Delta Modulation Nasıl Geliştirilir Konuşma İşareti İleti

Delta Modulation Nasıl Geliştirilir Konuşma İşareti İleti

Delta modulation (DM), dijital sinyal işlemede temel bir tekniktir, bu, güç kısıtlamalarının, maliyet ve donanım karmaşıklığının birincil göz önünde bulundurulduğu iletişim sistemleri için özellikle cazip hale getirir.

Puls kodu modulation (PCM) yüksek kaliteli konuşma iletimi için baskın standart kalırken, delta modulation, düşük veri oranlarında uygun konuşma sağlama yeteneğinin, niş uygulamalarda uygun bir şekilde tutulması ve temel ilkeleri modern a Adaptasyon ve diferansiyel kodlama şemalarını etkilemeye devam etmesi gerekir.

Delta Modulation

Delta modulation basit bir premise üzerinde çalışır: konuşma sinyalinin her örneği bağımsız olarak, sadece orijinal dalgaformunun yaklaşık olarak ortaya çıkmasını gösterir[Dönder: 1) Sistem, mevcut örnek ve tahmin edilen değer arasında gerçek giriş sinyali karşılaştırır: akıcıdan elde edilir (örneğin, alt sürümden oluşur).

Bu tek işaretlilaştırma, sabit bir sinyale geri döner, bazı niceleştirme gürültüsü ile orijinal konuşmasını geri döndürür.

Bir Delta Modulation System

• [FONT:0)Comparator:[Dönetici:[Dönetici:0) Acts as a 1-bit ölçümleyici, yerel yeniden inşa edilmiş sinyal ile giriş sinyalini karşılaştırır. Çıktılar +345 or - {{ polariteye bağlı olarak.
• [FONT:0)Integrator (accumulator): ), adım artışlarını (moz veya -{{) zamanında özetleyerek merdiveni inşa edebilir.
• [FONT:0]Sampling saat:[[Dönetici: 0,0) Karşılaştırma ve adım güncellemeleri meydana gelen oranı belirler. Yüksek örnekleme oranları granular gürültüyü azaltır, ancak bant genişliği artırır.
• [Düzücüksüz filtre (receiver): ), ana konuşma sinyalini yeniden inşa etmek için merdiven dalgaformunu, yüksek frekanslı ölçüm gürültüyü azaltmak için.

Çünkü bütünleme aslında ilk sipariş tahmincidir, delta modulation, 1bit ölçümlü ve sabit bir adım boyutu ile özel bir tür sefilli hata kodun modulation olmasıdır.Bu basitlik hem de gücüdür.

Delta Modulation Uygulaması Nasıl Çalışır

Operasyonu göstermek için, sürekli bir ses gibi yavaş farklı bir konuşma sinyali düşünün.Her bir örnek anında sistem, bütünlemenin çıktısını en düşük seviyeye getirir.If the entry is higher,, and the bütünor azaltır) ve kanaldaki tümlemeler sabit bir adımla (345).If the entry is lower, the comparator prints aFLT:2., and the bütünlemeler.

Matematiksel olarak, giriş sinyali zamanında ise:0))[n][[D][/FONT=3][/FONT=) ve yeniden inşa edilen sinyal [FONTD][/FONT=3][/FONT=)

• [N] = x[n] - y[n-1][[Döntme hatası)
• [n] = işaret (e[n])[Dönem:0))[n][0)))[0;0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 for negative)
• [0])[n] = y[n-1] + 345 * b[n]) (göçülü güncelleme)

Alıcı aynı birikimi yerine getiriyor: [Uygunluk:0] = y'[n-1] + 345 * b[n][[Döntilmiş bitler aynı olduğundan, [Döntilmişse, [Dönemli][DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar İçindekiler[Dönemli)

Örnek: Basit bir Sine Wave

Bir girişin amplitüd 1 V ve frekansı 100 Hz ile dalgalandığını düşünün, aksi takdirde 8 kHz 345 ile 0.10 = 0.1 V. Yükselen kenarda, bitek çoğunlukla 1'den oluşur, daha küçük bir adım boyutu, ölçümlü kenarda, aksi takdirde azalır.

Konuşma için Delta Modulation'ın Avantajları

İstiklal Sik

Delta modulation, sadece bir hesaplamacı gerektirir, bir bütünleme ( basit bir RC devre veya dijital cumulator), ve düşük seviyeli bir filtre. Bu, batarya destekli cihazlar için DM ideali sağlar.

