ITU-T G 727 FRENCH-1990 5- 4- 3- and 2-Bits Sample Embedded Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM)《5- 4- 3-和2-Bits抽样嵌入式自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) 15号研究组 58pp》.pdf

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1、UNION INTERNATIONALE DES TLCOMMUNICATIONSCCITT G.727COMIT CONSULTATIFINTERNATIONALTLGRAPHIQUE ET TLPHONIQUEASPECTS GNRAUX DES SYSTMESDE TRANSMISSION NUMRIQUES;QUIPEMENTS TERMINAUXMODULATION PAR IMPULSIONS ET CODAGEDIFFRENTIEL ADAPTATIF (MICDA)IMBRIQU 5, 4, 3 ET 2 BITS PARCHANTILLONRecommandation G.7

2、27Genve, 1990AVANT-PROPOSLe CCITT (Comit consultatif international tlgraphique et tlphonique) est lorgane permanent de lUnioninternationale des tlcommunications (UIT). Il est charg de ltude des questions techniques, dexploitation et detarification, et met ce sujet des Recommandations en vue de la no

3、rmalisation des tlcommunications lchellemondiale.LAssemble plnire du CCITT, qui se runit tous les quatre ans, dtermine les thmes dtudes et approuveles Recommandations rdiges par ses Commissions dtudes. Entre les Assembles plnires, lapprobation desRecommandations par les membres du CCITT seffectue se

4、lon la procdure dfinie dans la Rsolution no2 du CCITT(Melbourne, 1988).La Recommandation G.727, que lon doit la Commission dtudes XV, a t approuve le 14 dcembre 1990selon la procdure dfinie dans la Rsolution no2._NOTE DU CCITTDans cette Recommandation, lexpression Administration est utilise pour dsi

5、gner de faon abrge aussibien une Administration de tlcommunications quune exploitation prive reconnue de tlcommunications. UIT 1990Droits 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 mcan

6、ique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccordcrit de lditeur.Recommandation G.727Recommandation G.727MODULATION PAR IMPULSIONS ET CODAGE DIFFRENTIEL ADAPTATIF (MICDA)IMBRIQU 5, 4, 3 ET 2 BITS PAR CHANTILLON1 IntroductionLa prsente Recommandation contient la spcification dalgorithmes

7、de modulation par impulsions et codagediffrentiel adaptatif (MICDA) imbriqu, oprant 5, 4, 3 et 2 bits par chantillon (cest-dire des dbits de 40, 32, 24et 16 kbit/s). Les caractristiques ci-dessous sont recommandes pour la conversion de voies MIC 64 kbit/s (loi A ouloi m ) en/ partir de voies MICDA i

8、mbriqu dbit variable.Cette Recommandation dfinit la loi de transcodage applicable lorsque le signal source est un signal modulpar impulsions et codage, au dbit numrique de 64 kbit/s, produit partir de signaux analogiques aux frquencesvocales, conformment aux spcifications dtailles de la Recommandati

9、on G.711, Livre bleu du CCITT.Les applications o le codeur connat, et le dcodeur ignore, la manire dont les bits du mot de code de laMICDA ont t modifis, ou celles o le codeur et le dcodeur connaissent la manire dont les mots de code sontmodifis, ou celles o ni le codeur ni le dcodeur ne connaissent

10、 la manire dont les bits ont t modifis, peuventprofiter dautres algorithmes de MICDA imbriqu.2 Considrations gnralesLes algorithmes de MICDA imbriqu spcifis ici sont le prolongement des algorithmes de MICDA dfinisdans la Recommandation G.726, et leur usage est recommand dans les systmes de transmiss

11、ion de la parole parpaquets qui fonctionnent conformment au protocole de transmission de la parole par paquets (PVP), dfini dans laRecommandation G.764.Le PVP permet dattnuer lencombrement en modifiant la taille dun paquet de parole lorsque le besoin senfait sentir. Du fait que lalgorithme dcrit ici

