-law .
Applications
La compression est utilisée dans les systèmes de téléphonie numérique, la compression avant l'entrée dans un convertisseur analogique-numérique , puis l'expansion après un convertisseur numérique-analogique . Cela équivaut à utiliser un CAN non linéaire comme dans un système téléphonique à porteuse T qui implémente une compression de loi A ou de loi μ . Cette méthode est également utilisée dans les formats de fichiers numériques pour un meilleur rapport signal sur bruit (SNR) à des profondeurs de bits inférieures. Par exemple, un signal PCM 16 bits encodé linéairement peut être converti en un fichier WAV ou AU 8 bits tout en conservant un SNR décent en compressant avant la transition à 8 bits et en se développant après la conversion à 16 bits. Il s'agit en fait d'une forme de compression de données audio avec perte .
Les microphones sans fil professionnels font cela car la plage dynamique du signal audio du microphone lui-même est plus grande que la plage dynamique fournie par la transmission radio. La compression réduit également les niveaux de bruit et de diaphonie au niveau du récepteur.
Les companders sont utilisés dans les systèmes audio de concert et dans certains schémas de réduction du bruit .
L'histoire
L'utilisation de la compression dans un système de transmission d'image analogique a été brevetée par AB Clark d' AT & T en 1928 (déposée en 1925):
Dans la transmission d'images par courants électriques, le procédé qui consiste à envoyer des courants variait dans une relation non linéaire avec les valeurs lumineuses des éléments successifs de l'image à transmettre, et à l'extrémité réceptrice exposant les éléments correspondants d'une surface sensible à la lumière variait en relation non linéaire inverse avec le courant reçu.
- Brevet AB Clark
En 1942, Clark et son équipe ont achevé le système de transmission vocale sécurisé SIGSALY qui comprenait la première utilisation de la compression dans un système PCM (numérique).
En 1953, B. Smith a montré qu'un DAC non linéaire pouvait être complété par la non-linéarité inverse dans une configuration ADC à approximations successives, simplifiant la conception des systèmes de compression numérique.
En 1970, H. Kaneko a développé la description uniforme des lois de compression de segments (linéaires par morceaux) qui avaient alors été adoptées dans la téléphonie numérique.
Dans les années 80 (et 90), de nombreux fabricants d'équipements musicaux ( Roland , Yamaha , Korg ) utilisaient la compression lors de la compression des données de forme d'onde de la bibliothèque dans leurs synthétiseurs numériques . Malheureusement, les algorithmes exacts ne sont pas connus, ni si aucun des fabricants n'a jamais utilisé le schéma de compression décrit dans cet article. La seule chose connue est que les fabricants ont utilisé la compression de données au cours de la période mentionnée et que certaines personnes la qualifient de «companding» alors qu'en réalité cela pourrait signifier autre chose, par exemple la compression et l'expansion des données. Cela remonte à la fin des années 80, lorsque les puces de mémoire étaient souvent l'un des composants les plus coûteux de l'instrument. Les fabricants citaient généralement la quantité de mémoire sous sa forme compressée: c'est-à-dire que 24 Mo de ROM de forme d'onde physique dans un Korg Trinity équivaut en fait à 48 Mo lorsqu'il n'est pas compressé. De même, les cartes d'extension Roland SR-JV étaient généralement annoncées comme des cartes de 8 Mo avec un «contenu équivalent à 16 Mo». Une copie imprudente de ces informations techniques, en omettant la référence «d'équivalence», peut souvent prêter à confusion.