Transmisia datelor multimedia in retele de calculatoare Compresia audio II

1. UNIVERSITY POLITEHNICA of BUCHAREST DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE Transmisiadatelor multimedia in retele de calculatoareCompresia audioII Conf. Dr. Ing. Costin-Anton Boiangiu <Costin.Boiangiu@CS.PUB.RO>

2. Cuprins • O scurta istorie: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MEG-7 • Descrierea standardului MPEG-1 • Descrierea standardului MPEG-1 Nivelul 3 (MP3) • Descrierea standardului MPEG-2 AAC • Structura datelor in MPEG-1, MP3, MPEG-2 AAC • Apreciarea calitatii compresiei audio • Compresiaprinmodulatiadiferentiala

3. O scurta istorie • Moving Pictures Expert Glkroup (MPEG, ca acronim) este parte a organizatiei ISO (International Organization for Standardization) si a dezoltat o serie de standarde audio-video cunoscute ca • MPEG-1 (MPEG Phase 1) (IS 11172) • MPEG-2 (MPEG Phase 2)(IS 13818) • Acestea sunt primele standarde internationale in domeniul compresiei audio numerice.

4. O scurta istorie • MPEG-1 acopera codarea surselor stereo la rate de esantionare mari asigurand o calitate transparenta, in timp ce MPEG-2 ofera in plus si codarea stereo la rate mici de esantionare • De asemenea, MPEG-2 introducere tehnica de codare multi-canal cu si fara compatibilitate cu MPEG-1 pentru a asigura o imagine acustica imbunatatita numai pentru aplicatiile audio si pentru sistemele de video–conferinte • MPEG-2 fara compatibilitate anterioara se numeste MPEG-2 AAC (Advanced Audio Coding), ofera cea mai mare rata de compresie

5. O scurta istorie • Aplicatiile tipice ce folosesc standardul MPEG sunt in productia audio, emisiuni radio digitale, memorare digitala, si alte aplicatii multimedia •  MPEG nu standardizeaza codoarele sau decodoarele ci doar tipul de informatie care trebuie produs de un codec compatibil MPEG AAC = Advanced Audio Coding PNS = Perceptial Noise Substitution LTP = Long Term Prediction TwinVQ = Transform-Domain Weighted INterleave VQ

6. MPEG-1 • MPEG-1 este numele primei faze a lucrului MPEG • Lucrul a inceput in 1988 si s-a incheiat in 1992 prin adoptarea standardului IS 11172 • Partea de codare audio (IS 11172-3) este proiectata sa raspunda la multe aplicatii • MPEG-1 audio consta in trei moduri de operare, numite straturi/niveluri: • nivelul 1 • nivelul 2 • nivelul 3 - are cea mai mare complexitate si a fost desemnat sa asigure cea mai mare calitate la debite mici de informatie (128 Kb/s pentru un semnal tipic stereo) • Frecvente de esantionare: 32 KHz, 44.1 KHz si 48 KHz

7. MPEG-2 • MPEG-2 denota a doua faza a dezvoltarii MPEG, prin introducerea unor concepte noi in codarea video • Aplicatia de baza este cea a televiziunii digitale • Standardul original MPEG-2 (IS 13818-3) a fost finalizat in 1994 si consta din doua extensii ale lui MPEG-1 audio: • codarea audio multicanal • se adauga frecvente de esantionare de 16 KHz, 22.05 KHz si 24 KHz. • cresterea eficientei codarii la debite de informatie mici

8. MPEG-2-AAC/MPEG-3 • MPEG-2-AAC (Advanced Audio Coding) • AAC este o schema de codare de generatia a doua • Suporta frecvente de esantionare de la 8 KHz pana la 96 KHz si un numar de canale de la 1 la 48 • MPEG-3 • Gandit initial pentru codarea video in aplicatii HDTV • Intrucat instrumentele dezvoltate pentru MPEG-2 au acoperit si aria necesitatilor HDTV, planul de a dezvolta un standard special MPEG-3 a fost anulat • Cateodata MPEG-nivelul 3 (sau MP3) este gresit referit ca fiind MPEG-3

