ITU-T G 726 APP III SPANISH-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、UNIN INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONESUIT-T Apndice III (Rec. G.726)Apndice II (Rec. G.727)SECTOR DE NORMALIZACIN (05/94)DE LAS TELECOMUNICACIONESDE LA UITASPECTOS GENERALES DE LOS SISTEMASDE TRANSMISIN DIGITALCOMPARACIN DE LOS ALGORITMOSDE MODULACIN POR IMPULSOSCODIFICADOS DIFERENCIAL ADAPTATIVAA

2、pndice III a la Recomendacin UIT-T G.726Apndice II a la Recomendacin UIT-T G.727(Anteriormente Recomendacin del CCITT)PREFACIOEl UIT-T (Sector de Normalizacin de las Telecomunicaciones) es un rgano permanente de la Unin Internacional deTelecomunicaciones (UIT). Este rgano estudia los aspectos tcnico

3、s, de explotacin y tarifarios y publica Recomen-daciones sobre los mismos, con miras a la normalizacin de las telecomunicaciones en el plano mundial.La Conferencia Mundial de Normalizacin de las Telecomunicaciones (CMNT), que se celebra cada cuatro aos,establece los temas que han de estudiar las Com

4、isiones de Estudio del UIT-T, que a su vez producen Recomendacionessobre dichos temas.La aprobacin de Recomendaciones por los Miembros del UIT-T es el objeto del procedimiento establecido en laResolucin N. 1 de la CMNT (Helsinki, 1 al 12 de marzo de 1993).El Apndice III a la Recomendacin UIT-T G.726

5、 y el Apndice II a la Recomendacin UIT-T G.727 han sidopreparados por la Comisin de Estudio 15 (1993-1996) del UIT-T y fueron aprobados el 16 de mayo de 1994._NOTAEn esta Recomendacin, la expresin Administracin se utiliza para designar, en forma abreviada, tanto unaadministracin de telecomunicacione

6、s como una empresa de explotacin reconocida de telecomunicaciones. UIT 1995Es propiedad. Ninguna parte de esta publicacin puede reproducirse o utilizarse, de ninguna forma o por ningn medio,sea ste electrnico o mecnico, de fotocopia o de microfilm, sin previa autorizacin escrita por parte de la UIT.

7、Ap. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94) iNDICEAp. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94)Pgina1 Antecedentes. 12 Visin de conjunto de los algoritmos MICDA . 13 Principios de las Recomendaciones G.726, G.727 y de la Contribucin COM XVIII-102 . 103.1 Prediccin adaptativa y reconstruccin de la seal .103.2 Cuantifica

8、dor adaptativo . 133.3 Adaptacin del factor de escala del cuantificador. 163.4 Control de la velocidad de adaptacin 184 Principios de la Contribucin COM XVIII-101 . 204.1 Prediccin 204.2 Filtro AR fijo. 234.3 Filtro AR adaptativo 244.4 Ecuaciones de actualizacin 254.5 Adaptacin del cuantificador 295

9、 Decodificador MICDA . 315.1 Descripcin general. 315.2 Ajuste de codificacin sncrona 316 Evaluacin objetiva de la MICDA . 326.1 Fundamento terico. 326.2 Rendimiento de los algoritmos MICDA para datos en la banda vocal . 336.3 Mediciones objetivas. 347 Evaluacin subjetiva de la MICDA 377.1 Evaluacin

10、subjetiva de la MICDA de 32 kbit/s. 377.2 Evaluacin subjetiva de ampliaciones del algoritmo de la G.721. 377.3 Evaluacin subjetiva de la MICDA jerarquizada 37Apndice I 37Referencias. 39Ap. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94) 1Ap. III/G.726 Ap. II/G.727Ap. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94)Apndice III a la Re

11、comendacin UIT-T G.726y Apndice II a la Recomendacin UIT-T G.727COMPARACIN DE LOS ALGORITMOS DE MODULACINPOR IMPULSOS CODIFICADOS DIFERENCIAL ADAPTATIVA(Ginebra, 1994)1 AntecedentesEn el periodo 1982-1990, el CCITT adopt varios algoritmos de modulacin por impulsos codificados diferencialadaptativa (

