ADPCM — Adaptive Differencial Pulse Code Modulation.

ADPCM – один из наиболее общепринятых и давно используемых алгоритмов сжатия речи, который регламентируется стандартом G.726, был принят в 1984 г. Этот алгоритм дает практически такое же качество воспроизведения речи, как и РСМ, однако для передачи информации при его использовании требуется всего 32 кбит/с. Метод основан на том, что в аналоговом сигнале, передающем речь, невозможны резкие скачки интенсивности. Поэтому, если кодировать не саму амплитуду сигнала, а ее изменение по сравнению с предыдущим значением, то можно обойтись меньшим числом разрядов. В ADPCM изменение уровня сигнала кодируется четырехразрядным числом, при этом частота измерения амплитуды сигнала сохраняется неизменной.

Все методы кодирования, основанные на определенных предположениях о форме сигнала, плохо работают в ситуации, когда сигнал может передаваться с резкими скачками амплитуды. Именно такой вид имеет аудиосигнал, генерируемый модемам или факсимильными аппаратами. Современные системы обмена информацией, поддерживающие цифровые линии связи, умеют распознавать факсимильный обмен и передают соответствующие сигналы непосредственно в цифровом виде, не преобразуя их в аудиосигнал.

Нелинейный 15-уровневый адаптивный квантователь используется для квантования разностного сигнала. Перед квантованием сигнал логарифмируется по основанию 2 и масштабируются посредством коэффициента, который вычисляется с помощью блока адаптации масштабного коэффициента.

Для определения квантованного уровня используются четыре двоичных символа (три для амплитуды и один для знака). Четырехбитовый выход квантователя образует выходной цифровой сигнал со скоростью 32 кбит/с, который одновременно подается на инверсный адаптивный квантователь и блок управления скоростью адаптации масштабного коэффициента квантователя.

Квантованная версия разностного сигнала формируется путем масштабирования с использованием специальной величины, выделяемой из нормализованной характеристики квантователя, и дальнейшей трансформации результата из логарифмического представления.

Блок адаптации масштабного коэффициента квантователя вычисляет — масштабный коэффициент для квантователя и инверсного квантователя. На его входы подаются четырехбитовые выходные сигналы квантователя и параметр управления скоростью адаптации.

Основной принцип, реализуемый при масштабировании, заключается в бимодальной адаптации:

– быстрой – для сигналов (например, речевых), которые дают разностные сигналы с большими флуктуациями;

–медленной – для сигналов (например, данных в диапазоне тональных частот, тонов), которые дают разностные сигналы с малыми флуктуациями.

Управление скоростью адаптации производится с помощью комбинации быстрого и медленного масштабных коэффициентов.

Быстрый (нефиксированный) масштабный коэффициент вычисляется рекурсивно в логарифмическом представлении с основанием 2 из результирующего логарифмического масштабного коэффициента:

Как правило, лежит в пределах. Дискретная функция определяется табличным образом. Множитель (1 – 2-5) вводит ограниченную память в процесс адаптации таким образом, что состояния кодера и декодера сходятся при ошибках передачи.

Медленный (фиксированный) масштабный коэффициент получается из с помощью операции фильтрации нижних частот:

Затем быстрый и медленный масштабные коэффициенты объединяются для получения результирующего масштабного коэффициента:

где.

Управление скоростью адаптации. Предполагается, что управляющий параметр может принимать значения в диапазоне [0, 1]. Для речевых сигналов он стремится к единице, Для сигналов, данных в диапазоне тональных частот и одночастотных сигналов он стремится к нулю. Величина коэффициента определяется мерой скорости изменения величины разност­ного сигнала.

Адаптивный предсказатель и калькулятор восстановленного сигнала. Первоначальная функция адаптивного предсказателя заключается в вычислении оценки разностного сигнала. Используются две структуры адаптивного предсказателя – каскад первого порядка, моделирующий нули, и каскад второго порядка, моделирующий полюсы во входном сигнале.