12、 est imbriqu, on peut se passer dun ou plusieurs bits de plus faible poids dechaque mot de code aux points de mise en paquets et/ou aux noeuds intermdiaires, afin dattnuer lencombrement. Cettemthode donne de bien meilleurs rsultats que labandon de paquets pendant les phases dencombrement.Le 3 prsent

13、e les grandes lignes de lalgorithme de transcodage MICDA. La figure 1/G.727 reprsente unschma de principe simplifi du codeur et du dcodeur. Les 4 et 5 dcrivent les principes et le fonctionnement desalgorithmes MICDA, respectivement de codage et de dcodage. Le 6 contient les dtails du calcul de lalgo

14、rithme.Dans ce dernier paragraphe, chaque sous-bloc du codeur et du dcodeur est dfini avec prcision laide dune squencelogique particulire. Au cas o dautres mthodes de calcul seraient employes, il faudrait prendre grand soin quellesdonnent exactement les mmes valeurs des variables de traitement des s

15、orties. Tout autre cart relativement auxprocessus dfinis au 6 entranera des pertes de performance qui pourront tre graves.Recommandation G.727 1 + +T1508300-92+FIGURE 1/G.727Schmas de principe simplifisConversionau format MICuniformeSignaldentreSignal dediffrenceQuantificateuradaptatifEntre MIC64 kb

16、it/sloi A ouloi mSignalestimSignalreconstituPrdicteuradaptatifQuantificateuradaptatifinverseMasquagede bitsSortieMICDASortie MIC64 kbit/sloi Aou loi mEntreMICDAMasquagede bitsQantificateuradaptatif inversevers lavantConversionen MICDispositifdajustementsynchronedu codageQuantificateuradaptatif inver

17、sede contre-ractionPrdicteuradaptatifSignal reconstituSignalestima) Codeurb) DcodeurSignal dediffrencequantifiSignalde diffrencequantifi3 Algorithmes de MICDA imbriquLes algorithmes de MICDA imbriqu sont des algorithmes de codage dbit variable, ayant la possibilitdabandonner des bits hors des blocs

18、de codage et de dcodage. Ils sont constitus dune suite dalgorithmes telle que lesniveaux de dcision des quantificateurs des plus faibles dbits sont des sous-ensembles de ceux du quantificateur dudbit le plus lev. Ceci permet des rductions du nombre de bits en tout point du rseau sans quune coordinat

19、ion delmetteur et du rcepteur ne soit ncessaire. Par contraste, les niveaux de dcision des algorithmes MICDA classiques,tels que ceux de la Recommandation G.726, ne sont pas des sous-ensembles les uns des autres et, par consquent, il fautque lmetteur informe le rcepteur du dbit et de lalgorithme de

20、codage.Les algorithmes imbriqus peuvent faire face au caractre imprvisible et en rafale des configurations de traficqui ncessitent la rduction de lencombrement. Etant donn que la rduction de lencombrement peut se produire aprsle codage, le codage imbriqu diffre du codage dbit variable, dans lequel l

21、e codeur et le dcodeur doivent utiliser lemme nombre de bits pour chaque chantillon. Dans les deux cas, le dcodeur doit tre inform du nombre de bits utiliser pour chaque chantillon.2 Recommandation G.727 Les algorithmes imbriqus produisent des mots de code qui contiennent des bits complmentairesdaml

22、ioration et des bits essentiels. Le circuit alimentant (FF) utilise les bits damlioration et les bits essentiels, alorsque le circuit de contre-raction (FB) ne se sert que des bits essentiels. Le quantificateur inverse et le prdicteur, tant ducodeur que du dcodeur, se servent des bits essentiels. De

23、 ce fait, les bits damlioration peuvent tre ngligs, voireabandonns en cas dencombrement du rseau. Cependant, le nombre des bits essentiels dans les trajets de contre-raction du codeur et du dcodeur doit rester le mme afin dviter les erreurs de poursuite.Les quatre dbits de MICDA imbriqu sont de 40,

24、32, 24 et 16 kbit/s, o les niveaux de dcision desquantificateurs 32, 24 et 16 kbit/s sont des sous-ensembles de ceux du quantificateur 40 kbit/s. Les algorithmes deMICDA imbriqu sont dsigns par des couples (x, y), o x reprsente les bits MICDA FF (bits damlioration etessentiels), et y reprsente les b

