Continuamente modulação delta inclinação variável - Continuously variable slope delta modulation

Continuamente inclinação variável modulação delta ( CVSD ou CVSDM ) é uma codificação de voz método. É uma modulação delta com tamanho variável passo (ou seja, caso especial da modulação delta adaptativo ), proposto pela primeira vez por Greefkes e Riemens em 1970.

CVSD codifica a um bit por amostra, de modo que áudio amostrados a 16 kHz é codificada a 16 kbit / s.

O codificador mantém uma amostra de referência e um tamanho de passo. Cada amostra de entrada é comparada com a amostra de referência. Se a amostra de entrada é maior, o codificador emite um 1 bit e adiciona o tamanho do passo para a amostra de referência. Se a amostra de entrada é menor, o codificador emite um 0 bits e subtrai o tamanho do passo da amostra de referência. O codificador também mantém os anteriores N bits de saída ( N = 3 ou N = 4) são muito comuns para determinar ajustes no tamanho de passo; Se os anteriores N bits são todos 1s ou 0s, o tamanho do passo é aumentada. Caso contrário, o tamanho do passo é diminuída (normalmente de uma forma exponencial, com estar no intervalo de 5 ms). A dimensão do passo é ajustado para cada amostra de entrada processado.

Para permitir a erros de bits a desvanecer-se para fora e para permitir a (re) de sincronização de um fluxo de bits contínua, o registo de saída (que mantém a amostra de referência) é normalmente realizado como um integrador com vazamento com uma constante de tempo ( ) de cerca de 1 ms.

O descodificador inverte este processo, começando com a amostra de referência, e adicionando ou subtraindo o tamanho de passo de acordo com o fluxo de bits. A sequência de amostras de referência são ajustados a forma de onda reconstruída, e a dimensão do passo é ajustado de acordo com a mesma lógica todos-1s-or-0s como no codificador.

Adaptação de tamanho do passo permite evitar sobrecarga de inclinação (passo de quantização aumenta quando o sinal muda rapidamente) e diminui o ruído granular quando o sinal é constante (redução de passo de quantização).

CVSD às vezes é chamado de um compromisso entre simplicidade, baixo bitrate, e qualidade. bitrates comuns são 9,6-128 kbit / s.

Como outras técnicas de delta-modulação, a saída do descodificador não corresponde exatamente a entrada original para o codificador.

aplicações

12 kbit / s CVSD é usado por Motorola linha SECURENET 's de produtos de rádio bidirecional digitalmente criptografados.

16 e 32 kbit / s CVSD foram utilizados pelos militares TRI-TAC telefones digitais (DNVT, DSVT) para uso em áreas destacadas para prestar reconhecimento de voz áudio de qualidade. 16 kbit / s taxas foram geralmente usados por exército dos EUA forças para conservar a largura de banda através de links táticos. 32 kbit / s taxas foram tipicamente usado por Força Aérea dos EUA forças para melhorar a qualidade de voz.

64 kbit / s CVSD é uma das opções para codificar sinais de voz em relacionados com a telefonia Bluetooth perfis de serviço; por exemplo, entre telefones celulares e fones de ouvido sem fio. As outras opções são PCM com logarítmica a-law ou -lei μ quantização.

Numerosos jogos de arcade, como Sinistar e Smash TV e máquinas de pinball, como Gorgar ou Space Shuttle , jogar discurso pré-gravado através de um decodificador CVSD HC-55516.

aplicação SBS 24 kbit / s de modulação delta

Delta modulação foi usado por Satélite Business Systems ou SBS por suas portas de voz para fornecer serviço de telefonia de longa distância para grandes empresas nacionais com uma necessidade de comunicação inter-corporação significativa (como IBM). Este sistema estava em serviço durante os anos 1980. As portas de voz utilizados digitalmente implementado 24 kbit / s de modulação delta com compressão de actividade de voz (VCA) e supressores de eco para controlar a meia caminho segundo eco através do satélite. Testes de audição foram realizados para verificar se a 24 kbit / s Delta modulador alcançado "qualidade de voz completo" sem degradação perceptível em comparação com uma linha de telefone de alta qualidade ou o padrão de 64 kbit / s μ-lei companded PCM. Isto proporcionou um 8: melhoria 3 em capacidade de canal por satélite. IBM desenvolveu o controlador de comunicações por satélite e as funções de porta voz.

A proposta inicial, em 1974, utilizado um 24 kbit / s modulador delta estado-da-arte com um único integrador e um expansor Shindler modificado para recuperação de erro de ganho. Este provou ter menos de qualidade de voz linha de telefone completo. Em 1977, um engenheiro com dois assistentes no IBM Research Triangle Park laboratório, NC foi designado para melhorar a qualidade.

A implementação final do integrador substituído com um preditor implementado com um complexo de par de filtro passa-baixo de dois pólos concebido para aproximar o espectro de discurso média de longo prazo. A teoria era que, idealmente, o integrador deve ser um preditor projetado para combinar com o espectro do sinal. Um compander Shindler quase perfeito substituiu a versão modificada. Verificou-se o compander modificado resultou em menos do que perfeito tamanho do passo na maioria dos níveis de sinal e da recuperação de erro de ganho rápido aumento do ruído, como determinado por testes de escuta reais em comparação com o sinal simples de medições de ruído. O compander final conseguido uma recuperação erro de ganho muito leve devido ao erro de truncamento arredondamento natural causado pela 12-bit aritmética.

A função completa de modulação delta, VCA, e controle de eco para 6 portas foi implementado numa única pastilha de circuito integrado digital com 12 bits aritmética. Um único DAC foi partilhada por todos os 6 portas fornecendo tensão funções de comparação para a amostra de moduladores e de alimentação e segurar circuitos para as saídas de desmodulador. Um único cartão realizou o chip, DAC, e todos os circuitos analógicos para a interface de linha de telefone, incluindo transformadores.

Referências

  • JA Greefkes e K. Riemens, "Modulação de código com Digitally Companding controlada para transmissão de voz," Philips Tech. Rev., pp. 335-353, 1970.
  • NS Jayant, "codificação digital de formas de onda do discurso: PCM, DPCM, e quantizadores DM," Proc. IEEE, vol. 62, no. 5, pp. 61 1-632, maio 1974.
  • R. Steele, sistemas de modulação Delta , Pentech Press, Londres, Inglaterra, 1975.
  • NS Jayant e P. Noll, codificação digital de formas de onda: Princípios e Aplicações à fala e vídeo , Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1984.
  • Uma descrição do algoritmo, além de amostras de fala
  • Especificação do Sistema Bluetooth 2.0 + EDR, Core Sistema Package, Parte B "Baseband Specification", Secção 9 "Audio", novembro 2004