델타 변조

델타 PWM의 원리.출력 신호(파란색)를 한계(녹색)와 비교합니다.한계(녹색)는 기준 신호(빨간색)에 해당하며, 지정된 값만큼 오프셋됩니다.출력 신호가 한계 중 하나에 도달할 때마다 PWM 신호의 상태가 변경됩니다.

델타 변조(DM 또는 δ 변조)는 품질이 일차적으로 중요하지 않은 음성 정보의 전송에 사용되는 아날로그/디지털 및 디지털/아날로그 신호 변환 기술입니다.DM은 Differential Pulse-Code Modulation(DPCM; 차분 펄스 코드 변조)의 가장 단순한 형태로, 연속되는 샘플 간의 차이가 n비트 데이터 스트림으로 부호화됩니다.델타 변조에서는, 송신 데이터가 1비트 데이터 스트림으로 환원된다.주요 기능은 다음과 같습니다.

아날로그 신호는 일련의 세그먼트로 근사됩니다.
근사신호의 각 세그먼트는 앞의 비트와 비교되며, 이 비교에 의해 후속 비트가 결정된다.
변경 정보만 전송됩니다. 즉, 이전 샘플과 신호 진폭의 증가 또는 감소만 전송되며, 변경되지 않는 조건에서는 변조된 신호가 이전 샘플과 동일한 0 또는 1 상태로 유지됩니다.

높은 신호 대 잡음비를 실현하려면 델타 변조가 오버샘플링 기술을 사용해야 합니다. 즉, 아날로그 신호가 나이키스트 속도보다 몇 배 높은 속도로 샘플링됩니다.

파생된 델타 변조 형태는 연속 가변 경사 델타 변조, 델타 시그마 변조 및 차분 변조입니다.차분 펄스 코드 변조는 DM의 슈퍼셋입니다.

원칙

델타변조는 입력 아날로그 파형의 값을 정량화하는 것이 아니라 그림 1의 블록 다이어그램과 같이 전류와 이전 단계의 차이를 정량화합니다.

그림 1 – δ-변조기/복조기 블록 다이어그램

변조기는 입력 신호와 이전 단계의 적분 간의 차이를 변환하는 양자화기에 의해 만들어집니다.가장 간단한 형태에서 양자화기는 0(2레벨 양자화기)을 참조하는 비교기로 실현할 수 있으며, 입력 신호가 양수 또는 음수일 경우 출력은 1 또는 0입니다.복조기는 단순히 (피드백루프의 것과 같은) 인테그레이터입니다.그 출력은 1 또는0 을 수신할 때마다 상승 또는 하강합니다.인테그레이터 자체는 로우패스필터를 구성합니다.

전송 특성

델타 변조에서 노이즈의 두 가지 소스는 스텝 크기가 너무 작아서 원래 파형을 추적할 수 없는 "경사 오버로드"와 스텝 크기가 너무 클 때의 "입상성"입니다.그러나 1971년 연구에 따르면 SNR ^[1]측정에만 기반하여 예상할 수 있는 것보다 입도에 비해 경사 과부하가 덜 불쾌하다.

출력 신호 전력

델타 변조에서는 입력 신호의 진폭에 제한이 있습니다. 전송 신호에 큰 파생(파손 변화)이 있는 경우 변조된 신호가 입력 신호를 따르지 못하고 기울기 과부하가 발생하기 때문입니다.예: 입력 신호가

$m(t)={A\cos(\omega t)}$ ${A\cos(\omega$ t $m(t)={A\cos(\omega t)}$

변조기에 의해 전송되는 변조 신호(입력 신호의 상대)는 다음과 같습니다.