25、its MICDA FB (bits essentiels). Si, par exemple, on fixe y 2 bits, (5,2) reprsenteralalgorithme imbriqu 40 kbit/s, (4,2) reprsentera lalgorithme imbriqu 32 kbit/s, (3,2) repsentera lalgorithmeimbriqu 24 kbit/s et (2,2), lalgorithme 16 kbit/s. Le dbit binaire nest jamais infrieur 16 kbit/s, parce que

26、 lenombre minimal de bits essentiels est gal 2. La figure 1/G.727 prsente des schmas de principe simplifis du codeuret du dcodeur MICDA imbriqu.La Recommandation offre des dbits binaires de 40, 32, 24 et 16 kbit/s. Ceci correspond aux couples suivants:(5,2), (4,2), (3,2), (2,2); (5,3), (4,3), (3,3);

27、 (5,4), (4,4).3.1 Codeur MICDAAprs avoir converti le signal dentre MIC, loi A ou loi m , en MIC uniforme, on obtient un signal dediffrence en soustrayant, du signal dentre lui-mme, une estimation du signal dentre. Un quantificateur adaptatif 4,8, 16 ou 32 niveaux sert affecter 2, 3, 4 ou 5 lments bi

28、naires la valeur du signal de diffrence pour la transmissionau dcodeur. (Tous les bits narrivent pas ncessairement au dcodeur puisque certains dentre eux peuvent treabandonns afin de rduire lencombrement du rseau transmission par paquets. Cependant, la rception, pour unchantillon donn, les bits esse

29、ntiels sont srs darriver sil ny a pas derreurs de transmission et si les paquetsparviennent destination.) Les bits FB sont dirigs vers le quantificateur inverse. Le nombre de bits essentiels dpend delalgorithme imbriqu choisi. Par exemple, lalgorithme (5,2) contiendra toujours 2 bits essentiels. Le

30、quantificateurinverse produit un signal de diffrence quantifi partir de ces lments binaires. On ajoute le signal estim ce signalde diffrence quantifi, pour produire la version reconstitue du signal dentre. Le signal reconstitu, comme le signalde diffrence quantifi, sont traits par un prdicteur adapt

31、atif qui produit lestimation du signal dentre, terminant ainsila boucle de contre-raction.3.2 Dcodeur MICDALe dcodeur comprend une structure identique la partie FB du codeur. En outre, il comprend le circuit FF quicontient une conversion uniforme de MIC, en loi A ou m . Tant les bits essentiels que

32、les bits damlioration servent aubloc dajustement synchrone du codage pour prvenir les distorsions cumulatives dans les codages synchrones encascade (MICDA-MIC-MICDA, etc., connexions numriques) dans certaines conditions (voir le 5.10). Lajustementsynchrone du codage est obtenu en ajustant les codes

33、de sortie MIC de manire liminer les distorsions dequantification lors de la phase suivante de codage MICDA.3.3 Besoins en densit de 1Les prsents algorithmes produisent des mots de code ne comportant que des zros. Si des rseaux nationauxexigent que lon tienne compte de la densit de 1, il faudra emplo

34、yer dautres mthodes pour assurer que ces besoins sontsatisfaits.Recommandation G.727 3 3.4 ApplicationsDans lapplication prvue de la Recommandation G.764, le champ type de codage (Coding Type, CT) et lechamp indicateur dabandon de blocs (Block Dropping Indicator, BDI) de len-tte de paquet dfini dans

35、 laRecommandation G.764 informeront le codeur de lalgorithme employer. Pour toute autre application, les informationsfournies par le PVP devront tre communiques au dcodeur.4 Principes du codeur MICDALa figure 2/G.727 est un schma de principe du codeur. Pour chacune des variables dcrire, k est lindic

36、edchantillonnage et les chantillons sont prlevs des intervalles de 125 m s. On trouvera aux 4.1 4.9 ci-aprs unedescription de chaque bloc du schma.s(k) s (k)ld(k)y (k)ll(k)y(k)a (k)1t (k)dt (k)rd (k)qa (k)2s (k)rs (k)eT1508310-92l(k)I (k)cFBConversiondu format MICdentreCalcul dusignal dediffrenceQua

