מבוא: תפקידה של קידוד ב- Modern VoIP

קול על פרוטוקול אינטרנט (VoIP) הפך את העסק והתקשורת האישית על ידי שיחות קוליות על רשתות IP במקום קווי טלפון מכווצים מעגלים מסורתיים.אתגר הליבה בכל מערכת VoIP הופך אודיו אנלוגי - הצליל הטבעי של קול אנושי - לזרם דיגיטלי אשר יכול לנוע ביעילות על פני רשת מכושפת חבילה, ולאחר מכן לשחזר זרם זה עם מינימום עיכוב ומקובל של מגוון רחב של AIP, במיוחד, שם הוא מייצג את המורכבות הספציפית שלה, אשר פותחה, בין תכונות נמוכות, כגון קוד תגובה נמוכה, או דחיסה, אשר פותחה, בין אם זה, לבין מורכבות נמוכה, כלומר, כלומר, בין אם זה, לבין פונקציות נמוכה, לבין פונקציות (Motulation, בין אם זה, לבין פונקציות נמוכה, 000).

מאמר זה בוחן את עקרונות הדלתא Modulation, היישום שלה במערכות VoIP, את נקודות החוזק והחולשות שלו, ואת התרחישים שבהם הוא נשאר רלוונטי.We גם לחקור כיצד גרסאות הסתגלות מטפלות במגבלות הליבה ולהשוות את DM לקודים מאומצים יותר כגון G.711 ו- Opus.

תוצאות חיפוש עבור Delta Modulation

דלתא משתנה היא שיטת המרה אנלוגית-דיגיטלית המקודמת אותות המבוססים על ה-FLT:0 differenceFLT:1 בין דגימות רצופים ולא לתפוס את האמרה המוחלטת של כל מדגם.

כיצד דלתא משתנה מקודמת אות

במערכת סטנדרטית של דופק-קוד (PCM) המערכת, כל מדגם הוא קוונטי לרמה מסוימת של אמפולציה, הדורשת פיסות מרובות לדגימה. DM, לעומת זאת, משתמש ב-FLT:0one-bit קוונטית קוונטית (ראה פרק 1) התהליך פועל כדלקמן:

  1. מפענח מקומי בקודש שומר על חיזוי של אות הקלט.
  2. ה- encoder משווה את הדגימה האנלוגית הנוכחית לחיזוי זה.
  3. אם הדגימה גבוהה יותר מהחיזוי, ה-coder משדר בינארי (בקיצור:0) 1 של ההרחבה: אם נמוך יותר, הוא מעביר את ה-FLT:2'0'03.
  4. החלק המועבר מלמד את הפעמוני של המקלט לעלות או לרדת בגודל של צעד קבוע ( ⁇ ), עדכון האות המשוחזר.
  5. הפעמוני המקומי של הקודד משתמש באותה הכללה, ומבטיח קודר וקודקודש נשארים מסונכרנים.

התוצאה היא bitstream שבו כל פרט בודד מייצג כיוון של שינוי, לא ערך מוחלט.זה מפשט באופן דרמטי את החומרה של ⁇ ומפחית את שיעור הנתונים הנדרש ל-FLT:0one bit לדגימותFLT:1.

ראשי תיבות של: Step Size and Sampling Rate

שני פרמטרים שולטים בביצוע DM:

  • (ב) [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]
  • שיעור הדגימה (fs): ההרחבה 1 (Fs:FirLT:1) מספר ה bits המועבר בשנייה.שיעור גבוה יותר משפר את היכולת לעקוב אחר שינויים מהירים אך מגביר את צריכת רוחב הפס.

ב- DM קלאסי, פרמטרים אלה קבועים, יצירת קו סחר טבועה בין טווח דינמי לבין ביצועי רעש.

כיצד Delta Modulation Integrates עם מערכת VoIP

בזרם טיפוסי של VoIP, אודיו אנלוגי ממיקרופון עובר דרך ממיר אנלוגי-ל-דיגיטלי (ADC), אשר מייצר זרם דיגיטלי.כאשר DM משמש, ADC למעשה FLT:0isFLT:1 DM encoder.הזרם החד פעמי הוא ארוז לתוך חבילות על ידי ערימה VoIP (בדרך כלל RTP / RTP) ו-UDP) על פני רשת.

מכיוון ששיעור הנתונים נמוך מאוד בהשוואה ל- PCM הגולמי – לעתים קרובות בטווח של 16–64 kbps בהתאם לשיעור הדגימה – ה-packation Overhead עשוי לשלוט על רוחב הפס בפועל.עם זאת, ה-FLT:0computational Complexational Complex (FLT:1 of ⁇ ו decoding הוא מינימלי, אשר יכול להיות מכריע במערכות משובצות, מכשירים בעלי עוצמה נמוכה, או מצבים שבהם יש ל-המעבד הסופי יש מחזורים מאוד מוגבל.