Low Bit Oranlarında Band Genişleme

Çünkü her örnek tek bir bit tarafından temsil edilir, delta modulation, frekans-konuşturucu frekansına eşit olarak çalışır. Konuşma için, 8 kHz'deki örnek 8 kbps veri akışı sağlar - standart PCM (8-bit μ-law veya A-law tarafından kullanılan 64 kbps'den daha düşük).Bu dar bant genişliği, erken uydu bağlantıları veya radyo iletişimleri gibi frekans kanallarında avantajlıdır.

Düşük Latency ve Real-Time Performans

DM'nin geri bildirim yapısı, her saat kenarda hemen hemen hemen sonlandırmayı güncellemektedir. Birden çok örnek veya karmaşık dönüştürme kodlamasına gerek yoktur, minimum algoritma gecikmeden dolayı iki yönlü ses iletişimi için kritiktir. 10 ms gecikme fark edilebilir.

Bit Hatalara Karşı Immunity to Bit Hatas

PCM'de, yüksek siparişte tek bir hata büyük bir amplifiğe neden olabilir (örneğin, 6 dB değişikliği). delta modulation, her bir miktar sadece sabit bir adım değişikliği temsil eder ( ⁇ ).

Temel Delta Modulation

Slope Overload Distortion

En önemli dezavantajı, giriş sinyalinin bütünlemeden daha hızlı değiştiğinde gerçekleşir.Engreor sadece her adımda {{ ile artabilir veya azaltılabilir, hızla yükseltilir bir giriş (örneğin, bu eğim yüksek frekanslı gürültü ve / veya / b /) en yüksek çözünürlükte ortaya çıkmaktadır.

Granular Gürültü

Giriş sinyali neredeyse sabit olduğunda (örneğin, sürekli bir ünlü), bütünleştirici gürültüyü azaltmak, 1 ve 0s'ı değiştirmek, bu boş gürültüyü yaratmak, temel bir ticaret hacmi oluşturmak için bir özelliktir.

Sabit Adım Boyutu vs. Signal Dynamics

Konuşma sinyalleri geniş dinamik bir aralığı vardır - yüksek sesle ünlülere çok sessiz bir şekilde - ve çeşitli slew oranları. Sabit 345 aynı anda hem sessiz hem de yüksek segmentler için optimize edemez. Bu sınırlamak için geliştirmeyi motive eder.

Performansı geliştirmek: Adaptif Delta Modulation (ADM)

Adaptif Delta Modulation (ADM) dinamik olarak son derece düz desenlere dayanan adım boyutunu ayarlayarak sabit bir şekilde sınırlandırılmıştır. temel fikir: Birkaç ardışık 1 veya 0'lar ile aktarılırsa, sinyal muhtemelen dik bir eğim deneyimliyor ve adım büyüklüğü arttı. Conversely, alternating bit patternleri nispeten düz bir düz desenler gösterir, böylece adım büyüklüğü granular gürültüyü en aza indirmek için azaltılabilir.

Nasıl ADM Nasıl Çalışır

Adım büyüklüğü, son dereceleri izleyen bir mantık bloğu tarafından kontrol edilir:0)N).Ortak bir algoritma, “1-2-3” kuralıdır: Son üç bit, bir faktör tarafından 1 veya her 0, {{'yi çoğaltmak için yeterlidir (örneğin, 1.5 veya 2).

Sürekli değişken eğim delta modulation (CVSD) askeri ve ticari güvenli ses sistemlerinde kullanılan ADM'nin popüler bir çeşididir. CVSD, konuşma sinyalinin zarfını takip eden, ortalama sinyal enerjisine dayanan adım boyutunu ayarlar.Bu, özellikle geniş dinamik aralıklarla konuşma için temel DM'den daha iyi sinyal-to-noise oranını elde eder.

ADM'nin Faydaları

• Hızlı geçiciler sırasında eğim aşırı bozulmasını azaltır (örneğin, plosives).
• Sessiz veya düşük seviyeli geçişler sırasında granular gürültülerini özetler.
• Tek bir-bit iletim akışı korur, bant genişliği düşük tutar.
• Tam DPCM veya PCM kodlarından daha kolay.

ADM, Bluetooth ses profillerinde yaygın olarak kullanılır (örneğin, CVSD kullanarak SCO bağlantıları) ve düşük seviyeli ses kodlayıcıları radyo sistemleri için kullanılır.

Pulse Code Modulation (PCM) ile Karşılaştırma

delta modulation'ın pozisyonunu anlamak için, PCM ile karşılaştırmak faydalı, baskın konuşma kodlama standardı (G.711).

