צורת דלתא היא טכניקה עוצמתית ויעילה להמיר אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית על ידי אופטימיזציה ההבדל בין דגימות מוצלחות ולא ערכי הדגימה המוחלט. שיטה זו הייתה אבן הפינה של מערכות תקשורת דיגיטליות במשך עשרות שנים, פרסה על הפשטות שלה וקצב נמוך.עם זאת, תצורה סטנדרטית של דלה לעתים קרובות נופלת קצרה כאשר היא מוחלת על אותות עם שינויים מהירים, דפוסים מורכבים, או תוכן ספציפי של ספקול.

The Mechanics of Standard Delta Modulation

כדי להעריך את הצורך התאמה אישית, חיוני להבין כיצד פועל מודולציה בסיסית של דלה. בצורתה הפשוטה ביותר, מאמת דלה משווה כל דגימה אנלוגית נכנסת עם ערך צפוי שנוצר על ידי אינגרה.אם הדגימה עולה על החיזוי, את קוד הפלט של "1" ומשלב את החיזוי על ידי גודל קבוע.

הפרמטרים המרכזיים הם קצב הדגימה ואת גודל הצעד. עבור אות המשתנה לאט יחסית לשיעור הדגימה, דלה מודולציה עובד באופן ראוי לציון.אבל, שני חפצים עיקריים מכים את הגישה הסטנדרטית: מדרון מעל עיוות ורעש גרניט. ⁇ ⁇ מתרחשת כאשר האות משתנה מהר יותר מאשר גודל הצעד יכול לעקוב, מה שהופך את האות המשוחזר ל- ranular מאחורי גרגרים.

Slope Overload ו- Granular Noise in Depth

מבחינה מתמטית, עומס מדרון מתרחש כאשר נגזרת אות קלט עולה על שיעור המעקב המקסימלי של המנטרולטור, נתון על ידי (שלב גודל) × (קצב דגימה) עבור רכיבים או טרנסים גבוה, הגודל הקבוע אינו יכול לעמוד.התוצאה היא אות ייצור מעוות כי זוחלת ומצמצמצמצמציינת פרטים.

שני נושאים אלה נמצאים במתח ישיר: גודל צעד גדול מקטין את עומס המדרונות אבל מחמיר רעש גרניט, בעוד שגודל צעד קטן עושה את ההפך. Standard delta Modulation כוחות a סטטי מסחר off כי הוא תת-אופטימי עבור רוב אותות בעולם האמיתי. אלגוריתמים המכס לשבור את המסחר הזה על ידי התאמת גודל הצעד או חיזוי של המאפיינים המיידיים של האות.

מדוע Algorithms הם הכרחיים עבור סוגים ספציפיים של אותות

לא כל האותות נוצרים שווים.אות דיבור יש מבנה בעל צורה צפוי וטווח דינמי מוגבל. אותות ביו-רפואיים כמו אלקטרו-קרדיגר (ECG) מכילים קומפלקסים QRS חדים ואחריו פלחי ST איטיים.זהים אודיו משתרעים על טווח תדר רחב אבל לעתים קרובות יש תקופות ארוכות של שקט. חיישנים תעשייתיים עשויים להיות חד-סטטיים עם התפרצויות מזדמנות.

סטנדרטית דלה מודולציה, עם גודל אחד בגודל של גודל, לא יכול לקודש באופן אופטימלי את כל המקרים האלה. על ידי תכנון אלגוריתמים מותאם אישית שמנצלים ידע קודם על הסטטיסטיקה של האות, מהנדסים יכולים להשיג יחס אותות טוב יותר מבחינה חשמלית (SNR) בשיעורי ביט דומים.לדוגמה, מערכת שנועדה לדיבור יכולה להשתמש בגודל של צעד שמתאים לקיצור אנרגיה, צמצום מהיר יותר במהלך מדרונות QG.