12、MICDA). Primeramente se aprob el algoritmo (MICDA) de 32 kbit/s, descrito en la Recomendacin G.72126; 6. Luego, la Recomendacin G.721 fue ampliada, con la Recomendacin G.723, a 40 kbit/s para el soporte demdems de datos en la banda vocal a las velocidades de 9,6 kbit/s y 24 kbit/s para permitir la r

13、educcin de la velocidadbinaria en casos de congestin de la red 27. Antes de la definicin de la G.723, otros algoritmos MICDA derendimiento similar al del algoritmo de 40 kbit/s haban sido incorporados en diseos del entorno de multiplicacin decircuitos digitales (DCME) y se utilizaron en redes de tel

14、ecomunicaciones. Estos algoritmos, que pueden serconsiderados por acuerdo bilateral, se describen en COM XVIII-101 y COM XVIII-102 del Periodo de Estudios1984-1988.1)Finalmente, en julio de 1990, el CCITT combin las Recomendaciones G.721 y G.723, y aadi elfuncionamiento a 16 kbit/s para situaciones

15、de sobrecarga. Dicha combinacin culmin en una nueva Recomenda-cin G.726. El CCITT aprob tambin los algoritmos MICDA jerarquizados de Recomendacin G.727, que sonampliaciones de los algoritmos MICDA de velocidad fija definidos en Recomendacin G.726.Este Apndice presenta una introduccin unificada a tod

16、os estos algoritmos, sus caractersticas principales yrendimiento. La clusula 2 da una visin de conjunto de todos los algoritmos MICDA considerados por el CCITT. Laclusula 3 examina los principios de los algoritmos de las Recomendaciones G.726 y G.727, y COM XVIII-102. Losprincipios del algoritmo de

17、COM XVIII-101 se describen en la clusula 4. Las clusulas restantes describen losprincipales resultados de las pruebas subjetivas y mediciones objetivas del rendimiento de los diversos algoritmos.2 Visin de conjunto de los algoritmos MICDALas Figuras 1 y 2 muestran diagramas de bloques simplificados

18、de un codificador y de un decodificador G.726,respectivamente. Las Figuras 3 y 4 muestran los diagramas de bloques simplificados de un codificador y de undecodificador G.727, respectivamente. En cada conjunto, el codificador est constituido por un convertidor MIClogartmico a lineal, un cuantificador

19、 adaptativo, un cuantificador adaptativo inverso, y un predictor adaptativo.El convertidor MIC convierte la seal de entrada MIC de ley A o ley , s(k), en una seal MIC uniforme, sl(k) (k es elndice de muestreo para un periodo de muestreo de 125 s). La seal de entrada estimada, se(k), prevista se sust

20、rae de laseal MIC uniforme, sl(k) para obtener una seal de diferencia d(k):d(k) = sl(k) se(k) (1)La seal de diferencia se transforma seguidamente en una presentacin logartmica de base 2, a la que se le aplica elfactor de escala y(k), calculado como se describe ms adelante.En la Recomendacin G.726 se

21、 utiliza un cuantificador adaptativo no uniforme de 31, 15, 7 4 niveles que detiene laadaptacin en presencia de una entrada estacionaria. Esto realza el rendimiento para seales de datos en la banda vocal.En la Recomendacin G.727, el cuantificador adaptativo tiene 32, 16, 8 4 niveles. Estos dos cuant

22、ificadorestransforman la seal d(k) en I(k), una palabra de cdigo de 5, 4, 3 2 bits respectivamente, con un bit siempre para elsigno._1)La patente norteamericana que describe el algoritmo final tiene algunas diferencias con respecto al algoritmo descrito enCOM XVIII-102 53.2Ap. III/G.726 Ap. II/G.727

23、 (05/94)T1515210-94/d01Clculode la sealreconstruidaConversindel formato MICde entradaClculode la sealde diferenciaCuantificadoradaptativoCuantificadoradaptativoinversoPredictoradaptativoAdaptacindel factor de escaladel cuantificadorControl de lavelocidadde adaptacinDetectorde tonosy transicionesSali

24、daMICDAs (k)s (k)rs (k)ld (k) l (k)d (k)q s (k)ea (k)2y(k)t (k)t (k)rdy (k)lFIGURA 1Diagrama de bloques del codificador de la Recomendacin G.726a (k)1FIGURA 1/App. III/G.726 App. II/G.727.D01 = 20 cm A LITALIENNEAp. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94)3T1515220-94/d02Clculode la sealreconstruidaConversind