בקצה המקבל, ה-DM מפענח חל על הכלל ה-up/שלב-הלמטה כדי לשחזר את ההמולה של גלפורמציה המקורית. מסנן נמוך-פס בדרך כלל מוחל על מנת לחלק את שיקום המדרגות ולצמצם את רעש הקוונטי.

החלפה של Modulation Modulation (ADPCM)

חשוב לציין כי DM הוא תת-קבוצה של משפחה רחבה הנקראת PCM שונה (DPCM) בעוד DM משתמש בגודל של צעד קבוע ו- One-bit קוונטיזציה, FLT:0.0.0.Acc-Adaptive DPCM (ADPCM) MPEG FLT:1 משתמש ב-DM-bit קוונטית יותר מאשר VOLS ו-DM-DM משותף יותר מאשר תכונות עדכניות.

היתרונות של Delta Modulation ב VoIP

למרות המגבלות שלה, DM מציע יתרונות ספציפיים לשמור על זה רלוונטי ביישומים נישה VoIP.

מורכבות נמוכה מאוד

DM ⁇ ו decoding דורשים רק קומפוטור, accumulator (integrator), וכמה לוגיקה בסיסית.אין פעולות מעודפות, אין שולחנות תצפית, ואין צורך בעיבוד מבוסס מסגרת.זה הופך את DM אידיאלי עבור:

  • מיקרו-בקרים בעלי כוח נמוך ללא מכפילים בחומרה.
  • מערכות שבהן כל מילימטר של צריכת חשמל חשובות (למשל, מכשירי קול המופעלים על סוללות).
  • עיבוד בזמן אמת בחומרה שבה CPU טעון מאוד על ידי משימות אחרות.

נמוך וצפוי לנטייה

מכיוון ש-DM פועל על בסיס ההרחבה:0 (ה-by-sample-by-sampleFLT:1 ללא מסגרות מתפתלות, העיכוב האלגוריתמי יכול להיות נמוך כמו מדגם אחד. Codecs לעתים קרובות דורשים מכווצים ראשיים המציגים 5-20 מ"מ של עיכוב.DM יכול להשיג עיכוב תת-מילימטרי השניות, אשר יקר בשתי תקשורת שבה צברו נזקי איכות.

דרישות מינימליות בנדידות

זרם DM משתמש באופן חד-משמעי בדגימה אחת.בקצב מדגם 16 kHz - החל בדיבור צר פס - קצב ה bit הגולמי הוא 16 kbps. עבור השוואה, G.711 PCM ב 8 kHz משתמש 64 kbps.יעילות רוחב הפס של DM הוא ברור, אם כי ה-Fret-off מגיע בדלנות אות.

פשטות של הטמעה

קודר וקודד הם סימטריים, אשר מפחיתים את פיתוח התוכנה ובדיקת המאמץ.כל הקודק יכול להיות כתוב בכמה עשרות שורות קוד C, ללא צורך בפטנטים או דמי רישוי.פשטות זו אטרקטיבית לפרויקטים בקוד פתוח, ניסויים אקדמיים ועיצובי חומרה מיוחדים.

גבולות ואתגרים של דלתא משתנים

אותה פשטות שגורמת ל-DM אטרקטיבית גם מציבה מגבלות קשות על איכות השמע, שלעתים קרובות הופכת אותו לבלתי מתאים ל-VIP.

המונחים: Signal-to-Noise Ratio (SNR)

קוונטית חד-ביט מציגה רעש קוונטי המתאם עם אות הקלט. כי גודל הצעד קבוע, רמת הרעש אינה מתאימה לפרשת האותות.התוצאות הללו בסימן:0poor דינמי טווח דינמית טווחFLT:1 ו- SNR שהוא נמוך משמעותית מזו של מחשבי-מבייט בדרגות דומות.

סלייפ Overload Distortion

כאשר אות הקלט משתנה מהר יותר מאשר קודר יכול לעקוב אחר שינויים קבועים צעד - כגון במהלך consonants vullosive (p, b, t, k), שינויים מהירים של נדרל, או דיבור חזק - הקוד נופל מאחורי ומייצר ייצוג מעוות שטוח, מעוות.