Детектор тона и перехода. С целью улучшения рабочих характеристик для сигналов, поступающих с выходов модемов с частотной манипуляцией, работающих в режиме кодовых комбинаций, определен двухступенчатый процесс декодирования. Сначала производится детектирование сигнала с ограниченной полосой (например, тона), в результате чего квантователь может быть переведен в быстрый режим адаптации.

Упрощенная и развернутая структурные схемы декодера АДИКМ приведены на рис.5, а и рис.5, б соответственно. Декодер включает схему, идентичную цепи обратной связи кодера, преобразователь линейной ИКМ в сигнал по законам А или μ и устройство установки синхронного кодирования.

Устройство установки синхронного кодирования предотвращает накопление искажений, имеющих место при синхронном последовательном кодировании (АДИКМ-ИКМ-АДИКМ, другие цифровые соединения). Установка синхронного кодирования достигается путем подстройки проходного кода ИКМ таким образом, чтобы попытаться устранить искажения квантования в следующем каскаде кодирования АДИКМ.

Функции основных блоков декодера и кодера совпадают и поэтому не рассматриваются.

Рис.5(а)

Рис 5(б)

Адаптивная дельта-модуляция.

ADM — Adaptive Delta Modulation

Адаптивные схемы дельта-модуляторов (АДМ) позволяют значительно улучшить характеристики ДМ, в частности грубое квантование погрешности предсказания. Обычно при АДМ используется адаптация по выходному сигналу. В этом случае не требуется синхронизация по кодовым словам, т.к. шаг квантования в передатчике и приемнике перестраивается в одной и той же кодовой последовательности.

Структурная схема АДМ приведена на рисунке 6.

Шаг квантования в этой схеме подчиняется следующему правилу:

,

,

где - функция текущего и предшествующего кодового слова. Алгоритм выбора множителя М имеет вид

, - перегрузка,

, - шумы дробления,

.

Действительно при перегрузке последовательности на выходе состоят только из нулей или единиц, а при шуме дробления - чередующейся последовательности нулей и единиц.

Рис.6

Исследована зависимость отношения сигнал/шум квантователя от (рисунок 7).

Рис.7

Сравним системы ДМ, АДМ и логарифмической ИКМ (рисунок 8) при и.

Рис. 8

Проигрыш ДМ по сравнению с АДМ составляет 8 – 14 дБ:

т. е. дБ, при кбит/с, а при кБ/с.

Улучшение качества АДМ достигается путем ее незначительного усложнения, все достоинства ДМ при этом сохраняются. Использование предсказателя второго порядка в линейных ДМ или АДМ дает выигрыш в отношении сигнал-шум квантования на 4 – 5 дБ.

Заключение

В своей курсовой работе я изучил ряд методов формирования цифровых сигналов называемых разностными, я изучил отдельно каждый из них и пришёл к выводу что каждая из расмотренных модуляций имеет положительные стороны такие как:

· уменьшение потребления скорости передачи данных, АДИКМ требует в 2 раза меньше скорости чем ИКМ не теряя качества.

· большая помехоустойчивость АДМ по сравнению с ИКМ, связанная с тем, что она менее чувствительная к ошибкам при передаче цифрового сигнала, чем ИКМ, а также простота и надежность выделения тактовой частоты.

· при одинаковом шаге квантования число разрядов в кодовой канальной комбинации при ДИКМ меньше, чем при ИКМ. Уменьшение числа разрядов в кодовой группе при ДИКМ снижает скорость передачи цифрового канального сигнала.

А также ознакомился и с отрицательными качествами такими как:

· Высокая тактовая частота равная примерно 150 кГц по сравнению с ИКМ у которой 64 кГц в ДМ.

· Появления искажения передаваемых сигналов при резком изменении крутизны в ДМ.

Список литературы:

· https://yandex.ru

· https://ru.wikipedia.org

· https://www.bestreferat.ru

· https://www.studd.ru

· https://studentbank.ru

· https://www.siblec.ru/index.php? dn=html& way=bW9kL2h0bWwvY29udGVudC81c2VtL2NvdXJzZTEyNl8yL3VjaF9wb3NvYmllL2xlYzQuaHRt

· https://sibguti.ucoz.ru/index/uchebnye_posobija/0-150

· https://na55555.ru