9. MPEG-4 • Spre deosebire de primele doua standarde care se refera – in principal – la eficienta compresiei, MPEG-4 se refera la noi functionalitati: • terminal utilizator fixe si mobile • accesul bazelor de date, cumunicatii si servicii de tip interactiv • MPEG-4 consta dintr-o familie de codare audio, pornind de la codarea vorbirii cu debite mici (sub 2 Kbit/s) pana la codari de inalte calitate de 64 Kbit/s pe canal

10. MPEG-4 • Furnizeaza instrumente pentru codarea obiectelor audio, naturale si artificiale • Permite reprezentarea sunetelor naturale (vorbire si muzica) si sinteza sunetelor bazata pe descrieri structurate • Reprezentarea sunetului sintetizat poate fi obtinuta din date de tip text sau din descrierea instrumentului si prin codarea unor parametri pentru a obtine anumite efecte, cum sunt reverberatia si spatialitatea • Reprezentarile furnizeaza compresie si alte facilitati, cum sunt scalabilitatea si redarea in ordine inversa (play-back) la difierite viteze

11. MPEG-7 • MPEG-7 nu defineste algoritmi • Este un standard de reprezentare a continutului pentru scopuri de cautare a informatiei in multimedia, filtrare, management si procesare. • Furnizeaza: • descrieri standardizate si scheme de descriere a structurilor audio si a continutului sunetului • un limbaj pentru a specifica astfel de descrieri si scheme de descriere

12. Descrierea standardului MPEG-1 Audio • Straturile si modurile de operare • Standardul consta din trei niveluri/straturi, I, II, si III(Layer I, II, and III) de complexitate, intarziere si calitate subiectiva crescande • Din pdv al hardware-ului si software-ului, straturile superioare contin mai multe blocuri • Straturile superioare contin blocurile straturilor inferioare la care se adauga noi blocuri • Un decodor audio standard complet (full) MPEG-1 este capabil sa decodeze toate cele trei straturi.

13. Descrierea standardului MPEG-1 Audio • Ierarhia straturilor standardului MPEG-1/Audio • Pentru aceeasi calitate a perceptiei, creste raportul de compresie si scade debitul de informatie

14. Straturile I si II • Straturile MPEG I si II au structuri similare • Stratul II obtine performante mai bune, intrucat informatia despre factorii de scalare este redusa prin exploatarea redundantei dintre factorii de scalare • In plus, cuantizarea se face pe o scara mai fina • Codorul straturilor I si II codeaza intrarea digitala audio in 32 de subbenzi cu ajutorul unor filtre trece banda egal distantate • Pentru maparea frecvetelor se foloseste o structura de filtru special (polyfazic), fiecare avand 512 coeficienti

15. Structura codecului MPEG-1/audio (Straturile I si II)

16. Structura de baza • Primul pas este conversia semnalului audio in componente spectrale cu ajutorul unui bank de filtre • Straturile I si II utilizeaza filtrebank de tip sub-banda, iar stratul II foloseste o structura hibrida • Fiecare componenta spectrala este cuantizata si codata cu scopul de a mentine zgomotul de cuantizare mai mic decat pragul de mascare • Numarul de biti pentru fiecare sub-banda si factor de scala este determinat pentru o lungime de tip bloc • Fiecare bloc are 12 (in Stratul I) sau 36 (Straturile II si III) esantioane sub-banda • Numarul de biti de cuantizare este obtinut cu un algoritm de alocare dinamica controlat de modelul psiho-acustic • Cuvintele de cod pentru sub-benzi, factorul de scala si bitii de alocatie sunt multiplexati pentru a se obtine o secventa (sir) de biti, impreuna cu un antet (header) si cu o serie de date optionale (auxiliare)(ancillary) • In decodor are loc filtru bank de sinteza reconstruieste blocul de 32 iesiri de esantioane din sirul de biti demultiplexati