Parameter	PCM (8-bit, 8 kHz)	Delta Modulation (basic)	Adaptive DM (CVSD)
Bit rate	64 kbps	8–32 kbps	8–32 kbps
Quantization noise	Uniform or companded, ~39 dB SQNR	Granular + overload (varies)	Improved, ~35 dB SQNR typical
Hardware complexity	Moderate (ADC + companding)	Very low	Low to moderate
Delay	~1 ms (sample-based)	~1 sample period	~1 sample period
Robustness to bit errors	Poor (high-order bits)	Good (single step per error)	Good
Speech quality	Toll quality (MOS ~4.0)	Fair (MOS ~3.0–3.5)	Good (MOS ~3.5–3.8)

PCM, halka açık telefon ağları için altın standardı olmaya devam ediyor, ancak delta modulation ve adaptive varyantları, bant genişliğinin az ve donanım kolaylığının önemli olduğu uygulamalar için uygun bir ticaret sunar.

Modern İletişim Sistemlerinde Uygulamaları

Kablosuz ve Portatif Cihazlar

Delta modulation, askeri taktik radyolarda yaygın olarak kullanılıyor, güvenli, düşük güç, dar bantlı ses iletişimi gereklidir. ABD askerinin reçetesi:0)Sine-Wave Delta Modulation[FLT] standart temel DM için gerekli olan standarttır - ancak bir doğaçlamalı performans, iki kanalda iki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte.

Legacy Telephony ve Abonelik Sistemleri

1970'lerde ve 1980'lerde, delta modulation dijital abone hattında (DSL) prototipler ve bazı özel şube değişimi (PBX) sistemlerde kullanılmıştır. DM'nin basitliği, kodlu telefonlarla entegrasyonuna izin verildi.

Ses-over-IP (VoIP) Low-Band genişlik Scenarios

Modern VoIP kodcular (örneğin, G.729), benzer miktarlarda üstün bir sıkıştırma sunarken, delta modulation hala amatör radyo sesi (örneğin, FreeDV kullanarak kodc2 ile birlikte) ve bazı uydu ses uygulamaları ile birlikte.

Konuşma Encryption Systems

Çünkü delta modulation kolayca sıkıştırılabilir veya şifrelenebilen basit bir akış yaratır, genellikle güvenli ses terminallerinde kullanılır. Düşük veri oranı yüksek hızlı kriptograf motorlarını gerektirmeden şifrelemeyi kolaylaştırır ve biraz terörizm direnci, şifreli konuşmanın bile uygun olmadığını garanti eder.

Future Path and Hybrid Approaches

Saf delta modulation nadiren yeni tüketici ses ürünlerinde kullanılırken, ilkeleri ilgili kalır. ModernurFLT:0)Sigma-delta modulation[DDDDöntgenme 1) (Yüksek çözünürlüklü ADCs) konseptini kullanarak, mükemmel sinyal-toğraf oranları ile bir orta ölçütle genişletir.Konum:0))

[Dönlendirici bir türbrasyon[Dönlendirici bir hata modu ile kullanım süresine göre, %2, 8,00 veya 32 ° CCI ile standart olarak optimize edilir.

Makine tabanlı konuşma kodcular ortaya çıkıyor, ancak genellikle çok daha yüksek hesaplama maliyetinde çalışırlar.In ultralow-power edge devices (e.g., işitme cihazları, ses kontrollü giyilebilirler), delta modulation ve adaptive varyantları minimum silikon alanı ve enerji tüketimi nedeniyle cazip kalır. Araştırma, DM'nin hata direncinden yararlanan ultradüşük bir adıma ve ortak kaynak kanal kodlamaya devam eder.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Delta modulation, analog konuşmayı yalnızca sinyalde amplitüdündeki değişikliklerle genişleterek dijital bir miktara dönüştürmenin zarif bir şekilde basit bir yöntemi sunar. Düşük donanım karmaşıklığı, dar bant genişliği ve doğal olarak yüksek çözünürlükte biraz hata sağlar, güç, maliyet ve kanal kapasitesi premium olarak iyi bir şekilde şarj edilir.

PCM yüksek sadakat sesi için baskın standart kalırken, delta modulation askeri radyolarda kalıcı bir niş dışarı atladı, Bluetooth sesi ve erken dijital telephony. temel fikri - tüm yönleri yerine getirmek - modern diferansiyel kodlama şemalarda yaşamak ve düşük karmaşıklık konuşma kodlayıcılarına ilham vermeye devam etmek için.

Adaptif bir delta modulation ve onun kullanımı hakkında daha fazla bilgi edinmek için, [[G.711 (PCM)))[Döneticileri ile ilgili ayrıntılı bir konuşma kodlama standartları için, ITU-T G- serisi önerilerine bakınız, özellikle de DÖRTÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜCÜSÜSÜSÜSÜye Olmayanlar ve Salehiyeler[Üye Olmayanlar ve Satışlar)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.