הבנת יסודות של שינוי דלתא בעיבוד אותות דיגיטליים

צורת דלתא היא טכניקה בסיסית בעיבוד אותות דיגיטליים הממירים אותות אנלוגיים לייצוג דיגיטלי על ידי ⁇ רק את השינויים בין דגימות מוצלחות. גישה זו עומדת בניגוד למודולציה קוד הדופק המסורתית (PCM), אשר מאמת את האמפולציה המוחלטת של כל דגימה.על ידי התמקדות בהבדל - או דלה - בין דגימות, מודציה מפחיתה באופן דרמטי את שיעור הנתונים הנדרש לאחסון ו, מה שהופך אותו במיוחד עבור ביצועים דיגיטליים, כמו גם עבור תפקודים, כגון, כגון, כגון, כגון תפקודים סטנדרטיים, כגון, כגון, מערכת מסחר רגיל, אך ורק, אך ורקמות, אך ורקמותקסטרולציה דיגיטלית, אך ורק, כולל מורכבות, כולל, כולל מורכבות, אך ורקמות, אך ורק.

מה זה Delta Modulation?

דלתא מודולציה (DM) היא טכניקה גלימה המייצגת אות אנלוגי כמו זרם בינארי של 1s ו 0s, שבו כל חלק מציין אם האות גדל או ירד יחסית לדגימה הקודמת משוחזרת. במקום לשדר את הערך המלא של אמפולדה בכל רגע דגימה, DM משדר רק את הסימן של ההבדל.

הרעיון הבסיסי חוזר בשנות ה-40 וה-50, כאשר החוקרים חיפשו חלופות פשוטות יותר למחשבי PCM עבור מערכות תקשורת צבאיות.המודולטורים הראשונים של דלה נבנו באמצעות רכיבים דיסקרטיים - משווקים, פולשים, ופספים - ועד מהרה מצאו שימוש בקישורים קוליים מאובטחים ותקשורת לווינית מוקדמת.

המונחים: Pulse Code Modulation

(ב) ב- PCM סטנדרטי, כל מדגם הוא מתואר כ-FLT:0.NFLT:1 ביטים, ומייצר שיעור קטן שווה ל-FLT:2N × feloFLT 3sFLT:4sFLT:5, ואילו פשטות של פשטות, כאשר LT 6FLT 7subves LT 9 הוא מספר LT3, לעומת זאת, לעומת זאת, 000 , 000 ).

כיצד פועל דלתא

ממודולת דלתא מורכבת משלושה אבני בניין עיקריות: קופרטור, קוונטין, ואינטגרטור.ניתן לתאר את התהליך צעד אחר צעד כדלקמן:

1. (ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב) ויקרא י"ד): "ה'" (בראשית כ"ד)
2. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
3. (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב)' (ב)', ב')', ה'', ה''', ה', ה') הוא 'ה' (ב') או'.
4. (ב) ויקרא י"א: "בְּהַּהֲבֹה אֱלֹהִים אֲשֶׁר נָתַהֲבָר" (במדבר כ"ד) או ⁇ (אם אִם יְהַבְּבְתָּעָעָעָשִׂיתָּׁעָעָעָעָעָעָתוֹ"ל).
5. (ב) ויקרא י"א): "התב" (בראשית כ"ד): "ה' (ב) הוא בורא עולם, כ') ויקרא י"ד, כ"ד)
6. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מבחינה מתמטית, הפעוט במקלט פשוט משלב את הזרם בינארי באמצעות אותו גודל שלב כדי לשחזר את התוספת של הגלום המקורי.המערכת היא בעצם לולאת משוב מסדר ראשון, אנלוגי למודולטור דלה-סיגמה ללא מסנן עיצוב רעש.

התפקיד של Integrator ו- Quantizer

האינטגרטור פועל כזיכרון לטווח קצר, אחסון הערך המשוחזר האחרון.דיוקו קובע ישירות כיצד המערכת עוקבת אחר הקלט. a-step קוונטית מציגה קופה מסחר: גודל גדול שלב מאפשר למנטר לעקוב אחר שינויים מהירים אך מגביר את רעש הקוונטי (רעש אגררי), בעוד שגודל צעד קטן מקטין רעש, אך יכול לגרום לעומס על פני כאשר אותותיו של ה-FLTs: 0 ⁇ s: 1:1.