17. Structura de baza • Numarul de nivele de cuantizare pentru fiecare componenta spectrala se obtine dintr-o regula de alocare dinamica a bitilor controlata de modelul pshiho-acustic • Procedura iterativa minimizeaza NMR in fiecare subbanda • Se porneste cu numarul de biti zero si cu un factor de scalare zero • La fiecare pas al iteratiei, circuitul de cuantizare SNR(m), numarul de niveluri este crescut pentru a produce cela mai mare NMR la iesirea cuantizorului • Se folosesc tabele de corespondenta pentru estimarea SNR(m) functie de m

18. Structura de baza • Blocul de compandare se utilizeaza in procesul de cuantizare, astfel incat se formeaza blocuri de esantioane, in care cel mai mare esantion are valoarea 1, acest lucru fiind obtinut cu ajutorul factorului de scala • In stratul I, se formeaza blocuri de 12 esantioane scalate si decimate in fiecare subbanda (stanga si dreapta) • La frecventa de esantionare de 48 KHz, cele 12 esantionae pentru o subbanda corespund unui interval audio de 8 ms • Intrucat sunt 32 de blocuri, fiecare cu 12 esantioane, rezulta 32*12=384 esantioane audio • Exista cate un bit pentru fiecare bloc

19. Structura de baza • In stratul II, in fiecare sub-banda se foloseste un super-bloc de 36 de esantioane, constituit din trei blocuri de 12 esantionae decimate • Super-blocul corespunde unui interval audio de 24 ms la 48 KHz frecventa de esantionare • Exista un bit alocat pentru fiecare super-bloc cu cate 36 de esantioane • Cele 32 super-blocuri, fiecare cu 36 esantioane decimate reprezinta – toate impreuna: 36*36=1152 esantioane audio • Ca si in stratul I, pentru fiecare bloc de 12 esantionae se calculeaza un factor de scalare • Pentru transmiterea factorilor de scalare se foloseste o tehnica de eliminare a redundantei, bazata pe marimea schimbarii factorilor de scala, se transmite unul, doi sau toti trei factori de scala, impreuna cu o informatie de 2 biti pentru selectia coeficientilor de scalare

20. Decodarea • Secventele sub-benzilor sunt reconstruite pe baza blocurilor cu 12 esantioane considerand factorul de scala decodat si informatia de alocare a bitilor • Daca o sub-banda nu are biti alocati, esantioanele corespunzatoare acestei sub-benzi sunt considerate zero • La fiecare calcul a celor 32 sub-benzi se aplica unui fintru bank de sinteza, si se obtin 32 esantioane audio in format PCM fiecare pe 16 biti • In comunicatiile bidirctionale si in sistemele de inregistrare, filtrul bank poate fi utilizat in mod invers in procesul de decodare

21. Descrierea stratului 3 al standardului MPEG audio

22. Caracteristici • Flexibilitate • In vederea aplicarii unei largi palete de aplicatii si scenarii, MPEG defineste reprezentari ale datelor incluzand un numar de optiuni • Mod de operare: MPEG-1 lucreaza pentru semnale mono dar si stereo • O tehnica numita codare stereo compusa (joint stereo coding) poate fi utilizata pentru a coda mai eficient canalele stanga si dreapta ale semnalului audio stereofonic • Nivelul 3 permite codarea duala mijloc/stereo si a intensitatii stereo. Modurile de operare sunt: • un canal • canal dublu (doua canele independent, de exemplu continand informatie audio in 2 limbi diferite) • stereo • stereo compus

23. Caracteristici • Debitul informatiei (Bit-rate) • Alegerea ratei de bit este lasata, intre anumite limite, la optiunea celui care implementeaza codorul MPEG audio • Pentru nivelul 3, standardul defineste un domeniu al debitelor de la 8Kbit/s la 320 Kbit/s • Mai mult, decodorul pentru nivelul 3 trebuie sa suporte schimbarea tarei de birt de la un cadru la altul

