自适应增量调制的仿真实现及性能分析_轩素静

设计与应用

计算机测量与控制.2003.11(12)　Computer Measurement &Control

・997・

收稿日期:2003-06-21。

基金项目:云南省自然科学基金项目(FOO40M)

作者简介:轩素静(1975-),女,新疆乌鲁木齐市人,硕士,主要从事个人通信方面的研究。

文章编号:1671-4598(2003)12-0997-04 中图分类号:T N 912.31 文献标识码:B

自适应增量调制的仿真实现及性能分析

轩素静,邵玉斌

(昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明　650051)

摘要:讨论模数转换和压缩编码的一种重要方法-自适应增量调制(ADM )的性能。先对DM 技术进行了研究,由于DM 存在一些不足,在DM 技术的基础上又引入了ADM 技术。建立ADM 系统的模型,采用后向反馈自适应算法-步长的自适应调整基于信源信号波形的量化样值的幅度。使用MAT LAB 仿真实现并根据仿真结果分析其性能。提出ADM 能够自动跟踪快速变化的信号波形,比DM 具有更良好的SNR 性能和更大的动态范围,在很低的速率上就能给出高的编码质量,如32kbit /s 甚至是16kbit /s 。从而节省了带宽。

关键词:增量调制;自适应增量调制;模数转换;压缩编码;预测编码;波形编码;连续可变斜率增量调制

Realization and Performance Analysis for Adaptive Delta Modulation

XUAN Su -jing ,SHA O Yu -bin

(Depart ment of Infor mation Engineer ing and A ut omatics,K unming Science and T echnolo gy U niver sity ,Kunming 650051,China)

Abstract :An impor tant method of analo g /digital co nv ersion a nd co mpression code w hich is called adaptive delta mo dula-tio n (AD M )is discussed.T he metho d called delta modulat ion (D M )and t he A DM fo r o ver co ming so me disadvantag es of the DM a re presented.T he models o f the AD M system is set up thr oug h t he backwa rd feedback alg or ithm.T he per for mance o f the A DM is and py zed accor ding to the result of the r ealizat ion.T his scheme can follow signal w hen it changes to o r apidly.A nd it has better SN R per for mance and wider dynamic rang e than delt a mo dulatio n (DM ).A DM can ther efor e o per ate at much low er bit r ates than DM ,ty pically 32kbit/s a nd ex ceptionally 16kbit /s,then sav e the bandw idth.

Key words :delta modulation (DM );adapt ive delta mo dulatio n (A DM );analog /dig ital conver sio n (A /D);co mpr ession code;pr edict ion code;w ave code;continuously va ria ble slo pe delta modulat ion (CV SD )

1　引言[1]

实际上,无论有线还是无线语音通信都正在成为数字的。对于传输和存储来说,语音的数字编码已明显优

于传统的模拟技术。在数字语音系统中,信息是人的声音。数字语音编码算法要保证信源模拟语音在接收端被准确地恢复。但是,与模拟语音相比,数字化后的语音,如果没有进行压缩就会需要更多的带宽。无论是无线或有线通信中,语音通常都是在300～3300Hz 之间,如果采用256个量化电平(8bits)的线性模数转换器,且抽样频率为奈奎斯特速率(8kHz),那么最后的数据速率就会达到64kbit /s 。显然,如果不采用奇异编码算法,编码后的数字化信号的带宽将近是原始模拟信号的20倍。这种低的带宽效率是不可取的,尤其是在无线通信应用中。在众多的技术中,对带宽的节省是大家所期望的。由于相邻的语音样值间有很大的相关性,那么就可以只传输样值幅度的差异信息,而不是象脉冲编码调制(PCM )那样对每一个样值都传输一个新值。这样,需要较少的量化电平数就可以得到相同的信号质量,从而节

省了所需的带宽。采用这种技术的算法有差分编码调制

(DPCM ),它用一个预测器处理以前的样值来预测下一个样值。在此基础上将自适应技术与差分编码调制相结合就产生了普遍使用的编码算法-自适应差分编码调制(adaptive DPCM)。这里,自适应预测器系数不断变化以处理不断变化的信号统计特性。将预测器进一步简单化产生了增量调制(DM )。在DM 中用一个比较器代替了DPCM 的求和器和量化器。由于增量调制(DM )编码的简单性,它已成为数字通信和压缩存储的一种重要方法。但是,它还存在一些不足,如量化步长不能动态变化,在模拟信源信号波形变化快的情况下,性能迅速下降。由此引入ADM ,增加了固定步长DM 的动态范围和跟踪信号的能力,采用十分简单的算法就能实现32～48kb /s 甚至是16kb/s 的数据率,提高了数字编码的效率和可靠性。现在,A DM 已广泛应用于电视和语音信号的编码中。

在ADM 技术中,前向反馈ADM ,量化器的步长自适应调整到与输入信号的强度成正比[5]

;而后向反馈ADM 中,量化器步长的自适应调整是基于量化器输出的样值幅度的。文中所采用的就是后向反馈自适应算法。先从DM 分析,再讨论ADM ,解析ADM 系统的模型,使用MAT LAB 仿真实现并根据仿真结果分析其性能。所得结论可为工程应用提供指导。