דוגמאות ל-Specific

שקול דיבור coding עבור תקשורת קולית דיגיטלית. Standard דלה מודולציה בקצב 32 kbps מייצרת עיוות חד-משמעי.אלגוריתם מותאם אישית של אלגוריתם (ADM) אלגוריתם, כגון זה המשמש קודים צבאיים קודמים, יכול להשיג איכות ליד-ל-ל-ל-ל-באט ב 16 kbps על ידי התאמה דינמית בגודל מבוסס על תבנית ה bit לאחרונה. לדוגמה, אם 3 "1" הוא רק כדי לתפוס את גודלומטר, כדי למזערי, אם הוא גבוה יותר, אם הוא גבוה יותר, אם הוא גבוה יותר, אם הוא גבוה יותר, אם הוא רק בשלב זהה, אם הוא גבוה יותר, אם הוא גבוה יותר, אם הוא גבוה יותר, כדי להחליף את גודלו של צליל גבוה יותר, אם הוא מעלה, אם הוא מעלה, אם הוא מעלה, אם הוא מעלה, אם הוא גבוה יותר, אם הוא מעלה, אם הוא נמוך יותר, אם הוא מעלה, כדי להחליף את גודלו של צעד גבוה יותר, אם הוא גבוה יותר, אם הוא מעלה, אם הוא מעלה, אם הוא נמוך יותר, אם הוא נמוך יותר, אם הוא נמוך יותר, אם הוא מעלה, אם הוא נמוך יותר, אם הוא נמוך יותר, אם הוא גבוה יותר, אם הוא נמוך יותר, אם הוא מעלה, אם הוא נמוך

עבור אותות אלקטרו-קרדיאוגרם (ECG) אלגוריתם מותאם אישית עשוי לכלול צופה המשתמש את ה-T-wave ואת P-wave מורפולוגיה כדי ליצור הערכה מדויקת יותר של הדגימה הבאה, צמצום השגיאה החיזוי ובכך את שיעור ה- bit הדרוש.מחקר הראה כי תוכניות חיזוי- delta מודולציה חיזוי כאלה יכולות לדחוס נתונים ECG על ידי גורם של 10 או יותר עם אובדן קליני.

בתחום האינטרנט של דברים (IoT) רשתות חיישן, שבו יעילות האנרגיה היא רבת ערך, מודולציה אישית דלה יכול להפחית את מספר ה bits המועברים לקריאה. חיישן טמפרטורה משתנה לאט יכול רק צריך אחד סיביות מחוון הבדל, עם התייחסות מוחלטת מדי פעם. על ידי התאמת האלגוריתם לשיעור הסחף הצפוי, המערכת צורכת הרבה פחות כוח מאשר מומר אנלוגי-לספרטי רגיל שפועל ברזולוציה מתמדת.

אסטרטגיות עיקריות לעיצוב דלתא מותאמת אישית Algorithms

פיתוח אלגוריתם מודולציה מותאם אישית כרוך שינוי אחד או יותר של רכיבי הליבה: הסתגלות בגודל שלב, סינון, רזולוציה סיבולת, וסמן עיבוד מוקדם. להלן הם האסטרטגיות היעילים ביותר בשימוש נרחב.

גודל שלב הסתגלות (ADM)

התאמת תצורה של תצורה של גודל הצעד מבוסס דינמי על זרם הפלט האחרון.גישה אחת נפוצה היא האלגוריתם Song-Gold, שבו גודל הצעד מוכפל על ידי גורם P (גדול יותר מ 1) כאשר שלושה או יותר ביטים מוצלחים הם אותו, ומפולגת על ידי גורם Q (פחות מ 1) כאשר סיביות חלופיות.

עבור סוגים ספציפיים של אותות, לוגיקה הסתגלות ניתן לייעל.לדוגמה, בקידוד הקולי, גודל הצעד יכול להיות קשור במעטפה האנרגיה לטווח קצר מופקת מהאות.הקוד קובע בלוק של דגימות, מעריך את האנרגיה, ומעביר גורם מדרג יחד עם הפיסות דלטה-מות. המקלט משתמש בגורם זה כדי לדרג את הגודל המתאים.