היתרונות של Delta Modulation

• (FLT:0) חומרה פשוטה: FLT:1 רק קופרטור, אחד-bit קוונטין, ו a integrator (לעתים קרובות מעגל RC פשוט) נדרשים.זה הופך את DM אידיאלי עבור חסכוני נמוך, הטמעה בעוצמה נמוכה במערכות משובצות וחיישנים מרוחקים.
• (FLT:0)Low bitreave: 1 משום שכל דגימה מקודמת לקצת אחד, רוחב הפס הנדרש יכול להיות הרבה יותר נמוך מזה של PCM עבור אותו קצב דגימה.
• (ב) כי כל חלק מייצג שינוי יחסי, טעות אחת לא משחיתה את הגודל המוחלט; השגיאה מוגבלת לגודל אחד של צעד ושפל בהדרגה בשל האופי הדביל של הטור.
• (FLT:0 ביצועים טובים עבור אותות משתנים לאט לאט:FreaLT:1 אותות כגון קול (עם מרכיבים דומיננטיים נמוכים ⁇ ) ניתן לקודד עם נאמנות מקובלת בשיעורי דגימה נמוך כמו 32 kHz.
• (FLT:0) קידוד שונה: FIRLT:1) הפלט הוא כבר אות שונה, אשר יכול להיות יתרון כאשר הוא נתקל קווי שידור מסוימים או אמצעי הקלטה.

מגבלות של Delta Modulation

למרות האלגנטיות שלה, מודולציה בסיסית דלה סובלת משני סוגים עיקריים של עיוות המגבלה את הביצועים שלה: מדרדרון עומס יתר עיוות ורעש גרניט.

סלייפ Overload Distortion

עומס סלייפ מתרחשת כאשר אות קלט משתנה מהר יותר מאשר המנטר יכול לעקוב אחר המצב ניתן על ידי:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אם המדרונות המיידיים של האות עולה על המדרון המקסימלי כי הממודולטור יכול לעקוב ( ⁇ per sampling המרווח), הגלום המשוחזר מאחורי, לייצר פלט שטוח או מעוות.זה בעייתי במיוחד עבור רכיבים גבוהים או transients. כדי להימנע מעומס יתר על פני המדרונות, מעצבים חייבים להגדיל את קצב הדגימה (אשר מעלה) או להגדיל את הגודל (אשר מגביר את רוחב הפס הנפוץ ביותר של חמש פעמים של רעש).

ניו יורק Noise

רעש גרנורי - המכונה גם רעש ערוץ - קורה כאשר אות קלט הוא קבוע או משתנה לאט מאוד. בהיעדר קלט משתנה, המנטרל מתכווץ בין + ⁇ ו מדרגות ⁇ , ומייצר תנודות נמוכה של דגימה נמוכה סביב הערך האמיתי.זה תוצאות ברעש יציב שיכול להיות udable ביישומים קוליים.

סתירות טבועות אלה הובילו לפיתוח של טכניקות הסתגלותיות אשר להתאים באופן דינמי את גודל הצעד בהתבסס על פעילות אות קלט, ובכך לנסח את הסחר בין עומס יתר לרעש גרניט.

הגבלות אחרות

• דרישות ריבית גבוהות: (FLT:0) דרישות ריבית גבוהות: גם עם תוכניות הסתגלות, DM לעתים קרובות דורש oversampling (שיעורי דגימה גבוה מעל קצב Nyquist) כדי להשיג SNR מקובל, במיוחד עבור אותות פס רחב.
• (ב) ⁇ :0) עיצוב נעדר: FLT:1hil בניגוד למודולציה דלה-סגמה, DM פשוט לא דוחף רעש קוונטי לתדרים גבוהים יותר, כך שהרעש מופץ באופן אחיד על פני פס הבסיס.
• (ב) כרך הדינמיקה:0) ,5101, גודל הצעד הקבוע מטיל גבול קשה על סמך האות המקסימלי שניתן לעקוב אחריו באופן ליניארי.

ניתוח ביצועים ו-SNR

(ב) ניתן להסיק את יחס הסימון של דלה (ה) על פי הנחות מסוימות (לדוגמא: 1) ל) ל"התביעה" (ב) ל"התב" (ב) ל"התורה" (ב) ל"התורה" (=2fential) ל"ד:5, תנאי למניעת עומס יתר הוא:

(ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ה) ,הדגשה על כך שכל שיעור ה-SNR עולה ב-9 dB – הרבה יותר מהר מ- PCM 6 dB לקצת יותר.עם זאת, ה-SNR של DM תלוי במידה רבה ביחס ל-FLT:0fFLT:1s, אלא אם כן הוא ממריץ את שיעור ה- 2FLT 3/FLT:4FLT:5 LT:5 ⁇

בפועל, שיעור הדגימה 64 הרץ עם גודל קבוע של שלב מניב בערך 20-25 dB SNR עבור אותות קוליים, מקובל על דיבור באיכות נמוכה, אבל רחוק ממה PCM מספק (בדרך כלל 35-40 dB עבור 8 סיביות קוונטיזציה). מסיבה זו, DM בסיסי משמש לעתים רחוקות היום למעט יישומים נישה; עם זאת, צאצאיו ההסתגלות נשארים חשובים.

המונחים: Delta Modulation

שינויים רבים של תוכנית DM הבסיסית פותחו כדי להתגבר על המגבלות שלה, בעיקר התאמת דלאטה מודולציה ומודולציה קוד הדופק שונה.