$|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ ） $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ x $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ \ $displaystyle$ \ $dot$ { $m}$ （ $t ） _$ { $max$ } = \ $메가$ A $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A$ } ,

반면 경사 과부하를 피하기 위한 조건은

$m$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ ） $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ < $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ s $|{\dot {m}}(t)|_{max}=\omega A<\sigma f_{s}$ \ $displaystyle$ \ $dot$ { $m}$ （ $t$ ） _ { max } = \ $omega$ A < \ $sigma f$ _ { $s$ 。

따라서 입력 신호의 최대 진폭은

$A_{max}={\sigma f_{s} \over \omega }$ $A_{max}={\sigma f_{s} \over \omega }$ $A_{max}={\sigma f_{s} \over \omega }$ $A_{max}={\sigma f_{s} \over \omega }$ $A_{max}={\sigma f_{s} \over \omega }$ f s $A_{max}={\sigma f_{s} \over \omega }$ { $displaystyle$ A _ { max } = $sigma f _$ { s $}$ \ $over$ \ omegaomega 、

여기서_s f는 샘플링 주파수, θ는 입력 신호의 주파수, θ는 양자화 단계 크기입니다.따라서_max A는 DM이 슬로프 과부하를 일으키지 않고 전송할 수 있는 최대 진폭이며 전송된 신호의 전력은 최대 진폭에 따라 달라집니다.

비트레이트

통신 채널의 대역폭이 한정되어 있는 경우는, DM 또는 PCM 의 어느 쪽에서도 간섭이 발생할 가능성이 있습니다.따라서 'DM'과 'PCM'은 샘플링 ^{[dubious – discuss]}주파수의 N배와 동일한 비트 전송률로 작동합니다.

적응형 델타 변조

적응형 델타 변조(ADM)는 ^[2]1968년 NJ Institute Of Technology 박사 논문으로 John E. Abate 박사(AT&T Bell Laboraties Fellow)에 의해 처음 발표되었습니다.ADM은 나중에 NASA의 모든 임무 통제와 우주선 간의 통신 표준으로 선택되었다.

1980년대 중반, 매사추세츠 오디오 회사 DBX는 적응형 델타 변조를 기반으로 상업적으로 성공하지 못한 디지털 녹음 시스템을 출시했습니다.DBX 700을 참조하십시오.

적응형 델타 변조 또는 연속 가변 경사 델타 변조(CVSD)는 스텝 크기가 고정되지 않은 DM을 수정한 것입니다.오히려 연속되는 여러 비트가 같은 방향값을 갖는 경우 인코더와 디코더는 슬로프 과부하가 발생하고 있다고 가정하고 스텝사이즈는 점차 커집니다.

그렇지 않으면 스텝 사이즈는 시간이 지남에 따라 점차 작아집니다.ADM은 양자화 오차를 증가시키는 대신 기울기 오차를 줄입니다.이 오류는 저역 통과 필터를 사용하여 줄일 수 있습니다.ADM은 비트오류가 존재하는 상황에서 견고한 퍼포먼스를 제공합니다.즉, ADM 무선 설계에서는 에러 검출과 수정이 일반적으로 사용되지 않습니다.이것은 적응형 델타 변조를 가능하게 하는 매우 유용한 기술입니다.

적용들

델타 변조의 현대적 응용 프로그램에는 레거시 신시사이저 파형 재생이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.FPGA 및 게임 관련 ASIC의 가용성이 높아짐에 따라 슬로프 과부하 및 입도 문제를 피하기 위해 샘플링 레이트를 쉽게 제어할 수 있다.예를 들어 C64DTV는 32MHz 샘플링 레이트를 사용하여 SID 출력을 허용 가능한 ^[3]수준으로 재생성하기 위한 충분한 다이내믹 레인지를 제공하고 있습니다.

SBS 애플리케이션 24kbps 델타 변조

델타 변조는 Satellite Business Systems 또는 SBS에 의해 음성 포트로 사용되어 기업 간 통신 요구가 큰 국내 대기업(IBM 등)에게 장거리 전화 서비스를 제공합니다.이 시스템은 1980년대 내내 사용되었습니다.사용되는 음성 포트는 Voice Activity Compression(VAC; 음성 액티비티 압축) 및 에코 서프레서를 사용하여 디지털로 구현된24 kbit/s 델타 변조를 사용하여 위성을 통과하는 반초 에코 패스를 제어합니다.이들은 24kbit/s 델타 모듈레이터가 고품질의 전화 회선 또는 표준 64kbit/s μlaw 컴파일 PCM과 비교하여 식별 가능한 열화 없이 완전한 음성 품질을 달성하는지 확인하기 위해 정식 리스닝 테스트를 실시했습니다.이를 통해 위성 채널 용량이 8개에서 3개로 향상되었습니다.IBM은 Satellite Communications Controller와 음성 포트 기능을 개발했습니다.