שינוי דלתא (PDM)

במקום להסתמך רק על אינגרה פשוטה (אשר מניח את המדגם הנוכחי שווה את הדגימה הקודמת), חיזוי דלה מודולוציה צופה מדויק יותר.החיזוי יכול להיות מסנן ליניארי כי מודלים את ההנעה של האות. עבור דיבור, חיזוי ליניארי (LP) מודל של סדר 4-10 לוכד את המעטפה המרכזית, ומאפשר לקודד לחזות את המדגם הבא עם הרבה יותר גבוה יותר של הדחיסה (D) הוא למעשה דחיסה (D) הוא מושגת הדחיסה שונה.

עבור אותות עם מבנה מחזורי ידוע, כגון אלקטרונספלוקס (EEG) עם קצבי אלפא, צופה יכול להיות מתוכנן לעקוב אחר התדר הבסיסי ואת הרמוניות שלה.שגיאה החיזוי המתקבל יש הרבה יותר נמוך amplitude ו רוחב פס, המאפשר גודל קטן יותר צעד קטן יותר ורעש מופחת.המדן coefficients עצמם יכול להיות הסתגלות (באמצעות פחות מ"מ, מערכת יחסים) או קבוע על בסיס אימון נתונים ייצוגי מופחת.

Multi-Level Delta Modulation (MLDM)

Modulation סטנדרטי דלה משתמש רק במעט על הדגימה, אשר מגבילה באופן מהותי את השיעור שבו ניתן לעקוב האות. Multi-level delta Modulation מרחיב את הפלט לשני או יותר ביטים, המייצגת מספר גדלים של צעד אפשרי.לדוגמה, מערכת 2-bit יכול לנסח גדלים של + ⁇ , +2 ⁇ , - ⁇ , -2 ⁇ , זה מקטין את המרידות על פני ללא הגדלת הדגימות, כמו גודל דיוק גבוה יותר, עם גודל דיוק גבוה יותר, עם גודל דיוק גבוה יותר.

התאמה כוללת החלטה על מספר הרמות והספא. אחיד הוא פשוט, אבל לא חד-משמעי ספאק (למשל, יומניתמי כמו ב- μ-law או A-law) יכול להתאים את התפיסה של האוזן האנושית טוב יותר עבור אותות אודיו. עבור אותות רפואיים, ספיגה יכול להיות נגזרת ההסתברות של הבדלי אמפודה למזעריים בעיוותים של טרור.

אותות עיבוד וטרנספורמציה

לפני יישום של Modulation delta, האות יכול להיות מעובד כדי להתאים טוב יותר את הנחות האלגוריתם.שלבים מתקדמים נפוצים כוללים:

  • (FLT:0) מסנן גבוה: FLT:1 הסרת סחף נמוך ⁇ או DC offset מפחית את הטווח הדינמי, ומאפשר גודל צעד קטן יותר ופחות רעש גרניט.
  • (ב) מדרש: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] , ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Wavelet או להפוך את התחום:FreaLT:1) האות ניתן לפסל לתוך תת-bands באמצעות בנק מסנן, ולאחר מכן כל תת-קרקעי הוא דלה-מתמדן עם גודל שלב שמתאים למאפיינים ספקטרליים שלה.