37、ntificateuradaptatifMasquagede bits decontre-ractionSortie MICDAQuantificateuradaptatifinverseAdaptation dufacteurdchelle duquantificateurContrle dela vitessedadaptationCalculdu signalreconstituPrdicteuradaptatifDtecteur detonalit etde transitionFIGURE 2/G.727Schma de principe du codeur4.1 Conversio

38、n du format MIC dentreCe bloc convertit le signal dentre s(k) (signal MIC selon la loi A ou la loi m ) en un signal MIC uni-forme sl(k).4.2 Calcul du signal de diffrenceCe bloc calcule le signal de diffrence d(k), partir du signal MIC uniforme sl(k) et du signal estim se(k) :d(k) = sl(k) - se(k) (4-

39、1)4 Recommandation G.727 4.3 Quantificateur adaptatifOn utilise un quantificateur adaptatif mi-monte non uniforme, 4, 8, 16 ou 32 niveaux, pour quantifier lesignal de diffrence d(k). Avant la quantification, d(k) est converti en une reprsentation logarithmique en base 2 avec lefacteur dchelle y(k),

40、qui est calcul au moyen du bloc dadaptation du facteur dchelle. Les tableaux 1/G.727 4/G.727donnent la caractristique normalise dentre/sortie du quantificateur (valeurs en prcision infinie), respectivement pourles algorithmes 16, 24, 32 et 40 kbit/s. Deux, trois, quatre ou cinq lments binaires serve

41、nt spcifier le niveauquantifi qui reprsente d(k) (le bit de plus fort poids reprsente le bit de signe, et les bits restants, lamplitude). La sortieI(k) du quantificateur, 2, 3, 4 ou 5 bits, forme le signal de sortie 16, 24, 32 ou 40 kbit/s et est galement injecte dansle bloc de masquage de bits. I(k

42、) comprend la fois les bits damlioration et les bits essentiels.4.4 Masquage de bitsCe bloc produit les bits essentiels Ic(k) par un dcalage droite du signal dentre I(k), de faon masquer lemaximum de bits suppressibles (de plus faible poids). Le nombre de bits masquer et le nombre de pas de dcalage

43、droite dpendent de lalgorithme imbriqu choisi. Par exemple, ce bloc masquera les deux bits de plus faible poids etdcalera les bits restants de deux positions vers la droite, lorsque lalgorithme (4,2) sera choisi. Les rsultats du bloc demasquage de bits, Ic(k), sont injects dans le bloc du quantifica

44、teur adaptatif inverse, le bloc dadaptation du facteurdchelle du quantificateur et le bloc de contrle de la vitesse dadaptation.TABLEAU 1/G.727Caractristique des entres et sorties normalisesdu quantificateur imbriqu oprant 16 kbit/sNiveaux dentre normalissdu quantificateurlog2 d(k) y(k) I(k) Ic(k)Ni

45、veaux de sortie normalissdu quantificateurlog2 dq(k) y(k)(-, 2,04) 0 0,912,04, ) 1 2,85Remarque Dans les tableaux 1/G.727 4/G.727, indique que la valeur limite estincluse, et ( ou ) indique que la valeur limite est exclue.TABLEAU 2/G.727Caractristique des entres et sorties normalisesdu quantificateu

46、r imbriqu oprant 24 kbit/sNiveaux dentre normalissdu quantificateurlog2 d(k) y(k) I(k) Ic(k)Niveaux de sortie normalissdu quantificateurlog2 dq(k) y(k)(-, 0,96) 0 - 0,090,96, 2,04) 1 - 1,552,04, 2,78) 2 - 2,402,78, ) 3 - 3,09Recommandation G.727 5 TABLEAU 3/G.727Caractristique des entres et sorties normalisesdu quantificateur imbriqu oprant 32 kbit/sNiveaux dentre normalissdu quantificateurlog2 d(k) y(k) I(k) I