ITU-T G 726 APP III FRENCH-1995 COMPARISON OF ADPCM ALGORITHMS《自适应差分脉冲编码调制算法的比较 附件4到国际电信联盟电信标准化部推荐G 726 数字传输系统的各个方面研究组15 44页》.pdf

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1、UNION INTERNATIONALE DES TLCOMMUNICATIONSUIT-T Appendice III (Rec. G.726)Appendice II (Rec. G.727)SECTEUR DE LA NORMALISATION (05/94)DES TLCOMMUNICATIONSDE LUITASPECTS GNRAUX DES SYSTMESDE TRANSMISSION NUMRIQUESCOMPARAISON DES ALGORITHMESDE MODULATION PAR IMPULSIONSET CODAGE DIFFRENTIEL ADAPTATIFApp

2、endice III la Recommandation UIT-T G.726Appendice II la Recommandation UIT-T G.727(Antrieurement Recommandation du CCITT)AVANT-PROPOSLUIT-T (Secteur de la normalisation des tlcommunications) est un organe permanent de lUnion internationale destlcommunications (UIT). Il est charg de ltude des questio

3、ns techniques, dexploitation et de tarification, et met cesujet des Recommandations en vue de la normalisation des tlcommunications lchelle mondiale.La Confrence mondiale de normalisation des tlcommunications (CMNT), qui se runit tous les quatre ans, dtermineles thmes dtudes traiter par les Commissi

4、ons dtudes de lUIT-T lesquelles laborent en retour desRecommandations sur ces thmes.Lapprobation des Recommandations par les Membres de lUIT-T seffectue selon la procdure dfinie dans laRsolution n 1 de la CMNT (Helsinki, 1er-12 mars 1993).LAppendice III la Recommandation UIT-T G.726 et lAppendice II

5、 la Recommandation UIT-T G.727, que lon doit la Commission dtudes 15 (1993-1996) de lUIT-T, ont t approuvs le 16 mai 1994._NOTEDans la prsente Recommandation, lexpression Administration est utilise pour dsigner de faon abrge aussi bienune administration de tlcommunications quune exploitation reconnu

6、e de tlcommunications. UIT 1995Droits de reproduction rservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque formeque ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccordcrit de lUIT.TABLE DES MATIRESApp. III/

7、G.726 App. II/G.727 (05/94)Page1 Historique. 12 Vue densemble des algorithmes MICDA 13 Principes des algorithmes des Recommandations G.726, G.727 et de la contribution COM XVIII-102 103.1 Prdiction adaptative et reconstitution du signal 103.2 Quantificateur adaptatif 133.3 Adaptation du facteur dche

8、lle du quantificateur 163.4 Commande de la vitesse dadaptation . 184 Principes de lalgorithme de la contribution COM XVIII-101. 204.1 Prdiction 204.2 Filtre autorgressif fixe. 234.3 Filtre autorgressif adaptatif . 244.4 Equations de mise jour. 254.5 Adaptation du quantificateur 295 Dcodeur MICDA 315

9、.1 Description gnrale . 315.2 Ajustement du codage synchrone . 316 Evaluation objective des algorithmes MICDA. 326.1 Thorie 326.2 Performance des algorithmes MICDA pour les donnes en bande vocale . 336.3 Mesures objectives 347 Evaluation subjective des algorithmes MICDA. 377.1 Evaluation subjective

10、de lalgorithme MICDA 32 kbit/s . 377.2 Evaluation subjective des extensions de la Recommandation G.721 . 377.3 Evaluation subjective des algorithmes MICDA imbriqus. 37Appendice I . 37Rfrences . 39App. III/G.726 - App. II/G.727 (05/94) i App. III/G.726 App. II/G.727App. III/G.726 App. II/G.727 (05/94

11、)Appendice III la Recommandation UIT-T G.726et Appendice II la Recommandation UIT-T G.727COMPARAISON DES ALGORITHMES DE MODULATIONPAR IMPULSIONS ET CODAGE DIFFRENTIEL ADAPTATIF(Genve, 1994)1 HistoriqueAu cours de la priode 1982-1990, le CCITT a adopt plusieurs algorithmes adaptatifs de modulation pa