« רעשים חמים ב-שקט

לעומת זאת, כאשר האות הוא קרוב-constant או משתנה לאט מאוד, גודל הצעד הקבוע גורם לאות המשוחזר לצלילים המשוחזרים סביב הערך האמיתי, ייצור FLT:0granarcioFLT:1 (דברים אלה הם אנלוגיים לרעש של idle-channel במערכת companding, אך לא ניתן להפחית אותו ללא שינוי גודל דינמי.

תגובה מוגבלת

כדי להימנע מעומס מדרדרון עם תוכן גבוה, או גודל הצעד חייב להיות מוגברת (רעש גובר) או קצב הדגימה חייב להיות גדל (בקיצור רוחב פס) עבור קצת נתון, DM בדרך כלל מספק רוחב פס אודיו יעיל יותר מאשר PCM או ADPCM. דיבור פס רחב (50 הרץ עד 7 kHz) קשה להשיג עם DM בסיסי בשיעורים מעשיים.

חוסר התאמה והתערבות

בניגוד ל- G.711, G.726, או Opus, אין תקן מאומצ באופן אוניברסלי עבור DM ב-VVVIP. יישום שונה בגודל של שלב, קצב הדגימה, ועיצוב סינון שחזור.זה יוצר בעיות בין-אופרציה: שני מכשירים המבוססים על DM עשויים לא לפענח את זרמיו של זה כראוי אלא אם הם חולקים מפרט פרמטר מדויק.

החלפת דלתא (ADM) וגישות היברידיות

כדי לטפל במגבלות הליבה של DM קבוע, החוקרים פיתחו את ה-FLT:0 (ADM) דלתא משתנה (ADM) 1FLT:1 ב ADM, גודל הצעד אינו קבוע; הוא מותאם בזמן אמת בהתבסס על התבנית האחרונה של bitstream.

עקרון שלב הסתגלות

האלגוריתם הנפוץ ביותר של ADM הוא הכלל פשוט: אם ה bits האחרונים הם כולם אותו (לצביע על קודר מנסה לטפס על מדרון מהר ככל האפשר), גודל הצעד גדל.אם הפיסות משתנות לעתים קרובות (למציין את האות שטוח), גודל הצעד מופחת.לוגיקה זו ניתן ליישם עם שולחן קטן או שינוי.

ADM משיג מגוון דינמי טוב יותר ו-SNR מאשר DM קבוע, תוך שמירה על הרבה מהיתרונות הנמוכים ל-HDM. אלגוריתם ההסתגלות בגודל הצעד מוסיף רק קומץ של שערי לוגיקה או כמה שורות קוד. ADM נעשה שימוש בתקשורת צבאית, במערכות טלפון דיגיטליות מוקדמות, וכמה פתרונות VOIP קנייניים.

החלפת סלופה דלתא משתנה (CVSD)

כרך ידוע של ADM LT:0 (בקיצור:0) משתנה מאוד של Slope Delta Modulation (CVSD) FLT:1, אשר משתמש companding סימפליבית כדי להתאים את גודל הצעד למדרון הממוצע של המעטפה בדיבור.CVSD שימש ב-FLT:2U.S.S. Secure Telephone (STU-III) ו-Kaping הוא עדיין בעל מורכבות דיבור נמוכה מאוד (DPSD) ו-Creditams) הוא עדיין נמוך מאוד (DFD.com)

יישומים מעשיים של דלתא Modulation ב VoIP ו- Voice Communications

בעוד DM ו- ADM אינם הבחירה ברירת המחדל עבור פלטפורמות VoIP הזרם המרכזי (אשר מעדיפים קודים כמו Opus, G.729, או G.722), הם נמשכים בתחומים ספציפיים שבהם המאפיינים שלהם תואמים עם מגבלות מערכת.

מערכות קול של IoT ו-IoT

מיקרו-בקרים זולים בשימוש ברמקולים חכמים, בין-קולס, ומכשירים מחוברים לעתים קרובות חסרים זיכרון ומחזורי שעונים עבור רכיבי תוכנה כמו Opus. DM או ADM יכולים לרוץ על מיקרו-בקר 8 סיביות עם כמה מאות ע"י זיכרון RAM ולספק קול בלתי-סביר בקצב נמוך.

תקשורת צבאית ואקטית

מערכות קול צבאיות ערך רב עוצמה, רוחב פס נמוך ופשטות חומרה. CVSD כבר עמוד ראשי במערכות קול בטוחות פס צר מאובטח במשך עשרות שנים.הגמישות ליישם את הקודק בלוגיקה דיגיטלית אנלוגית או פשוטה על רכיבים מקרינה היא יתרון ממשי.

