Rata datelor este importantă în telecomunicații, deoarece este direct proporțională cu costul de transmitere a semnalului. Salvarea biților este aceeași cu economisirea banilor. Companding (com-pressing and ex-panding) este o tehnică comună pentru reducerea ratei de transmisie a semnalelor audio făcând nivelele de cuantificare inegale. După cum s-a menționat anterior, cel mai puternic sunet care poate fi tolerat (120 dB SPL) este de aproximativ un milion de ori mai mare decât cel mai slab sunet care poate fi detectat (0 dB SPL). Totuși, urechea nu poate distinge între sunete mai apropiate de aproximativ 1 dB (12% în amplitudine). Cu alte cuvinte, există doar aproximativ 120 de nivele diferite de intensitate care pot fi detectate, distanțate logaritmic pe un interval de amplitudine de un milion.

Acest lucru este important pentru digitizarea semnalelor audio. Dacă nivelele de cuantificare sunt distanțate în mod egal, pentru a obține vorbirea de calitate în telefon trebuie să se folosească 12 biți. Totuși, doar 8 biți sunt necesari dacă nivelele de cuantificare sunt făcute inegal, care se potrivesc cu caracteristicile auzului uman. Acest lucru este destul de intuitiv: dacă semnalul este mic, nivelele trebuie să fie foarte aproape împreună; dacă semnalul este mare, se poate folosi o distanță mai mare.

Companding poate fi efectuată în trei moduri: (1) rulați semnalul analogic printr-un circuit neliniar înainte de a ajunge la un ADC liniar de 8 biți; (2) utilizați un ADC de 8 biți care are pași inegal distanțați intern; sau (3) utilizați un ADC liniar pe 12 biți urmat de un tabel digital de căutare (12 biți in, 8 biți out). Fiecare dintre aceste trei opțiuni necesită aceeași neliniaritate, dar într-un alt loc: un circuit analogic, un ADC sau un circuit digital.

Două standarde aproape identice sunt utilizate pentru companding curbe: legea μ255 (numită și legea Miu), utilizată în America de Nord și legea "A", utilizată în Europa. Ambele utilizează o neliniaritate logaritmică, deoarece aceasta convertește distanța detectabilă de urechea umană într-un spațiu liniar. În formă de ecuație, curbele utilizate în legea μ255 și în legea "A" sunt date de:

Figura 22-7 prezintă aceste ecuații pentru variabila de intrare, x, fiind între -1 și +1, rezultând variabila de ieșire presupunând de asemenea valori între -1 și +1. Ecuațiile 22-1 și 22-2 gestionează numai valorile pozitive de intrare; porțiuni ale curbelor pentru valori negative de intrare se găsesc prin simetrie. După cum se arată în (a), curbele pentru legea μ255 și legea "A" sunt aproape identice. Singura diferență semnificativă este aproape de origine, prezentată în (b), unde legea μ255 este o curbă netedă, iar legea "A" trece la o linie dreaptă.

Figura 22-7 Operația de companding a curbelor.

Legea μ255 și legea A de aplicare a operației de companding curbelor sunt aproape identice, diferind numai lângă origine. Operația de companding crește amplitudinea când semnalul este mic și o descrește când acesta este mare.

Producerea unei neliniarități stabile este o sarcină dificilă pentru electronica analogică. O metodă este folosirea relației logaritmice între curent și tensiune pe o joncțiune pn de diodă, și apoi adăugați circuite pentru a corecta deviația de temperatură neplăcută. Majoritatea circuitelor companding iau o altă strategie: aproximează neliniaritatea cu un grup de linii drepte. O schemă tipică este aproximarea curbei logaritmice cu un grup de 16 segmente drepte, numite corzi. Primul bit al ieșirii de 8 biți indică dacă intrarea este pozitivă sau negativă. Următorii trei biți identifică care din cele 8 corzi pozitive sau 8 negative este utilizată. Ultimii patru biți sparg fiecare coardă în 16 incremente egal distanțate. Ca în cazul celor mai multe circuite integrate, cip-urile companding au scheme interne sofisticate și brevetate. Mai degrabă decât să vă faceți griji cu privire la ceea ce se întâmplă în interiorul cipului, acordați cea mai mare atenție pinilor și fișei cu specificații.

Secțiunea următoare: Sinteza și recunoașterea vorbirii