12、r impulsions etcodage diffrentiel (MICDA). Lalgorithme 32 kbit/s (MICDA) dcrit dans la Recommandation G.721 26; 6 a tapprouv en premier. Plus tard, le cadre de la Recommandation G.721 a t largi par la Recommandation G.723 audbit de 40 kbit/s afin de prendre en charge les modems de donnes en bande vo

13、cale un dbit de 9,6 kbit/s, ainsiqu 24 kbit/s pour permettre la rduction de dbit binaire en cas dencombrement de rseau 27. Avant la dfinition dela Recommandation G.723, dautres algorithmes MICDA de performances quivalant lalgorithme 40 kbit/s ont tintgrs dans la conception des quipements de multipli

14、cation de circuits numriques (DCME) et ont t utiliss dans lesrseaux de tlcommunication. Ces algorithmes, dont lutilisation peut tre dcide par accord bilatral, sont dcrits dansles contributions COM XVIII-101 et COM XVIII-102 de la priode dtudes 1984-19881). En juillet 1990 finalement, leCCITT a regro

15、up les Recommandations G.721 et G.723 en y rajoutant un mode de fonctionnement 16 kbit/s pour lessituations de surcharge. Cet ensemble a t prsent sous forme de nouvelle Recommandation G.726. Le CCITT agalement approuv les algorithmes imbriqus MICDA de la Recommandation G.727, extensions des algorith

16、mesMICDA dbit fixe dfinis dans la Recommandation G.726.Cet appendice prsente une introduction unifie tous ces algorithmes, leurs caractristiques principales et leursperformances. Larticle 2 donne une vue densemble de tous les algorithmes MICDA que le CCITT a tudis. Larticle 3prsente une rvision des

17、principes des algorithmes des Recommandations G.726 et G.727 et de la contributionCOM XVIII-102. Les principes de lalgorithme de la contribution COM XVIII-101 sont dcrits dans larticle 4.Les articles restants soulignent les rsultats principaux subjectifs et objectifs concernant les performances desd

18、ivers algorithmes.2 Vue densemble des algorithmes MICDALes Figures 1 et 2 montrent lorganigramme simplifi respectivement dun codeur et dun dcodeur G.726. Les Figures 3et 4 montrent lorganigramme simplifi respectivement dun codeur et dun dcodeur G.727. Dans chaque ensemble, lecodeur comprend un conve

19、rtisseur MIC logarithmique linaire, un quantificateur adaptatif, un quantificateur inverseadaptatif, et un prdicteur adaptatif.Le convertisseur MIC transforme le signal dentre MIC en loi A ou m s(k) en signal MIC uniforme sl(k) (k tant lindicedchantillonnage pour un pas dchantillonnage de 125 m s).

20、Lestime prdite du signal dentre se(k) est soustraite dusignal uniforme MIC sl(k) afin dobtenir le signal diffrentiel d(k):d(k) = sl(k) se(k) (1)Le signal diffrentiel est ensuite transform en reprsentation logarithmique base 2 et norm par un facteur dchelle y(k)calcul de la manire suivante.Dans la Re

21、commandation G.726, le quantificateur utilis est adaptatif non uniforme 31, 15, 7 ou 4 niveaux dequantification qui cesse de sadapter en prsence dun signal dentre stationnaire. Ceci amliore les rsultats pour lessignaux de donnes en bande vocale. Dans la Recommandation G.727, le quantificateur adapta

22、tif possde 32, 16, 8 ou 4niveaux de quantification. Les deux quantificateurs codent le signal d(k) en I(k), un mot cod respectivement de 5, 4, 3,ou 2 bits, un bit tant toujours rserv au signe._1)Le brevet des Etats-Unis qui dcrit lalgorithme final prsente quelques diffrences avec lalgorithme dcrit d

23、ans la contributionCOM XVIII-102 53.App. III/G.726 - App. II/G.727 (05/94) 1 T1515210-94/d01Calcul dusignalreconstituConversiondu formatdentre MICCalculdu signalde diffrenceQuantificateuradaptatifQuantificateuradaptatif inversePrdicteuradaptatifAdaptationdu facteurdchelle duquantificateurCommandede