1974년 최초 제안에서는 단일 인테그레이터와 게인 오류 복구를 위해 수정된 Shindler Compander가 포함된 최첨단 24kbit/s 델타 변조기를 사용했습니다.이것은 완전한 전화 회선 음성 품질을 밑도는 것으로 판명되었습니다.1977년 NC의 IBM Research Triangle Park 연구소에 엔지니어 1명과 보조 2명이 배치되어 품질 향상을 도모했습니다.

최종 구현은 통합기를 장기 평균 음성 스펙트럼에 근접하도록 설계된 2극 복합 쌍 저역 통과 필터로 구현된 예측기로 대체했다.이론상으로는 적분기는 신호 스펙트럼과 일치하도록 설계된 예측 변수여야 합니다.거의 완벽한 Shindler Compander가 수정된 버전을 대체했습니다.수정된 컴포더는 대부분의 신호 레벨에서 완벽한 스텝사이즈가 되지 않는 것으로 확인되었으며, 고속 게인 오류 복구는 단순한 신호 대 노이즈 측정과 비교하여 실제 리스닝 테스트에 의해 결정된 노이즈를 증가시켰습니다.최종 컴포더는 12비트 산술에 의한 자연 잘라내기 반올림 오류로 인해 매우 가벼운 게인 오류 복구를 달성했습니다.

6개의 포트에 대한 델타 변조, VAC 및 에코 제어의 완전한 기능은 12비트 산술에 의한 단일 디지털 집적회로 칩에 구현되었습니다.단일 DAC(Digital-to-Analog Converter)는 변조기의 전압 비교 기능과 복조기 출력의 샘플 공급 및 홀드 회로를 제공하는 6개의 포트 모두에 의해 공유되었습니다.단일 카드에는 칩, DAC 및 변압기를 포함한 전화 회선 인터페이스용 아날로그 회로가 모두 포함되어 있습니다.

「」를 참조해 주세요.

원천

Steele, R. (1975). Delta Modulation Systems. London: Pentech Press. ISBN 0-470-82104-3.
이 문서에는 General Services Administration 문서의 퍼블릭 도메인 자료가 포함되어 있습니다(MIL-STD-188 지원).

^ N. S. Jayant와 A. E. Rosenberg."델타 음성 변조에서의 입도보다 경사 과부하의 선호도"Bell System Technical Journal, Volume 50, No. 10, 1971년 12월. 오리지널^{[permanent dead link]} 구글은 HTML^{[dead link]} 버전을 캐시했습니다.
^ Abate, John Edward. "Linear and adaptive delta modulation (1967)". Digital commons @ New Jersey Institute of Technology.
^ 올슨, 미켈 홀름 2011년 11월 16일2013년 6월 29일에 접속.http://symlink.dk/nostalgia/dtv/dtvsid/

외부 링크

델타 변조기

[1] N. S. Jayant와 A. E. Rosenberg."델타 음성 변조에서의 입도보다 경사 과부하의 선호도"Bell System Technical Journal, Volume 50, No. 10, 1971년 12월. 오리지널^{[permanent dead link]} 구글은 HTML^{[dead link]} 버전을 캐시했습니다.

[2] Abate, John Edward. "Linear and adaptive delta modulation (1967)". Digital commons @ New Jersey Institute of Technology.

[3] 올슨, 미켈 홀름 2011년 11월 16일2013년 6월 29일에 접속.http://symlink.dk/nostalgia/dtv/dtvsid/

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