Adaptif Delta Modulation
Adaptif delta modulation (ADM) modern sinyal işlemedeki temel bir teknik olarak duruyor, böylece iki temel sorunu azaltın: eğim ve frekans özellikleri zamanla önceden tahmin edilemez hale gelir. Sabit adımlı delta modulation, ADM dinamik olarak giriş sinyalinin davranışının yanıtlanması için ölçümleme boyutunu ayarlar, böylece iki temel sorunu azaltın: aşırı gürültü ve kıvrım.
İletişim ağları sürekli geniş bant genişliğine itiyor gibi, son sinyal aktivitesine dayanan bu adımın boyutunu kodlamak için bir sinyale sahip olmak, ADM, bu değişken sinyal koşulları altında kalmaya devam eden ADM sistemleri, yalnızca başarı örnekleri arasındaki farkı işaretleyerek elde eder – bir tane-bit ölçümleme-sonuçlu uygulama.
Delta Modulation
Adaptif bir değişkeni uygulamadan önce, Nyquist frekansının üzerinde bir oran iyileşir.Koleksiyon (DM) programından bir yeniden inşa edilen sürümle ilgili olarak, girişin yukarıda veya aşağıdaki tahminin altında olduğunu gösterir: +[D)[Döneticileri]], [[Döneticileri]] ile ilgili olarak, [[Dönder.
Bu basit yapı oldukça basit bir donanım uygulaması sağlar - sadece bir hesaplama, bir bütünleme (veya ayrık zamanlı olarak) ve bir tek işaretli akış akışı. ancak sabit adım boyutu küçük bir değişiklik sırasında gerçek sinyal etrafında salınımlar yaratırsa, sistem sinyalde hızlı değişiklikler takip edemez, [[0|yaplı kanala)[Dönder:0)[Dönemli bir adıma kadar yüksek bir adıma bağlıdır.
Bir sinüsoidal giriş için:0)x(t) = A sin( ⁇ t)[DÜDÜT:1)[DÜye Olmayanlar İçindekiler:2) Bir ⁇ [DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar İçindekiler İçindekiler İçindekiler İçindekiler) Bu Sıklıktalar İçindekiler (Dönergeler)
Delta Modulation'da Adaptiviteye İhtiyacı
Gerçek dünya sinyal koşulları dramatik bir şekilde değişir. Bir konuşma sinyali yüksek enerjili ses segmentler (vowels) ve düşük enerjili fatura segmentleri (fricatives) ile anlık bir krişiğe dönüşebilir. Radar geri döner ve tüm bu durumlarda, sabit bir adım boyutu ya da sinyal veya atık bant genişliğini azaltır.
Adaptif delta modulation, giriş veya çıkış bit akışını takip ederek ve gerçek zamanlı olarak adım boyutunu ayarlayarak bunları adresliyor.Ana bilgi basittir: modülcüler genellikle ( + 1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1) olarak, şu anki adımın çok küçük olduğunu gösteriyor -slope aşırı yüklemesi çok yakın.
Adaptif mekanizma ya da alıcıda ya da her ikisinde de uygulanabilir. En pratik sistemlerde, adaptasyon kuralı, encoder ve decoder arasında seçim yapılır, adım büyüklüğü hakkında yan bilgileri iletme ihtiyacını önlemek için.Bu, küçük bir kanal olarak tutar, delta modulation'ın temel avantajını korur: basitlik ve düşük veri oranı.
Adaptive Delta Modulation İlkeleri
Güçlü bir ADM sistemi tasarlamak üç sıkı çift alt sistemi içerir: adım büyüklüğü kontrol, hata algılama ve adaptasyon algoritması. Her biri, geniş dinamik bir aralıkta istikrarlı, düşük devretme işlemine ulaşmak için dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır.
Adım Boyut Kontrolü Mekanizmaları
Adım büyüklüğü kontrolörü, gözlemlenen sinyal davranışına yanıt olarak 345 değişikliklerin nasıl yapıldığını belirler. Erken ADM sistemleri basit bir çok açıklanmış bir kural olarak kullanılır: aynı işaretin üç ardışık bitleri tespit edilirse, adım büyüklüğü bir faktör tarafından çarpılır:0)K (tipik olarak 1.5 veya 2); eğer bir değişkenlik şekli gözlemlenirse, adım büyüklüğü anlamlılık ve sağlamlığı nedeniyle kullanılır.