24. Caracteristici • Codorul • Codarea MPEG audio este lasata complet la latitudinea celui care implementeaza standardul • Stratul III este comun pentru MPEG-1 si MPEG-2 • Acest strat introduce structuri noi, asa cum se prezinta in figura 11, in particular un filtru bank comutat • In plus, se face o analiza prin sinteza, un control avansat al pre-ecourilor, o cuantizare neuniforma si o codare entropica • O tehnica de memorare, denumita „bit reservoir” conduce la micsorarea ratei de bit • Este singurul strat care furnizeaza suport pentru decodarea codarii cu rata de bit variabila

25. Caracteristici • Filtru bank hibrid comutat • Pentru a obtine o rezolutie in frecventa imbunatatita, aproape de partitia in benzi critice, cele 32 de semnale su-banda sunt divizate in continuare prin aplicarea fiecarei sub-benzi, o MDCT in 6 sau 18 puncte, cu 50% suprapunere • Deci fereastra va contine, 12 respectiv 36 esantioane • Numarul maxim de componente din frecventa este 32*18=576, fiecare reprezentand o banda de 24000/576 = 41.67 Hz • Transformarea bloc in 18 puncte se aplica pentru a furniza o rezolutie imbunatatita, in timp ce transformarea bloc in 6 puncte ofera o rezolutie mai buna in domeniul timp • Aceasta din urma se palica in cazul asteptarii unor pre-ecouri • Depinzand de natura pre-ecourilor asteptate, o parte sau toate transformarile sunt schimbate

26. Structura blocului de compandare

27. Caracteristici • Cuantizare si codare • Esantionale iesirii MDCT sunt esantionate neuniform, furnizand astfel o eroare-medie patratica mica si o mascare buna • „Rezervorul de biti” aigura ca bufferul decodorului nu este niciodata gol sau depajit (under-flowand over-flow) cand se prezinta secventa de siboluri binare, cu o rata constanta, la intrarea decodorului • Modelul perceptual fie utilizeaza un analizor (filtru-bank) separat sau combina calculul valorilor energiilor si filtrul principal • Iesire modelului perceptual consta in valorile pragurilor de mascare pentru fiecare partitie a codoruluil • In nivelul 3, partitiile codorului sunt echivalente – in mare – cu benzile critice ale auzului uman • Daca zgomotul de cuantizare poate fi pastrat sub pragul de mascare pentru fiecare partitie a codorului, atunci rezultatul compresiei trebuie sa nu difere de semnalul original

28. Caracteristici • Cuantizarea este neliniara, astfel incat valorile mari sunt codate automat mai putin precis • Valorile cuantizate sunt codate Huffman • Pentru adaptarea procesului de codare la diferite statistici ale semnalului audio, tabela Huffman este selectata dintr-o multime cu mai multe optiuni, astfel incat se pot folosi diferite tabele Huffman pentru parti diferite ale spectrului • Procesul de cautare al castigului optim si a factorilor de scalare pentru un bloc dat se face uzual prin doua bucle de iterative, ce lucreaza in modul analiza-sinteza • o bulcainterna • o buclaexterna

29. Caracteristici • Bucla interna (bucla pentru rata de bit) • Tabela Huffman aloca cuvinte de cod scurte valorile cuantizate ce apar cel mai des • Daca numarul de biti rezultati din operatia de codare depaseste numarul de biti disponibili pentru a coda un bloc de date, se poate corecta prin ajustarea castigului global pentru a determina un pas de cuantizare mai mare, obtinandu-se un numar mai mic de valori cuantizate • Bucla se numeste rate loop pentru ca modifica rata globala a codorului pana cand este suficient de mica

30. Caracteristici • O bucla externa (bucla de control a zgomotului): • pentru obtinerea unui zgomot de cuantizare la un prag de mascare, factorii de scala sunt aplicati la fiecare factor de scala al benzii • Sistemul pleaca cu un factor de scala unitial de 1.0 pentru fiecare banda • Daca zgomotul de cuantizare intr-o banda data depaseste pragul auditiei (deci, zgomotul acceptabil) asa cum s-a furnizat de modelul perceptual, factorul de scala pentru aceasta banda este ajustat pentru reducerea zgomotului de cuantizare • Intrucat obtinerea unui zgomot de cuantizare mic necesita un numar mare de pasi de cuantizare si – deci – o rata de bit mare, rata de ajustare a buclei trebuie sa se repete de fiecare data cand se aplica noi factori de scala • Bucla externa este executata pana cand zgomotul actual (calculat ca diferenta intre valorile spectrului original si valorile spectrului cuantizate) este mai mic decat pragul de mascare pentru fiecare factor de scala al unei benzi