25、el formato MICde salidaAjuste decodificacinsncronaCuantificadoradaptativoinversoPredictoradaptativoAdaptacin delfactor de escaladel cuantificadorControl dela velocidadde adaptacinDetectorde tonos ytransicionesEntradaMICDAl(k)s (k)es (k)rd (k)qs (k)pa (k)2y(k)a (k)t (k)t (k)rdy (k)lFIGURA 2Diagrama d

26、e bloques del decodificador de la Recomendacin G.7261s (k)dFIGURA 2/App. III/G.726 App. II/G.727.D02 = 20 cm A LITALIENNE4Ap. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94)T1515230-94/d03Clculo dela sealreconstruidaConversin delformato MICde entradaClculo dela seal dediferenciaCuantificadoradaptativoEnmasc aramient

27、ode bits pararealimentacinAdaptacin delfactor de escaladel cuantificadorSalida MICDAs(k)s (k)ld(k) l(k)I (k)cs (k)ea (k)2y (k)a (k)t (k)t (k)rdFIGURA 3Diagrama de bloques del codificador de la Recomendacin G.727CuantificadoradaptativoinversoPredictoradaptativoDetector detonos ytransicionesControl de

28、la velocidadde adaptacind (k)qFBl1y(k)s (k)rl(k)FIGURA 3/App. III/G.726 App. II/G.727.D03 = 20 cm A LITALIENNEAp. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94)5T1515240-94/d04Clculo de laseal reconstruidade compensacinpreviaConversin delformato MICde salidaCuantificadoradaptativo inversode compensacinpreviaPredict

29、oradaptativoAdaptacin delfactor de escaladel cuantificadorEnmascaramientode bits pararealimentacinControl dela velocidadde adaptacinEntradaMICDAI (k)s (k)ed (k)qs (k)pa (k)2y(k)t (k)t (k)rdy (k)lFIGURA 4Diagrama de bloques del decodificador de la Recomendacin G.727s (k)dl (k)cd (k)qy(k)a (k)1FFCuant

30、ificadoradaptativo inversode realimentacinDetector detonos ytransicionesAjuste decodificacinsncronaClculo de laseal reconstruidade realimentacinFBs (k)r FBs (k)r FFFIGURA 4/App. III/G.726 App. II/G.727.D04 = 20 cm A LITALIENNE6 Ap. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94)La diferencia principal entre los algo

31、ritmos MICDA fijos de la Recomendacin G.726, COM XVIII-101 yCOM XVIII-102 por una parte, y los algoritmos jerarquizados de la Recomendacin G.727 por otra parte, es lasiguiente. En los algoritmos jerarquizados de la Recomendacin G.727, la diferencia entre la seal de entrada y laestimada se cuantifica

32、 en palabras de cdigo constituidas por bits de mejoramiento y bits de ncleo. Los bits de ncleo seutilizan para prediccin, tanto en el codificador como en el decodificador, mientras que los bits de mejoramiento seutilizan para reducir el ruido de cuantificacin en la seal reconstruida. As, los bits de

33、 ncleo tienen que llegar aldecodificador para evitar un seguimiento defectuoso, pero los bits de mejoramiento pueden descartarse, si con esteabandono de bits puede aliviarse la congestin.Los algoritmos MICDA jerarquizados pueden funcionar con 5, 4, 3 y 2 bits por muestra en su trayecto de realimenta

34、cin(es decir, a velocidades de 40, 32, 24 y 16 kbit/s) con conversin hacia y desde canales MIC de ley A o de ley a64 kbit/s. Estos algoritmos G.727 se designan por pares (x,y) donde x se refiere a los bits MICDA de compensacinprevia e y se refiere a los bits MICDA de realimentacin. Por ejemplo, (5,2

35、) representa un algoritmo jerarquizado de40 kbit/s con dos bits de ncleo, es decir, con una velocidad binaria mnima de 16 kbit/s.El motivo esencial de la elaboracin de la Recomendacin G.727 era proporcionar una manera flexible de aliviar lacongestin en cualquier punto de una red de paquetes sin tene

36、r que intercambiar mensajes de control entre los diversosnodos en el trayecto de retorno de la conexin (es decir, en el sentido hacia el transmisor). Con esto se evita lacongelacin asociada con la codificacin MICDA de velocidad fija, cuando no est disponible la capacidad detransmisin y los bordes an