Daha sofistike kontrolörler tahmin edilen hatanın büyüklüğüne göre sürekli adaptasyonu çalışır. Örneğin, adım büyüklüğü giriş örneği ile yeniden yapılandırılan sinyal arasındaki mutlak farkın bir işlevi olarak hesaplanabilir.Bu yaklaşım geçici aşırı yüklemeyi azaltabilir, ancak çok basit veya göz ardı edilebilir bir masaya ihtiyaç duyar.
Hata Tespiti ve Yeniden Yapın
ADM'de, "terör" açıkça aktarılmıyor; bu, kanaldaki bazı hataları yeniden yapılandırıyor - imzalanmış adımların tümünün takip etmesi için sinyali yeniden yapılandırıyor.ADM sistemleri, bir sızıntı veya mekanizmanın doğruluğuna bağlı olarak kanala uyum sağlar.
Adaptasyon Algorithms
Çeşitli adaptasyon algoritmaları geliştirilmiştir, her biri belirli güçlülerle:
- [FONT=0]Song'un Algoritma[DÜDÜT:1)[Dönetici: Son derecelere dayanan bir bellek kaydı kullanın.[Dönetici:0)N[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar İçin Ortak Değerler[DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.
- [FONT=0) PID Control ile mükemmel bir adaptasyon): Doğrusal bir denetim kullanarak adım boyutunun güncelleştirilmesi, anlık hataya uygulanan doğru yapılan doğru bir şekilde adaptasyon sağlar.This provides very correct adaptasyon but requires careful setting of kats.
- [FONT=0)Window-Based Adaptasyon[[Dönetici: Son bitlerin kayar bir penceresini test edin ve aynı anda biraz değiştirme oranına dayanan adım boyutunu hesaplar.Bu, jitter'i gürültülü ortamlarda azaltabilir.
- [FONT:0) Tahmin edici Adaptive Step Boyutu[Dönetici:)[Dönetici:) Doğru eğimin kısa vadeli bir tahmincisi, adım boyutunu önceden ayarlaması için sinyal eğimi kullanın. Bu, geçiciler sırasında eğim aşırısını azaltabilir, ancak hesaplamayı ekler.
Çoğu ticari ADM kodcular (örneğin, Bluetooth veya DECT'deki konuşma için) küçük bir YZT ile sürekli faktör kuralının bir çeşidini kullanır:0)K) ve üst / alt düzeydeki bir büyümenin önlenmesi için.
Değişken İşaret Koşulları için Adaptif Algoritmaları Uygulamayı Uygulayın
ADM için uygulama kararları hedef platformu etrafında dönüyor - özel olarak entegre devre (ASIC), alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA), veya dijital sinyal işlemcisi (DSP) - mümkün olan geç kalmış ve enerji bütçesi gibi.
Algorithm Selection Kriterleri
DSP tabanlı uygulamalar, PID kontrol veya pencere tabanlı analiz gibi karmaşık adaptasyon mantığını destekleyebilir, çünkü yüzen bir arithmetic kolayca kullanılabilir. ancak ultra-düşük güç cihazları için (örneğin, işitme cihazları, IoT sensörleri), tam anlamıyla bir çok tutarlı bir algoritma tercih edilir.
Latency başka bir anahtar faktördür. Gerçek zamanlı ses iletişim talepleri 20 ms altında son gecikmedir. ADM'nin doğal bir tek-sample gecikmesi minimumdur, ancak adaptasyon algoritması, gecikmeli adım boyutunun arttırılmasına yönelik boru hatları aşamalarını tanıtmamalıdır.
Gerçek- AdaptTimeation Strategies
İki temel strateji, adım boyutunun hesaplanması için var:0)t.reshold-based) ve |önergeleyici) için, bir lineer tabanlı sistem, bir sonraki numunenin eğime karşı miktar değerlerini karşılaştırır; bu şekilde aşılırken, adım boyutunun hızla azaltılması gerekir, ancak bir eğimli değişikliğin modeline cevap vermek için yavaş olabilir.
Ses sinyalleri için, yaygın olarak kabul edilen bir yaklaşım, sürekli faktör kuralı ile ilk sipariş öngörür. tahmincü bir sonraki örneği tahmin eder ve adım büyüklüğü, rezistif olarak yapılan hataya göre uyarılır.Bu formlar a Adaptif olmayan bir abi-code modulation (ADPCM), çok-bit niceleştirme kullanan yakın bir akraba.
