Modulacja Delta (DM)
Prosta, 1-bitowa technika kodowania r贸偶nicowego, w艂膮czaj膮c jej warianty adaptacyjne (ADM).
Alternatywa dla PCM: Kodowanie R贸偶nicy
Chocia偶 jest metod膮 uniwersaln膮, istniej膮 inne techniki, kt贸re mog膮 by膰 bardziej wydajne w okre艣lonych zastosowaniach. Modulacja Delta (DM) jest tego doskona艂ym przyk艂adem. Zamiast kodowa膰 bezwzgl臋dn膮 warto艣膰 ka偶dej pr贸bki, DM koduje r贸偶nic臋 mi臋dzy bie偶膮c膮 pr贸bk膮 a aproksymacj膮 poprzedniej. Jest to najprostsza forma r贸偶nicowej modulacji impulsowo-kodowej (DPCM), wykorzystuj膮ca tylko jeden bit do kwantyzacji.
Jak Dzia艂a Modulacja Delta (DM)?
Zasada dzia艂ania DM polega na 艣ledzeniu analogowego sygna艂u wej艣ciowego za pomoc膮 prostej aproksymacji schodkowej. Sygna艂em wyj艣ciowym jest strumie艅 bit贸w wskazuj膮cy, czy aproksymacja schodkowa ma w danym kroku wzrosn膮膰, czy zmale膰.
Proces DM
- Por贸wnanie: Analogowy sygna艂 wej艣ciowy jest por贸wnywany z bie偶膮c膮 warto艣ci膮 sygna艂u aproksymuj膮cego (schodkowego), kt贸ry jest przechowywany w p臋tli sprz臋偶enia zwrotnego.
- Kwantyzacja 1-bitowa: Prosty dzia艂a jako kwantyzator 1-bitowy.
- Je艣li sygna艂 wej艣ciowy jest wi臋kszy ni偶 aproksymacja, na wyj艣ciu pojawia si臋 binarna '1'.
- Je艣li sygna艂 wej艣ciowy jest mniejszy ni偶 aproksymacja, na wyj艣ciu pojawia si臋 binarna '0'.
- Aktualizacja Aproksymacji: Wyj艣cie binarne jest kierowane z powrotem do .
- Po otrzymaniu '1', integrator zwi臋ksza swoje wyj艣cie o sta艂y krok, .
- Po otrzymaniu '0', integrator zmniejsza swoje wyj艣cie o ten sam sta艂y krok, .
Proces ten powtarza si臋 z du偶膮 cz臋stotliwo艣ci膮 pr贸bkowania (np. 32 kHz), co skutkuje sygna艂em schodkowym "艣cigaj膮cym" analogowe wej艣cie oraz prostym strumieniem binarnym reprezentuj膮cym kierunek zmian sygna艂u.
Wrodzone Wady: Przeci膮偶enie Zbocza i Szum Granularny
Prostota sta艂ego kroku () jest jednocze艣nie najwi臋ksz膮 s艂abo艣ci膮 DM, prowadz膮c do dw贸ch charakterystycznych rodzaj贸w zniekszta艂ce艅.
Zniekszta艂cenie Przeci膮偶enia Zbocza
Wyst臋puje, gdy sygna艂 analogowy zmienia si臋 zbyt szybko - jego nachylenie jest wi臋ksze, ni偶 aproksymacja schodkowa jest w stanie nad膮偶y膰. Sta艂y krok jest za ma艂y. Rezultatem jest znaczne op贸藕nienie aproksymacji wzgl臋dem prawdziwego sygna艂u, co powoduje du偶e zniekszta艂cenia, szczeg贸lnie na stromych zboczach.
Szum Granularny
To przeciwny problem. Gdy sygna艂 analogowy jest wzgl臋dnie p艂aski lub zmienia si臋 bardzo wolno, sta艂y krok jest za du偶y. Aproksymacja schodkowa nieustannie "przeskakuje" powy偶ej i poni偶ej sygna艂u, generuj膮c wzorzec naprzemiennych '1' i '0'. Ta oscylacja wprowadza do zrekonstruowanego sygna艂u szumi膮c膮, "ziarnist膮" tekstur臋.
Symulator Modulacji Delta
Kontrolki Modulacji Delta
Sygna艂 wej艣ciowy
Rozmiar kroku 未
Modulator Delta - 未=0.20, fs=50 Hz
Por贸wnanie: oryginalny vs aproksymowany (b艂膮d i obszary)
Ulepszenie: Adaptacyjna Modulacja Delta (ADM)
Aby przezwyci臋偶y膰 ograniczenia sta艂ego kroku, opracowano Adaptacyjn膮 Modulacj臋 Delta (ADM). W ADM wielko艣膰 kroku nie jest sta艂a; jest dynamicznie dostosowywana na podstawie najnowszej historii wyj艣ciowego strumienia bit贸w.
Logika Adaptacji (Przyk艂ad)
- Aby zwalczy膰 przeci膮偶enie zbocza: Je艣li modulator na wyj艣ciu generuje sekwencj臋 identycznych bit贸w (np. '111' lub '000'), oznacza to, 偶e aproksymacja nie nad膮偶a. W odpowiedzi logika zwi臋ksza wielko艣膰 kroku (np. podwaja go).
- Aby zwalczy膰 szum granularny: Je艣li modulator generuje wzorzec naprzemienny (np. '1010'), sugeruje to, 偶e aproksymacja oscyluje wok贸艂 sygna艂u. W贸wczas logika zmniejsza wielko艣膰 kroku.
Ta inteligentna adaptacja pozwala ADM osi膮gn膮膰 lepsze 艣ledzenie sygna艂u ni偶 standardowa DM, zapewniaj膮c wy偶sz膮 jako艣膰 przy tej samej przep艂ywno艣ci lub podobn膮 jako艣膰 przy ni偶szej przep艂ywno艣ci, przy jedynie umiarkowanym wzro艣cie z艂o偶ono艣ci.