37、teriores de las rfagas de conversacin resultan recortados (es decir, se pierden los comienzosde palabras). Esto es importante cuando el trayecto de extremo a extremo comprende mltiples nodos.La diferencia entre los diversos algoritmos MICDA de velocidad fija est en la forma en que acomodan las seale

38、s demdem a 9,6 kbit/s. En la Recomendacin G.726, la MICDA de 40 kbit/s se utiliza para datos en la banda vocal,mientras que la MICDA de 32 kbit/s se utiliza para conversacin. En consecuencia, se necesita un mecanismo decontorneo que permita, al detectarse datos en la banda vocal, aplicar la codifica

39、cin apropiada sin afectar la codificacinpara la conversacin 9.En COM XVIII-101 se utiliza el mismo algoritmo MICDA de 32 kbit/s para conversacin y para datos en la bandavocal 37. La estructura predictiva, que es diferente de las de todos los otros algoritmos MICDA, se compone de unpredictor con cero

40、s adaptativos de 10 orden, un predictor con polos adaptativos de 4 orden, un predictor con polosfijos de 16 orden y un predictor de distancia (offset). El filtro de polos adaptativos se reserva para seales sumamentecorrelacionadas, como las de conversacin, en tanto que el filtro de polos fijos es pa

41、ra datos en la banda vocal. Lacontribucin relativa de cada filtro se regula por un conjunto de coeficientes de ganancia adaptativos. Controlando tresfiltros diferentes en la misma estructura, el algoritmo trata las seales de conversacin y las seales de mdem de datosen la banda vocal hasta 9,6 kbit/s

42、 con la MICDA de 32 kbit/s; esto no requiere una conmutacin entre conversacin ydatos en la banda vocal a 9,6 kbit/s; esto se consigue a expensas de una complejidad adicional. El cuantificadoradaptativo de este algoritmo funciona en un modo de cuantificacin de 4 bits y no utiliza un detector de tonos

43、 ytransiciones. Las Figuras 5 y 6 muestran los diagramas de bloques del codificador y del decodificador para el algoritmode COM XVIII-101.En COM XVIII-102 se utiliza un algoritmo MICDA especial de 32 kbit/s con 5 bits por muestra y optimizado para datosen la banda vocal 33; 53. Tras la deteccin de u

44、n tono de 2100 Hz, el tren de bits MIC lineal se muestrea en sentidodecreciente de 8 kHz a 6,4 kHz a travs de un filtro de interpolacin con una respuesta a impulsos simtrica y finita, con100 puntos de derivacin. Este filtro de interpolacin introduce un retardo de forma plana de 6 ms distribuido por

45、igualentre el codificador y el decodificador. Para mantener la velocidad de lnea global de 32 kbit/s, la codificacin MICDAutiliza 5 bits. Para evitar la distorsin por superposicin de las bandas laterales, la anchura de banda de la entrada debelimitarse a 3,2 kHz. Asimismo, se requiere una realineaci

46、n de la estructura de 6,4 kHz 5 a una estructura de8 kHz 4. Los correspondientes diagramas de bloques del codificador y del decodificador se muestran en las Figuras 7y 8, respectivamente. En estas figuras, el bloque detector de tono ha sido supuesto, ya que no aparece descrito en losdocumentos sumin

47、istrados por los creadores del algoritmo 33; 53.El predictor adaptativo se basa en la palabra de cdigo completa I(k) para el algoritmo de la Recomendacin G.726 y losalgoritmos MICDA de velocidad fija, y en la palabra de cdigo de ncleo Ic(k) para el algoritmo de laRecomendacin G.727. El cuantificador

48、 inverso utiliza la palabra de cdigo completa I(k) para la MICDA de velocidadfija (es decir, para los algoritmos de la Recomendacin G.726, COM XVIII-101 y COM XVIII-102), e Ic(k) para laMICDA jerarquizada. Una cuantificacin inversa da la seal de diferencia cuantificada dq(k). La seal estimada porprediccin adaptativa, se(k), se aade a esta seal de diferencia cuantificada para obtener la versin reconstruida, sr(k),de la seal de entrada.Ap. III/G.726 Ap. II/G.727 (05/94) 7T1515250-94/d05CuantificadoradaptativoPredictoradapta