Donanımı Değerlendirme
ADM'nin uygulamaları, 1 MHz'in üzerindeki örnekleme oranlarında çalışabilir, geniş bant sesine uygundur. eleştirel yol genellikle çok basit bir tablo kullanarak çok basit bir tabloyu kullanarak, çok basit bir şekilde iki ölçeklendirme faktörü seçebilir ().K = 1.5 - 3/2, geçiş yoluyla uygulanan)
ASIC tasarımında, adım büyüklüğü kayıt ve adaptasyon mantığı çok az kapı tüketiyor - tam bir ADM koduc için 500'den daha az kapı – en alan verimli sıkıştırma yöntemlerinden biri haline geliyor. Power tüketimi ses-band oranlarında birkaç mikrowatt kadar düşük olabilir.
Performans Metrikleri ve Ticaret-Offs
ADM sisteminin performansı sinyal-to-noise oranı (SNR), biraz hız ve dinamik aralığı kullanılarak değerlendirilir. Ancak, perceptual metrics (e.g., konuşma için fikir puanı anlamına gelir) genellikle hedef SNR'den daha fazla önemli.
Signal-to-Noise Oran vs. Bit Rate
ADM, örnek olarak biraz çalışır, bu yüzden örnek bir örnekleme frekansı için:0)f s), biraz oran eşitler:2.| s[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)[Dört S][D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D S S D S S S D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D S D D D S D D D D D D S D D
Konuşma için, 32 kHz'de tipik bir ADM sistemi örneği, bu nedenle biraz kısıtlanmış kanallar için cazip hale gelir.For Karşılaştırma için, standart PCM konuşması 64 kbps'de dB SNR. ADM bu nedenle biraz kısıtlanmış kanallar için caziptir.
Slope Overload vs. Granular Gürültü
Adaptasyon algoritması bu iki bozulmaları dengelemelidir. Çok fazla agresif bir adım artışı eğimi azaltır, ancak daha kötü bir şekilde sabit olmayan bir algoritmaya bağlıdır.En iyi nokta, sinyalin amplitüd dağılımına bağlıdır.In practice, tasarımcılar maksimum adımı güvenlik marjı ile örtmeye karar verir ve en az adım büyüklüğü küçük olmayan bir nonzero değerindeki gürültüyü sürükleme bağlıdır.
Yelpa aşırı yüklemelerini azaltmak için Önlemler, daha önce düzgün geçişlere "hafız" bir adım daha kullanmak ve büyük bir adımın gerekli olduğunu tahmin etmek için encoder'da bir adım atmak.
Stability and Convergence
ADM sistemleri, adım boyutunun sınırsız çok büyük büyüdüğünde veya encoder ve decoder sürüklenmeyi ayrı bir şekilde engelleyebilir.Encoder ve decoder stabiliteyi sağlamak için, çoğu tasarımların {{ üzerinde minimum ve maksimum sınırlar empoze edebilir.Encoder, periyodik olarak sıfıra kadar sıfıra kadar sıfırlanabilir (örneğin, her Nth örneği) veya DC'yi sürüklememesini engellemek için bir sızıntıyı kullanabilir.
Sinyal seviyesinde bir adım değişikliğinden sonra zaman kritik bir özelliktir. Mobil telephony için bir sistem, örneğin birkaç milisaniye içinde ani yüksek sesle adapte edilmelidir.The Constant-phanesi algoritma with.FLT:0K[FLT] = 2 yakınlık son derece hızlı bir şekilde (önemli büyüme) ancak aşırı hızlanır.
Adaptive Delta Modulation
ADM birkaç iletişim ve depolama alanında kalıcı nişler buldu. Basitliği ve düşük oranı maliyete duyarlı ve güç kısıtlayıcı sistemler için idealdir.
Konuşma Coding ve Telephony
ADM, PCM ve ADPCM'nin baskınlığı öncesinde dijital telefony için temel bir teknikti.TheurFLT:0)Continuously Değişken Slope Delta Modulation (CVSD)) standart, Bluetooth ses (SCO bağlantı) ve askeri radyolarda kullanılan, doğrudan bir sillabici kodlu bir yaklaşım kullanıyor: adım büyüklüğü, ortalama eğime göre yavaş yavaş uyum sağlar, yerine 16-32 kbps.
Ses İletim ve Yayınlama
Dijital ses yayınının (DAB), ADM düşük gecikme ve determinist bit oranı için olası bir kod olarak kabul edildi.Inceptual coders (MPEG) sonunda kazandı, ADM hala düşük gecikme ve deterministic bit oranı nedeniyle kanalda kullanılıyor. Örneğin, Sennheiser 2000 serisi kablosuz mikrofonlar 20-40 kbps kazandı.