החלפת דלתא (ADM)

במודולציה אדפטיבית, גודל הצעד הוא מגוון בזמן אמת בהתבסס על ביטים ההצלחות של זרם הפלט.אלגוריתם משותף (למשל, פארקי סונג או המדרון המשתנה ברציפות דלה מודולטור, SD) מגביר את גודל הצעד כאשר ביטים רצופים הם אותו (למציין אות משתנה במהירות), ומפחיתים אותו כאשר מעטות (בטווח משתנה יחסית ל-DVolope) הוא רק משתנה באופן קבוע (DDRDVicic) ו-DVolope) הוא רק ב-DVolope).

שינוי קוד הדופק (DPCM)

DPCM מאמת את המודולציה על ידי קביעת השגיאה החיזוי לחתיכות מרובות ולא מעט אחד.על ידי שימוש ב- Multi-level קוונטיizer, DPCM משיגה גבוה יותר SNR עבור שיעור דגימה נתון, אבל במחיר של שיעור קטן מוגבר. aDPCM, הוא סטנדרטי ב ITU-T G.721 ומשמש באופן נרחב ב-Fphony CM יכול להיות משופר עבור טיפול רזולוציה קלאסית של XFal-Fal-Fal-Fal: ADDFal-Fal-D.

דלתא-Sigma Modulation

דלתא-sigma Modulation ( ⁇ ) הופך את סדר האינטגרטור ו- קוונטין בלולאה משוב. בעוד DM משלב את האות המשוחזר לאחר ההיערכות, ⁇ משלב את השגיאה לפני הזיהוי.שינוי העדינה הזה מאפשר ⁇ לדחוף את הרעש הקוונטי לתאריכים גבוהים (עיצוב ⁇ ), מה שהופך את הטכניקה המועדפת על המרת האנלוגי-ל-ל-ל-ד-היסטורי.

תוצאות חיפוש: Delta Modulation

למרות ש-DM הבסיסי משמש לעתים רחוקות במערכות נאמנות מודרניות, עקרונותיו וצורות הסתגלות מופיעים ביישומים מעשיים רבים.

• (FLT:0) תקשורת: אנדרט 1 (קודי CVSD) מוטבעים בראשי Bluetooth, טלפונים ללא חוטי דם, ומסופי קול מאובטחים צבאיים "STU-III" (שיעור ה bit rate (בדרך כלל 16–32 kbps) הופך את DM אטרקטיבי עבור ערוצים צרים.
• (FLT:0) טלמטרי וחישה מרחוק: אנדרט 1 (Salph 1) לוויינים ומערכות AV טלמטרי לעתים קרובות להשתמש DM או ADM בגלל הפשטות של המקודש וצריכת הכוח הנמוכה הנדרשת לשידור למרחקים ארוכים.
• (FLT:0) הקלטה אודיו של אודיו דיגיטלי: FLT:1 מוקדם רשומות דיגיטליות מוקדם (למשל, Sony PCM-F1 השתמש בצורת של דלה מודולציה ב 352 kbps) וכמה פורמטים מקצועיים העסיקו תוכניות דמוי DM לפני PCM הפך דומיננטי.
• (FLT:0) מערכות ניטור: 1.FLT:1 רבים בקרים PID וקודמי מנוע משתמשים קודקודים מצטברים המייצרים רכבת הדופק דלה-מתמדת.התפוקה שקודמת באופן טבעי שינויים במיקומים במקום עמדה מוחלטת, מפשטת הבחנה דיגיטלית.
• (ב) תועדות:0 (ב) חיישנים ביו-רפואיים בלתי ניתנים להחלפה עבור אותות עצביים משתמשים לעתים במודולציה דלה כדי להשיג דחיסה גבוהה עם שטח מעגלים מינימלי, כפי שתואר ב-FLT:2ScienceDirect: Delta Modulation ביישומים ביו-רפואייםFLT:3 .

מסקנה

צורת דלתא מייצגת מסחר קלאסי בין פשטות וביצועים בעיבוד אותות דיגיטליים.תוכנית הקידוד הבודד שלה מציעה ירידה רוחב פס רדיקלית ומורכבות חומרה מינימלית חומרה, מה שהופך אותו לבחירה מצוינת עבור יישומים שבהם וריאציות אותות צנועים או היכן מגבלות כוח שולטות.עם זאת, הבעיות הטבועות של מדרדרון רעש גרפיטי מגבילות את נאמנותו, מה שגורם להתפתחות של גרסאות הסתגלות ורב-דרגות שישמרנות שישמרנות, אשר שומרות את הפילוסופיה השונה באופן דרמטי יותר.

כיום, הצאצא הישיר של DM -דלטה-sigma Modulation - משמרות כעמוד השדרה של המרה ברזולוציה גבוהה אודיו, כלי תקשורת.הבנת תצורה ובכך מספק לא רק נקודת מבט היסטורית אלא גם בסיס לתפיסת קוץ שונה מתקדם יותר וטכניקות oversampling. עבור מהנדסים וסטודנטים עובדים עם מערכות תקשורת דיגיטליות, יסודות של DM נשאר חיוני של חלק חיוני של כלי מדידה שונה.