קול בזמן אמת בסביבה ממוקדת משאבים

כאשר נקודת קצה VoIP יש ליישם על FPGA עם ניצול לוגיקה מינימלית, או כאשר המעבד הראשי כבר רווי עם וידאו ⁇ או עיבוד רשת, טביעת הרגל של משאבים נמוכים של DM יכול לאפשר הקול להיווספו "לחינם" תרחיש זה מתרחש בעיצובים מצטברים או מסופי רדיו מרובים.

פלטפורמות חינוכיות ומחקר

דלתא Modulation היא מרכיב מרכזי במעבדת תקשורת דיגיטלית:0 קורסים FLT:1 פשטות שלה מאפשר לתלמידים לבנות קוד עבודה שלם ממרכיבים דיסקרטיים בסיסיים או בתוך פלטפורמת רדיו מוגדרת תוכנה.הבנת DM מספקת בסיס לתפיסת קוונדציה שונה מתקדמת יותר, דלה-סגמה מודולציה, וקוויפטפטים חיזוי בשימוש בקוד אודיו מודרני.

השוואות עם Common VoIP Codecs

כדי להקשר תפקידו של DM, הוא מסייע להשוות אותו עם שלושה קודים נפוצים של VoIP.

G.711 (PCM)

G.711 דגימות אודיו 8 kHz עם 8 סיביות לדגימה, מניב 64 kbps. זה מציע איכות פס צר גבוהה (MOS סביב 4.1) עם מורכבות חישובית נמוכה מאוד. DM לא יכול להתאים את נאמנותו של G.711 בכל שיעור, אבל DM יכול לפעול בשיעורי bit נמוכים יותר (למשל, 16-32 kbps) עם איכות מקובלת עבור יישומים מסוימים.

G.726 (ADPCM)

G.726 תומך בדרגות של 16, 24, 32, ו-40 kbps עם איכות טובה יותר מאשר DM באותו שיעור.זה עדיין פשוט יחסית (כמה מאות MIPS על DSP מודרני).

אופוס

Opus הוא המדינה הנוכחית של האמנות עבור VoIP, המציע פס רחב אודיו פס מלא (עד 48 kHz) עם שיעורי bit מ 6 עד 510 kbps. זה משיג איכות מצוינת בכל התעריפים אבל דורש משאבים חישוביים משמעותיים (בדרך כלל 50-200 MIPS) וקוד גדול יותר.DM הוא פקודות של גודל פשוט יותר, אבל לא יכול לגשת לאיכות או גמישות של Opus.

לסיכום, DM סוחר איכות לפשטות.זה לא מתחרה לקודקים מודרניים ב-VIP למטרות כלליות, אבל זה נשאר בחירה מעשית כאשר פשטות ומגבלות משאבים שולטים בקריטריונים העיצוב.

מסקנה: ערך הניצ'ה של טכניקה קלאסית

שינוי דלתא מייצג את אחת הגישות המוקדמות והפשוטות ביותר להמיר קול אנלוגי לתוך bitstream דיגיטלי עבור שידור רשת.חוזקות הליבה שלה - מורכבות נמוכה, עצלות מינימלית, וקצב נמוך מאוד - מאוזנים נגד חולשות טבועות בביצועים חד-משמעיים, טווח דינמי ותגובה תדירות.

במערכות VoIP מודרניות, DM כבר מושתל בעיקר על ידי קודים יותר מסוגלים כמו G.711, G.726, ו- Opus, המספק איכות אודיו גבוהה יותר באותה מידה או רק מעט גבוה יותר עלות חישובית. עם זאת, עבור הקשרים חינוכיים, עבור מכשירים אולטרה-נמוך-עוצמה מוטבע, עבור חוסן ברמה צבאית, ויישומים שבהם כל מילימטר של עיכוב וטה על ידי קוד חומר, והתאמה אישית (במיוחד DMicular) וגרסאות של קוגניפיטה (Dirdative) ו-CVal-CVal-CVal-CVal-CVal-CVal (במיוחד (D.

הבנת שינוי דלתא מספקת תובנה חשובה לגבי הפרסומות הבסיסיות של הקוליות.זה מאיר את הנתיב מ קוונטיזציה פשוטה שונה לקודים החיזוייים המתוחכמים, אשר כוח היום תשתיות התקשורת הקול הגלובליות של ימינו.כפי ש-VIP ממשיך להתרחב לתחומים חדשים - מקונסטליני לוויין ועד רשתות מרשאות ועד לאינטרנט של דברים - השיעורים של מהנדסי הידע של DM, אשר חייבים לנווט את המתח הנצחי בין איכות ורוחב רוחב פס, מציאות חישובית.

(ב) ב[[1948]], [[1952]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]