טכניקה נוספת חזקה היא לשלב את דלה מודולציה עם דחיסה ללא אובדן של זרם הפלט. עבור אותות עם ריצות ארוכות של ביטים חוזרים (למשל, אות כמעט קבוע), סיבולת באורך מלא או Huffman coding יכול עוד להפחית את שיעור ה bit הכולל ללא השפעה על שחזור אותות.הבחירה של עיבוד מראש הוא מתוחה עד סוג: ECG, הסרת בסיס הוא חיוני עבור מסנן גבוה;

המונחים

מעבר מהתאוריה לקוקוד הייצור דורש איזון זהיר של מורכבות חישובית, נדיבות וזיכרון. אלגוריתמים הסתגלות מציגים לולאות משוב ומשתנה מצב שיש לעדכן בזמן אמת.עבור מערכות משובצות, זה לעתים קרובות אומר יישום האלגוריתם בקידוד קבוע כדי להימנע מנקודת צף מעל.הלוגיקה בגודל הצעד, למשל, ניתן לממש עם כמה אינטגרליטורים ותנאים מתאימים, מה שהופך ענפים מתאימים עבור מיקרו-בקר.

זמן אמת-זמן Constraints

עבור יישומים כמו תקשורת קולית חיה או ניטור ביו-רפואי בזמן אמת, האלגוריתם חייב לעבד דגימות בתוך מרווח הדגימה. מסנן חיזוי מורכב עם סדר גבוה עשוי להציג שקיפות בלתי-מקובלת.פתרון אחד הוא להשתמש במבנה מסנן לקטנה כי הוא יעיל מבחינה חישובית ויעיל מבחינה מספרית יציבה. לחלופין, צופה מסדר שני פשוט יותר מספיק לעתים קרובות עבור אותות רבים.

זיכרון ותקציבי חשמל

אלגוריתמים של Modulation Custom delta בדרך כלל דורשים אחסון היסטוריה קטנה של דגימות קודמות, גדלים מדרגות וחיזוי מדינות. עבור חיישן IoT בעל כוח נמוך, טביעת הרגל הזיכרון חייבת להיות מינימלית. אלגוריתמים בגודל של צעד אחר צעד לעתים קרובות צריך רק קומץ של מסננים חיזוי RAM. חיזוי יכול לדרוש bu עבור דגימות N האחרון, שבו N הוא הסדר סינון. עבור מכשירים מופעל סוללות, מספר של פעולות ישירות עם צריכת חשמל נמוכה יותר מאשר אלגוריתם יכול להיות יעיל יותר מאשר אלגוריתם.

הצעות מסחר ו Tuning

כל בחירה עיצובית כוללת פילטרים של סחר.הגדלת מהירות הסתגלות מפחיתה את עומס יתר של מדרון אבל יכול לגרום oscillations בגודל של שלב.שימוש מסנן חיזוי ארוך יותר משפר דחיסה אבל מגביר את הרגישות ואת התדירות לשגיאות ערוץ. Multi-level ⁇ מוריד רעש גרניט אבל מעלה את קצב ה bititerion.המהנדס חייב לזהות את המדד החשוב ביותר עבור היישום: הוא SNR, bit, קצב, קצב, , , עוצמה, או עוצמה, או מהירות, או מהירות, כדי לנבאת אותות כגון, כדי להתאים את האופטימיזציה פשוטה של סמן, כגון שגיאות אינדקס, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עבור שגיאות ייצוגית, עבור שגיאות מהירות הפחתת סמן של יעילות, כמו אופטימיזציה של יעילות גבוהה יותר, כלומר, או ירידה של יעילות גבוהה יותר.

מחקרים ויישומים

אלגוריתמים של מודולציה Custom delta פורסים בהצלחה בתחומים מגוונים. להלן שני מחקרים של מקרים מאיירים.