31. Descrierea standardului MPEG-2 AAC • AAC urmeaza aceasi structura ca si stratul 3 • analizor de inalta rezolutie • cuantizare neuniforma • codare Huffman • bucle iterative cu analiza-sinteza dar adaugao serie de detalii prin utilizarea unor noi instrumente de codare pentru imbunatatirea calitatii la debite mici de informatie

32. Structura MPEG-2 AAC

33. Structura MPEG-2 AAC • Imbunatatiri pentru cresterea eficientei codarii: • rezolutie in frecventa ridicata: numarul de frecvente in AAC este pana la 1024 in comparatie cu 576 cat foloseste stratul 3 • Predictie: se imbunatateste predictia in special pentru semnalale ce contine componente armonice (semnale sinusoidale) • Codare Huffman imbunatatita: codarea liniilor de frecventa prin considerarea grupurilor de cate 4 linii spectrale, se palica mai des

34. Structura MPEG-2 AAC • Imbunatatiri pentru cresterea calitatii audio: • in locul analizorului de tip banc de filtre hybrid (doua filtre in casacada) se utilizeaza filtre cu MDCT cu impuls la raspuns de 5.3 ms la 48 KHz, fata de 18.6 ms cat are stratul III • Tehnica TNS (temporal Noise Shaping): se caluleaza anvelopa zgomotului in doemniul frecventelor joase prin folosirea unei predictii in domeniul frecventa • Este importanta la imbunatatirea calitatii vorbirii la debite mici de informatie • Prin combinarea acestor tehnici se obtine aceeasi calitate a vorbirii dar la un debit de informatie cu 70% mai mic decat al startului III

35. Structura datelor (Frame) pentru MPEG-1, straturile I si II Strat I = 384 esantioane sub-banda; Strat II = 1152 esantioane subbanda Pachete = 4-octeti pentru antet si 184 octeti pentru campul de date

36. Structura datelor (Frame) pentru MPEG-1, straturile I si II • Fiecare cadru are un antet • prima parte contine 12 biti pentru sincronizare, 20 biti pentru informatia despre sistem, si –optional – 16 biti pentru CRC • Partea a doua contine informatii despre structura, adica despre alocarea bitilor si a factorilor de scalare (si, in Stratul II, informatie pentru seelctia factorilor de scalare) • Ca informatie principala, cadrul transporta in total • 32*12 esantioane ale sub-benzilor (corespunzator a 384 esantioane audio de intrare in format PCM – echivalent la 8 ms la o rata de esantionare de 48 KHz) in stratul I • un total de 32*36 esantioane ale subbenzilor in stratul II (corespunzand la 1152 PCM esantioane de intrare, echivalent cu 24 ms la o rata de 47 KHz)

37. Structura datelor (Frame) pentru MPEG-1, straturile I si II • De retinut ca toate cadrele sunt autonome, in sensul ca fiecare cadru contine toata informatia pentru decodificare • Deci fiecare cadru poate fi decodat in mod independent de cadrele anterioare • Lungimea unui cadru nu este fixata intrucat: • lungimea campului principal de informatie, ce depinde de rata bitilor si de frecventa de esantionare • informatia de structura, care variaza in stratul II • campul pentru informatia auxiliara, a carui lungime nu este specificata