Kablosuz İletişim Sistemleri
Kısa menzilli sesin ötesinde, ADM bazı uydu ve askeri iletişim bağlantılarında görünür ve bant genişliğinin aşırı derecede az olduğu görülüyor.Negable yan bilgi ve basit donanım ile çalışabilme yeteneği, çoklu modulation formatlarını işlemek için cazip hale getirir. Bazı düşük çözünürlüklü telemetri sistemleri, ADM'yi biraz hataya çevirmek için kullanabilir - tek bir miktar sadece yerel bir hataya neden olur, tahmin edilebilir kodlayıcı kodlayıcı kodlayıcılar aksine, tahmin edilebilir kodlayıcı kodlayıcılar için otomatik olarak kullanır.
Data Capsule and Storage
ADM, ham sensör verileri için bir kayıp sıkıştırma programı olarak da hizmet edebilir. Örneğin, MEMS, geniş bant sinyalleri üreten bir hızlayıcı veya semografisi, ADM ile sensör node, veri hacmini kablosuz olarak azaltır. Adaptasyon gürültünün kabaca sabit bir şekilde doğrulanabilir, bir tür sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde yanlış hata sağlar.
Karşılaştırmalı Analiz: ADM vs. Diğer Adaptive Modulation Teknikleri
ADM, ADPCM ile kıyaslanabilen bir değişkenli kodlama şemalarının bir parçasıdır (tipik olarak 4 bit), ADM aynı örnekleme frekansı için biraz daha düşük bir SNR sağlar (CVSD). ACM yaklaşık 30-35 dB SNR 32 kizer (tipli olarak 4 bit), ADM 8 kHz'de bir tane sabit ölçümleme yapar), ADM aynı örnekleme frekansına sahip olur.
CVSD genellikle konuşma için en olgun ADM varyantını kabul edilir. Özellikle arka plandaki gürültünün varlığına dayanan bir adım boyutunu kullanır.
Başka bir akraba ise, yüksek frekanslara doğru ölçüm yapanların, tabanda çok yüksek SNR'ye sahip olmalarıdır (örneğin, 64x veya daha yüksek) ve daha sonraki deimleme filtrelemesi ile birlikte, ADM, yüksek frekanslara doğru ölçümleme gürültüyü taşımak için daha uygun ve daha uygun bir şekildedir.
Future Trends and Advances
ADM'de araştırma, özellikle de enerji kısıtlayıcı kenar cihazları ve biyolojik olarak ilham verici sinyal işlemesi bağlamında devam etmektedir. One hope yön isENFLT:0)) Bu, eğitimin çevrimdışı olması ve mikro kontrol cihazının otomatik olarak uygun olması gerektiğidir.
Başka bir alan, ses aktivitesi tespiti gibi sparse sinyalleri için ortalama biraz daha fazla azaltılabilir. Adaptif bir adım büyüklüğü ile birlikte, bu hem oran hem de bozulmayı optimize eden tam bir nicelemeleyici yaratır.
Nöromorfik hesaplama da ADM'ye ilgi gösteriyor çünkü çıktı (bir imzalanmış puls tren) biyolojik sistemlerde bir artış kodlamanın tekrar ortaya çıkıyor. Çeşitli araştırma grupları ADM'yi gerçek zamanlı ses işleme için son derece düşük güç tüketimi (sub-1 μW for 8 kHz bant genişliği için) ile özel olarak uygulamaktadır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Değişken sinyal koşulları için adaptif bir modülasyon sistemleri tasarlamak, adım büyüklüğü kontrol, hata algılama ve adaptasyon algoritması karmaşıklığı arasındaki ticareti bastırmak için bir nuanced anlayış gerektirir. Adaptif bir kural veya daha karmaşık bir tahmin edilebilir bir algoritma sunar - sistem ses, ses, ses ve sensör işlemedeki aşırı yükleme ve granular gürültüyü bastırmak için ideal bir çözüm sunar.
[FONT:0]Dönemli referanslar:[Dönemli:[Dönemli:)
- [FONT=0)Wikipedia: Delta Modulation) - Temel DM ve ADM varyantlarına genel bakış.
- [FONT:0)IEEE: "Adaptive Delta Modulation: A Review"). - N. S. Jayant (1974) tarafından Klasik anket.
- [FONT=0)Analog Cihazları: Sürekli Değişken Slope Delta Modulation[[Dönetici: 1) CVSD uygulamaları üzerinde eğitim.
- [FONT:0)Mavi Çokt SIG: Voice Codec Properties) – Bluetooth SCO'da kullanılan CVSD'de ayrıntılar.