דיבור על רדיו צבאי

בשנות ה-70 וה-80, הצבא האמריקאי השתמש ברציפות מדרון משתנה (CVSD) לתקשורת קולית בטוחה. CVSD היא תוכנית הסתגלות של דלה מודולציה שבה גודל הצעד משתנה באופן רציף על בסיס זרם bit. זה פועל ב 16 kbps ומספק דיבור לא מודע אפילו בסביבות רועשות.האלגוריתם הוא די פשוט להיות מיושם בחומרה עם ממריצים תפעוליים וריאציות קבועות של רדיו, אך ורק היום הוא לחץ על ידי לוגיקה סטנדרטית, עם רמת אבטחה נמוכה, ומכשירי רדיו, וקצת יותר, הוא לחץ על ידי לוגיקה, כאשר הוא לחץ על ידי לוגיקה קבועה, הוא לחץ על ידי לוגיקה מסוימת, כאשר הוא לחץ על ידי לוגיקה, הוא לחץ על ידי לוגיקה מסוימת, כי הוא לחץ על ידי לוגיקה נמוכה, הוא לחץ על ידי לוגיקה, עם גודלו של חומרת, עם גודלו של חומרת, עם גודלו של חומרת, הוא לחץ רדיו סטנדרטית, הוא לחץ על ידי לוגיקה, עם גודל זה היה לחץ על ידי לוגיקה, עם גודלו של חומרת סטנדרטית סטנדרטית, עם גודל זהה, כאשר הוא לחץ על ידי לוגיקה, כאשר הוא לחץ על ידי לוגיקה מסוימת, הוא לחץ על ידי לוגיקה, רק בשלב זה היה לחץ על ידי לוגיקה

ECG קומפרספרסציה על מעקב Ambulatory

לפקחי לב ללבוש צריכים לשדר או לאחסן נתונים ECG לאורך תקופות ארוכות עם צריכת חשמל מינימלית. החוקרים פיתחו אלגוריתמים סטנדרטיים דלה מודולציה מותאם אישית המנצלים את האופי quasi-periodic של מחזור הלב. גישה טיפוסית משתמשת חיזוי מותאם שנייה מסדר שני מאומן על קצב הלב של המטופל נמוך מ- 10x1 צריכת אלגוריתם נמוך יותר מאשר אלגוריתם DRAD (D) נמוך יותר מ-D) אלגוריתם טיפול ב-D.

מסקנה

אלגוריתמים של Custom delta Modulation מציעים נתיב חזק, נמוך-מורכב לסימון יעיל עבור סוגי אותות ספציפיים.על ידי מעבר לגודל השלבים הקבוע של Modulation סטנדרטית דלתא ושילוב גודל שלב הסתגלות, סינון חיזוי, קידוד רב-דרגתי, וסמן עיבוד אותות, מהנדסים יכולים להשיג שיפורים משמעותיים ב SNR, קצב סיביות, ועוצמה.המפתח הוא להתאים את הפרמטרים של אופטימיזציה של אודיו והתאמה אישית של תפקוד אודיו, כגון, כגון עיבוד אופטיקה, או יעילות אופטיקה, כגון תפקוד אופטיקה, או יעילות אופטית אבטחה אופטית, כגון, כגון עיבוד אופטיקה אופטית, או יעילות אופטיקה, כלומר, עם יעילות אופטיקה אופטיקה אופטיקה אופטיקה של מערכת אבטחה, עם יעילות של תפקוד אופטית, עם יעילות של תפקוד אופטית, עם יעילות של מערכת אבטחה אופטית, או יעילות של תפקוד אופטית של תפקוד אופטית אבטחה יעילה, עם יעילות של תפקוד אופטית, עם יעילות של תפקוד אופטית, עם תפקוד אופטית אבטחה אופטית, עם תפקוד אופטית אבטחה יעילה, עם יעילות אופטית אבטחה מודרנית, עם יעילות אופטית אבטחה יעילה, כגון אופטימיזציה אופטית אבטחה יעילה, כגון אופטימיזציה של מערכת אבטחה אופטית, כגון, כגון עיבוד אופטיקה אופטית אבטחה אופטיקה, כגון עיבוד אופטית,

(ב) ראו את המאמר (FLT:0)Wikipedia על דלה מודולוציה 1LT, סקירה מקיפה של התיאוריה וההיסטוריה. עבור טכניקות הסתגלות, הנייר הקלאסי של N.Jant על בעל התאמה מודולציה תואמים מספק תובנות יסוד (FLT:2 Jayant, 1974FLT 3).