Этот пример показывает, как сравнивать три различных способа квантования или кодирования формы сигнала дельта-модуляции (DM).
Дельта-модуляция (DM) представляет собой метод дифференциального квантования или кодирования. Кодер DM использует ошибку между исходным сигналом, подлежащим кодированию, и самим кодированным сигналом для создания дифференциально квантованного потока данных. Этот поток данных, обычно вычисленный сигнал ошибки, является сигналом с меньшей скоростью передачи битов, который может быть декодирован согласованным декодером на стороне приемника для достижения сжатия данных и, следовательно, низких скоростей передачи данных.
Линейная дельта-модуляция (LDM), непрерывно изменяемая дельта-модуляция крутизны (CVSD) и адаптивная дифференциальная импульсная кодовая модуляция (ADPCM) представляют собой способы кодирования дифференциальной формы сигнала. Каждый из них использует двухуровневые или однобитовые кодеры и может выполняться с множеством различных скоростей дискретизации или передачи данных. Кодированная скорость передачи битов обычно прямо пропорциональна частоте дискретизации входного сигнала. Например, как в LDM, так и в CVSD один бит на выборку используется для вычисления кодированного потока данных.
В LDM используется постоянный размер шага для аппроксимации входного сигнала одним битом на выборку сигнала. В кодированном битовом потоке каждый 1 бит увеличивает амплитуду на размер шага по сравнению с предыдущей выборкой декодированного сигнала. Каждый 0 бит уменьшает амплитуду на размер шага. Используя LDM, производительность кодера может пострадать из-за условия, известного как «перегрузка по наклону», когда наклон входного сигнала изменяется слишком быстро, чтобы кодер мог точно отслеживать его, например, во время высокочастотного содержимого.
CVSD представляет собой LDM с добавлением адаптивного размера шага. Регулируя или адаптируя размер шага к изменениям наклона входного сигнала, кодер способен представлять низкочастотные сигналы с большей точностью, не жертвуя при этом большей производительностью из-за перегрузки наклона на более высоких частотах. Когда наклон входного сигнала изменяется слишком быстро, чтобы кодер не отставал от него, размер шага увеличивается. И наоборот, когда наклон входного сигнала изменяется медленно, размер шага уменьшается. Детектор крутизны-перегрузки и силлабический фильтр используются совместно с модулятором амплитуды импульсов (PAM) для выполнения адаптации размера шага.
CVSD используется как в коммерческой, так и в военной связи, где требуется «платное качество» или «качество связи», однако желательны низкая сложность вычислений и низкие требования к памяти. Двумя примерами этого способа являются MIL-STD-188-113 США (16 кбит и 32 кбит CVSD) и Федеральный стандарт США 1023 (12 кбит CVSD). Кроме того, кодированные данные CVSD могут быть зашифрованы и сделаны более защищенными, что желательно для многих приложений беспроводной связи, включая речевое кодирование и аудиокодирование общего назначения.
ADPCM аналогичен CVSD, однако он обеспечивает большую точность и, следовательно, сохраненную полосу частот за счет дополнительных вычислительных требований для расчета размера шага адаптации.
Области модели показывают поведение трех методов кодирования. Первый дисплей в каждом объеме показывает исходный сигнал желтым цветом и восстановленный сигнал пурпурным цветом, который был закодирован и затем декодирован. Вы можете наблюдать реакцию каждой техники как на постоянные, так и на быстро меняющиеся области сигнала.
Поскольку LCM использует постоянный размер шага, он проявляет перегруженность наклоном, в то время как сигнал быстро изменяется, и гранулярный шум, в то время как сигнал является постоянным. И CVSD, и ADPCM уменьшают эти проблемы, используя переменный размер шага.
Для CVSD и ADPCM на центральном дисплее отображается переменный размер шага. Для всех трех способов однобитовый кодированный сигнал передачи показан на нижнем дисплее.
Проакис, Дж. Г. Digital Communications. Третья редакция, раздел 3 («Кодирование источника»). Макгроу Хилл. 1995.
Тейлор, Д. С. «Проектирование систем связи с непрерывно изменяющейся дельта-модуляцией наклона». Примечание к приложению AN1544/D. Motorola ®, Inc. 1996.
«Бесступенчатая дельта-модуляция наклона: учебное пособие». Документ приложения # 20830070.001. MX-COM, Inc., Уинстон-Сейлем, Северная Каролина, 1997 год.
Конахан, С., Альва, К. и Норрис, Дж. «Реализация цифрового речевого кодека CVSD 16 кбит/с в реальном времени на DSP с фиксированной точкой». Международная конференция по применению и технологии обработки сигналов (ICSPAT), том 1. 1998. стр. 282-286.