24、la vitessedadaptationDtecteurde tonalitet de transitionSignalde sortieMICDAs(k)s (k)rs (k)ld(k) l(k)d (k)q s (k)ea (k)2y(k)t (k)t (k)rdy (k)lFIGURE 1Organigramme du codeur de la Recommandation G.726a (k)1FIGURE 1/App. III/G.726 App. II/G.727.D01 = 20 cm A LITALIENNE2App. III/G.726 - App. II/G.727 (0

25、5/94)T1515220-94/d02Calcul dusignalreconstituConversiondu formatde sortie MICAjustementde codagesynchroneQuantificateuradaptatif inversePrdicteuradaptatifAdaptationdu facteurdchelle duquantificateurCommandede la vitessedadaptationDtecteurde tonalitet de transitionSignaldentreMICDAl(k)s (k)es (k)rd (

26、k)qs (k)pa (k)2y(k)a (k)t (k)t (k)rdy (k)lFIGURE 2Organigramme du dcodeur de la Recommandation G.7261s (k)dFIGURE 2/App. III/G.726 App. II/G.727.D02 = 20 cm A LITALIENNEApp. III/G.726 - App. II/G.727 (05/94)3T1515230-94/d03Calcul dusignalreconstituConversiondu formatd entre MICCalculdu signalde diff

27、renceQuantificateuradaptatifMasquagedes bits decontre-ractionAdaptationdu facteurdchelle duquantificateurSignalde sortieMICDAs(k)s (k)ld(k) l(k)I (k)cs (k)ea (k)2y (k)a (k)t (k)t (k)rdFIGURE 3Organigramme du codeur de la Recommandation G.727Quantificateuradaptatif inversePrdicteuradaptatifDtecteurde

28、 tonalitet de transitionCommandede la vitessedadaptationd (k)qFBl1y(k)s (k)rl(k)FIGURE 3/App. III/G.726 App. II/G.727.D02 = 20 cm A LITALIENNE4App. III/G.726 - App. II/G.727 (05/94)T1515240-94/d04Calcul dusignal reconstitude contre-ractionConversiondu formatde sortie MICQuantificateuradaptatifinvers

29、e decontre-ractionPrdicteuradaptatifAdaptationdu facteurdchelle duquantificateurMasquagedes bits decontre-ractionCommandede la vitessedadaptationSignaldentreMICDAI (k)s (k)ed (k)qs (k)pa (k)2y(k)t (k)t (k)rdy (k)lFIGURE 4Organigramme du dcodeur de la Recommandation G.727s (k)dl (k)cd (k)qy(k)a (k)1F

30、FQuantificateuradaptatif inverseDtecteurde tonalitet de transitionAjustement decodagesynchroneCalcul dusignal reconstitude contre-ractionFBs (k)r FBs (k)r FFFIGURE 4/App. III/G.726 App. II/G.727.D04 = 20 cm A LITALIENNEApp. III/G.726 - App. II/G.727 (05/94)5La principale diffrence entre les algorith

31、mes fixes MICDA de la Recommandation G.726 et des contributionsCOM XVIII-101 et COM XVIII-102, dune part, et les algorithmes imbriqus de la Recommandation G.727, dautre part,est la suivante. Dans le cas des algorithmes imbriqus de la Recommandation G.727, la diffrence entre signal dentre etsignal es

32、tim est quantifie en mots cods comprenant une partie binaire principale et une partie binaire complmentaire.La squence principale sert la prdiction, la fois pour le codeur et pour le dcodeur, alors que la squencecomplmentaire sert rduire le bruit de quantification dans le signal reconstitu. Il est d

33、onc ncessaire que la squenceprincipale parvienne au dcodeur pour viter une drive, mais il est possible de ngliger la squence complmentaire sicela permet de rduire un encombrement.Les algorithmes MICDA imbriqus peuvent fonctionner 5, 4, 3 et 2 bits par chantillon sur la boucle de contre-raction( savo

34、ir, des dbits de 40, 32, 24 et 16 kbit/s) avec conversion vers et partir des canaux MIC 64 kbit/s loi A ou m .Les algorithmes de la Recommandation G.727 sont classs par couples (x,y) o x se rapporte la squence MICDAdanticipation et y, la squence de contre-raction MICDA. Par exemple, (5,2) reprsente

35、un algorithme 40 kbit/simbriqu avec deux bits principaux, autrement dit dont le dbit binaire minimal est de 16 kbit/s.Le motif du dveloppement de la Recommandation G.727 a t la ncessit de trouver une procdure souple pour rduireles encombrements en tout point dun rseau commut par paquets, sans quil s