38. Structura datelor pentru MPEG-1, stratul III • MPEG-1 impune folosirea unui antet pentru fiecare cadru (fiecare 24 ms la fs=48 KHz) • In principal contine: • un cuvant de sincronizare: spre deosebire de alte standarde, cuvantul de sincronizare poate apare si in fluxul de date • De aceea, un circuit de sincronizare trebuie sa verifice aparitia a mai mult de un cuvant de sincronizare si sa se resincronizeze daca nu gaseste cuvinte de sincronizare aflate la offsetul corect data de frecventa de esantionare si de debitul de informatie • Debitul de informatie: este specificat intotdeauna pentru intreg fluxul de date si nu pe canal • In cazul stratului III rata de bit se poate schimba determinata de rata de bit folosita la codare

39. Structura datelor pentru MPEG-1, stratul III • Frecventa de esantionare: determina schimbarea frecventei de esantionare • Stratul: se specifica numarul stratului: I, II sau III si daca este MPEG-1 sau MPEG-2 • Modul de codare: se specifica modul de codare: mono, dual mono, stereo sau stereo compus • Protectie la copiere: fiecare antet contine 2 biti pentru SCMS (Serial Copy Management Scheme) pusa pentru protectia la copiere • Din cauza posibilitatii modificarii acestora pe cale soft, importanta practica este redusa • Datorita repetitiei intregii informatii necesara decodarii in fiecare cadru, fluxul de date MPEG-1/2 poate fi decodat incepand din orice punct

40. Structura datelor pentru MPEG-2 AAC • In timp ce pentru MPEG-1 formatul de baza audio si sintaxa transportului pentru sincronizare si pentru codarea parametrilor este pastrat impreuna intr-un mod nesaparabil, MPEG-2 AAC le defineste amandoua dara da libertatea aplicatiei sa aleaga sintaxei transportului

41. Structura datelor pentru MPEG-2 AAC • Standardul defienste doua exemple de trasport a datelor audio: • ADIF (Audio Data Interchange Format) grupeaza toate datele pentru controlul decodorului (cum este frecventa de esantionare, modul, etc) intr-un singur antet ce precede fluxul de date audio • Aceasta optiune este utila pentru schimbul de fisiere (se schima numai antetutul) dar nu permite segmentarea fluxului de date sau inceperea decodarii in orice punct asa cum permite MPEG-1 • ADTS (Audio Data Trasnport System): impacheteaza datele AAC in cadre cu antete similare antetului folosit de MPEG-1 • AAC este semnalizat/indicat ca stratul IV al standardului MPEG audio • Spre deosebire de startul III, rata cadrelor este variabila, continand intotdeauna datele audio pentru un cadru complet intre doua cuvinte de sincronizare • ADTS permite decodarea din orice punct al fluxului de date

42. Recapitulare • Prin utilizarea unui codor cu performante bune, ambele standarde Startul III si MPEG-2 AAC pot comprima mesajele audio cu mentinerea calitatii CD • Stratul III are o complexitate mai mica este cel mai folosit • AAC este considerat succesorul lui MP3 intrucat asigura o o compresie mai buna • Initial „.mp3” a fost creat pentru a descrie stratul 3 al standardului MPEG-1 in legatura cu software-ul pentru codorul si decodorul sub windows • Dupa standardizarea lui MPEG-2, fisierele sunet codate cu MPEG-2 la rate de esantionare reduse ale stratului III s-au numit tot „mp3” • Uneori MP3 este gresit numit MPEG-3

43. Compresiavorbiriiprinmodulatiadiferentiala a impulsurilor in cod • La modulaţiaimpulsurilorîn cod (MIC), fiecareeşantion era pus încorespodenţă cu un cuvânt de simboluribinare de lungimen • In cazulvorbirii, se constatăcăeşantioanelesuccesive ale unuisemnal real suntputerniccorelate • Există o dependenţă a număruluiNi, cu care se exprimăeşantionulcurent, de numereleNi-1, Ni-2, Ni-3,...., anterior exprimate • Evident, dependenţascadepemăsurace ne referim la eşantioanelemaiîndepărtateîntimp • Existenţadependenţei conduce la o redundanţăîntransmisie, deoarece nu toatesimbolurilesemnalului numeric vorconţineaceeasiinformaţie • A apărutastfelideea de a transmite nu valoareaabsolutata a semnalului actual şivaloarearelativă a acestuiafaţă de eşantionul anterior • Acestlucru conduce la creştereavitezei de transmisieprinemiterea a maipuţinesemnale, printransmitereanumai a diferenţeidintredouăeşantioane

