Kontinuerligt variabel lutning deltamodulering
Kontinuerligt variabel lutning deltamodulering ( CVSD eller CVSDM ) är en röstkodningsmetod . Det är en deltamodulering med variabel stegstorlek (dvs specialfall av adaptiv deltamodulering ), som först föreslogs av Greefkes och Riemens 1970.
CVSD kodar med 1 bit per sampel, så att ljud som samplas vid 16 kHz kodas med 16 kbit/s.
0 Kodaren upprätthåller ett referensprov och en stegstorlek. Varje ingångsprov jämförs med referensprovet. Om ingångssamplet är större avger kodaren en 1 bit och lägger till stegstorleken till referenssamplet. Om ingångssamplet är mindre sänder kodaren ut en bit och subtraherar stegstorleken från referenssamplet. Kodaren behåller också de tidigare N bitarna av utdata ( N = 3 eller N = 4 är mycket vanliga) för att bestämma justeringar av stegstorleken; om de föregående N bitarna alla är 1:or eller 0:or, ökas stegstorleken. Annars minskas stegstorleken (vanligtvis på ett exponentiellt sätt, med inom intervallet 5 ms). Stegstorleken justeras för varje ingångsprov som bearbetas.
För att tillåta bitfel att tona ut och för att tillåta (om)synkronisering till en pågående bitström realiseras normalt utdataregistret (som håller referensprovet) som en läckande integrator med en tidskonstant ( ) på cirka 1 ms.
Avkodaren omvänder denna process, börjar med referenssamplet och adderar eller subtraherar stegstorleken enligt bitströmmen. Sekvensen av justerade referenssampel är den rekonstruerade vågformen, och stegstorleken justeras enligt samma all-1s-eller-0s logik som i kodaren.
Anpassning av stegstorlek gör att man kan undvika lutningsöverbelastning (kvantiseringssteget ökar när signalen snabbt ändras) och minskar granulärt brus när signalen är konstant (minskning av kvantiseringssteget).
CVSD kallas ibland en kompromiss mellan enkelhet, låg bithastighet och kvalitet. Vanliga bithastigheter är 9,6–128 kbit/s.
Liksom andra deltamoduleringstekniker matchar utsignalen från avkodaren inte exakt den ursprungliga ingången till kodaren.
Ansökningar
12 kbit/s CVSD används av Motorolas SECURENET-linje av digitalt krypterade tvåvägsradioprodukter.
16 och 32 kbit/s CVSD användes av militära TRI-TAC digitala telefoner (DNVT, DSVT) för användning i utplacerade områden för att ge ljud med röstigenkänning. 16 kbit/s-hastigheter användes vanligtvis av amerikanska arméstyrkor för att spara bandbredd över taktiska länkar. 32 kbit/s-hastigheter användes vanligtvis av amerikanska flygvapnet för förbättrad röstkvalitet.
64 kbit/s CVSD är ett av alternativen för att koda röstsignaler i telefonirelaterade Bluetooth- tjänstprofiler; t.ex. mellan mobiltelefoner och trådlösa headset. De andra alternativen är PCM med logaritmisk a-lag eller μ-lag kvantisering, samt mSBC codec med 16 kHz samplingsfrekvens och bästa kvalitet.
Många arkadspel, som Sinistar och Smash TV , och flipperspel, som Gorgar eller Space Shuttle , spelar förinspelat tal genom en HC-55516 CVSD-avkodare.
SBS-applikation 24 kbit/s deltamodulering
Deltamodulering användes av Satellite Business Systems eller SBS för sina röstportar för att tillhandahålla långdistanstelefontjänster till stora inhemska företag med ett betydande kommunikationsbehov mellan företag (som IBM). Detta system var i bruk under hela 1980-talet. Röstportarna som används digitalt implementerad 24 kbit/s deltamodulering med röstaktivitetskomprimering (VAC) och ekodämpare för att styra en halvsekunds ekoväg genom satelliten. Lyssningstester utfördes för att verifiera att 24 kbit/s Delta-modulatorn uppnådde "full röstkvalitet" utan någon märkbar försämring jämfört med en högkvalitativ telefonlinje eller standard 64 kbit/s μ-lags kompande PCM. Detta gav en 8:3 förbättring i satellitkanalkapacitet. IBM utvecklade Satellite Communications Controller och röstportsfunktionerna.
Det ursprungliga förslaget 1974 använde en toppmodern 24 kbit/s Delta-modulator med en enda integrator och en Shindler-kompander modifierad för återställning av förstärkningsfel. Detta visade sig ha mindre än full telefonlinjes talkvalitet. 1977 fick en ingenjör med två assistenter i IBM Research Triangle Park , NC-laboratoriet i uppdrag att förbättra kvaliteten.
Den slutliga implementeringen ersatte integratorn med en prediktor implementerad med ett tvåpoligt komplext-par lågpassfilter utformat för att approximera det långtidsgenomsnittliga talspektrumet. Teorin var att integratorn helst borde vara en prediktor utformad för att matcha signalspektrumet. En nästan perfekt Shindler compander ersatte den modifierade versionen. Det visade sig att den modifierade kompandern resulterade i en mindre än perfekt stegstorlek vid de flesta signalnivåer och den snabba återställningen av förstärkningsfel ökade bruset som bestämts av faktiska lyssningstester jämfört med enkla signal-till-brus-mätningar. Den slutliga kompandern uppnådde en mycket mild återhämtning av förstärkningsfel på grund av det naturliga trunkeringsavrundningsfelet orsakat av 12-bitars aritmetik.
Den kompletta funktionen av deltamodulering, VAC och ekokontroll för 6 portar implementerades i ett enda digitalt integrerat kretschip med 12-bitars aritmetik. En enda DAC delades av alla 6 portarna som tillhandahåller spänningsjämförelsefunktioner för modulatorerna och matningsprov och hållkretsar för demodulatorutgångarna. Ett enda kort innehöll chipet, DAC:n och alla analoga kretsar för telefonlinjegränssnittet inklusive transformatorer.
Se även
- JA Greefkes och K. Riemens, "Code Modulation with Digitally Controlled Companding for Speech Transmission," Philips Tech. Rev., sid. 335-353, 1970.
- NS Jayant, "Digital kodning av talvågformer: PCM, DPCM och DM kvantiserare," Proc. IEEE, vol. 62, nr. 5, sid. 61 1-632, maj 1974.
- R. Steele, Delta Modulation Systems , Pentech Press, London, England, 1975.
- NS Jayant och P. Noll, Digital Coding of Waveforms: Principles and Applications to Speech and Video , Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1984.
- En beskrivning av algoritmen, plus talprover
- Specifikation av Bluetooth System 2.0 + EDR, Core System Package, Del B "Baseband Specification", Avsnitt 9 "Audio", november 2004