36、oit besoin dchanger des messages decommande entre les divers noeuds du trajet vers larrire de la connexion ( savoir, vers lmetteur). Ceci vite le gelassoci au codage MICDA dbit fixe, quand la capacit de transmission nest pas disponible et que les dbuts dessquences de parole sont tronqus (cest-dire q

37、ue les dbuts des phrases sont coups). Ceci est important lorsque lechemin de bout en bout comprend de multiples noeuds.La diffrence entre les divers algorithmes MICDA dbit fixe rside dans la faon dont ils prennent en compte lessignaux des modems 9,6 kbit/s. Dans la Recommandation G.726, le dbit MICD

38、A 40 kbit/s sert aux donnes enbande vocale, alors que le dbit MICDA 32 kbit/s sert aux signaux de parole. Un dispositif daiguillage savre doncncessaire pour que, sur dtection de donnes en bande vocale, le codage appropri soit appliqu sans affecter le codagedes signaux de parole 9.La contribution COM

39、 XVIII-101 utilise le mme algorithme MICDA 32 kbit/s pour les signaux de parole et pour lesdonnes en bande vocale 37. La structure prdictive, qui diffre de celle de tous les autres algorithmes MICDA, secompose dun prdicteur zros adaptatifs du 10eordre, dun prdicteur ples adaptatifs du 4eordre, dun p

40、rdicteur ples fixes du 16eordre et dun prdicteur de biais. Le filtre ples adaptatifs est rserv aux signaux fortement corrlscomme la parole, alors que le filtre ples fixes sert aux donnes en bande vocale. La contribution relative de chaquefiltre est rgule par une srie de coefficients adaptatifs de ga

41、in. En contrlant trois filtres diffrents dans une mmestructure, lalgorithme traite avec un codage MICDA 32 kbit/s les signaux de parole et les signaux des modems dedonnes en bande vocale jusqu 9,6 kbit/s; il nest pas ncessaire de commuter entre parole et donnes en bande vocale 9,6 kbit/s; le prix pa

42、yer est une complexit accrue. Le quantificateur adaptatif de cet algorithme fonctionne en modequantification sur 4 bits, et nutilise pas de dtecteur de tonalit et de transition. Les Figures 5 et 6 donnent lesorganigrammes du codeur et du dcodeur de lalgorithme de la contribution COM XVIII-101.La con

43、tribution COM XVIII-102 utilise un algorithme MICDA spcial 32 kbit/s, qui code chaque chantillon sur 5 bitset qui est optimis pour les donnes en bande vocale 33; 53. Aprs dtection dune tonalit 2100 Hz, le train binaireMIC linaire est sous-chantillonn de 8 kHz 6,4 kHz par un filtre dinterpolation de

44、rponse limpulsion finiesymtrique de 100 tap. Ce filtre interpolateur introduit un retard quivalent de 6 ms qui se rpartit galement entre lecodeur et le dcodeur. Pour maintenir le dbit de ligne global de 32 kbit/s, le codage MICDA utilise 5 bits. Pour viter lerepliement de spectre, la largeur de band

45、e du signal dentre doit tre limite 3,2 kHz. Un rarrangement dune structurede 6,4 kHz 5 en une structure de 8 kHz 4 est galement ncessaire. Les organigrammes correspondants du codeur etdu dcodeur sont reprsents respectivement sur les Figures 7 et 8. Dans ces figures, on suppose lexistence dunbloc dte

46、cteur de tonalit mme si celui-ci nest pas formellement dcrit dans les documents fournis par lesconcepteurs 33; 53.Le prdicteur adaptatif se base sur le mot cod entier I(k) dans les algorithmes G.726 et MICDA dbit fixe, et sur lemot cod principal Ic(k) dans lalgorithme G.727. Le quantificateur invers

47、e utilise le mot cod entier I(k) pour le codageMICDA dbit fixe ( savoir, dans les algorithmes de la Recommandation G.726 et des contributions COM XVIII-101et COM XVIII-102), et Ic(k) pour le codage MICDA imbriqu. La quantification inverse produit le signal diffrentielquantifi dq(k). Lestime du signal partir de la prdiction adaptative, se(k), est additionne ce signal diffrent