44. Compresiavorbiriiprinmodulatiadiferentiala a impulsurilor in cod • DacăDkestediferenţadintredouăeşantioane consecutive ale mesajuluim(t): D(k) =m(kT)-m[(k-1)T]=mk- mk-1 undeTesteperioada de eşantionare, valoareamediepatratică a diferenţeiDkpemultimeaesantioaneloreste undec=E[mk , mk-1]estecorelaţiadintredouăeşantioane consecutive, kşik-1

45. Compresiavorbiriiprinmodulatiadiferentiala a impulsurilor in cod • Dacăc>0,5 valoareacriteriuluiestemaimicădecâtvaloareapătraticămedie a eşantioanelor • AcestlucruînseamnăcădiferenţaDk se vaputeacuantiza cu un numărmaimic de cuantedecâteşantionulpropriu-zis, mk, adicăpentrutransmitereauneianumitecantităţi de informaţievafinevoie de un timpmaiscurtsau, echivalent, de o bandă de frecvenţămaimică • Sistemul de transmisiune care lucreazădupăacestprincipiu se numeştesistem de transmisiune cu modulaţiadiferenţială a impulsurilorîn cod • Modulaţiadeltaesteversiunea de un bit a modulaţieidiferenţiale a impulsurilor de cod • Realizareauneicodărimai simple dar cu păstrareafidelităţii, a impuscreştereacorelaţieidintreeşantioaneprinmărireafrecvenţei de eşantionare

46. Modulaţia delta uniformă • La acest tip de modulaţie, prin canal se transmite un singur bit care poartă informaţia despre semnul diferenţei, deci despre tendinţa pe care o are semnalul supus transmisiei. • La recepţie se va adăuga sau se va scade o cuantă din eşantionul anterior reconstituit, după cum bitul recepţionat este 1 respectiv 0 • Dacă cuanta este constantă, independentă de semnalul transmis, vorbim despre o modulaţie delta uniformă • Dacă cuanta se poate modifica în funcţie de dinamica semnalului, vorbim despre o modulaţie delta adaptivă • Introducerea unei variaţii în valoarea cuantei are scopul de a reduce zgomotul care însoţeşte transmisia ca urmare a cuantizării, deci îmbunătăţirea raportului semnal/zgomot de cuantizare.

47. Modulaţia delta uniformă • Un sistem de transmisiune clasic cu modulaţie delta cu pas fix se compune din: • modulator • canal de transmisiune • demodulator

48. Schema bloc a unui sistem cu modulaţie delta cu pas fix T este perioada de eşantionare, S&H circuit de eşantionare şi menţinere, F()=filtru de ieşire, H()=circuit liniar şi C=comparator

49. Modulaţia delta uniformă • Semnalul analogic s(t) este transformat de modulator într-un şir de simboluri binare cu ajutorul unui comparator ce compară în mod continuu s(t) cu mesajul refăcut, decizia comparatorului fiind eşantionată • Simbolurile binare, sub forma unor impulsuri negative şi pozitive, se introduc într-un circuit liniar cu funcţia de transfer H() care generează un semnal ce urmăreşte s(t) • Cel mai simplu circuit este un integrator

50. Modulaţia delta uniformă • Semnalul de intrare s(t), de banda limitată W, este eşantionat cu o frecvenţă fs>>2W. La fiecare eşantion se calculează semnul diferenţei dintre eşantionul de intrare curent s(k) şi ultima aproximaţie : • În funcţie de semnul acestei diferenţe se dă comanda de creştere sau de scădere a eşantionului următor, cu o valoare  numită cuantă de aproximare, conform relaţiei: • În acest fel, semnalul de intrare s(t) este înlocuit cu un semnal care îl aproximează cu o anumită precizie • Pe canal, se va transmite semnul diferenţei bk, din care la recepţie se poate reconstitui semnalul s(t)