La modulación delta de pendiente continuamente variable ( CVSD o CVSDM ) es un método de codificación de voz . Es una modulación delta con tamaño de paso variable (es decir, un caso especial de modulación delta adaptativa ), propuesta por primera vez por Greefkes y Riemens en 1970.
CVSD codifica a 1 bit por muestra, de modo que el audio muestreado a 16 kHz se codifica a 16 kbit/s.
El codificador mantiene una muestra de referencia y un tamaño de paso. Cada muestra de entrada se compara con la muestra de referencia. Si la muestra de entrada es mayor, el codificador emite 1 bit y agrega el tamaño del paso a la muestra de referencia. Si la muestra de entrada es más pequeña, el codificador emite un bit 0 y resta el tamaño del paso de la muestra de referencia. El codificador también mantiene los N bits de salida anteriores ( N = 3 o N = 4 son muy comunes) para determinar ajustes al tamaño del paso; si los N bits anteriores son todos 1 o 0, el tamaño del paso aumenta. De lo contrario, el tamaño del paso disminuye (generalmente de manera exponencial, estando en el rango de 5 ms). El tamaño del paso se ajusta para cada muestra de entrada procesada.
Para permitir que los errores de bits desaparezcan y permitir la (re)sincronización con un flujo de bits en curso, el registro de salida (que mantiene la muestra de referencia) normalmente se realiza como un integrador con fugas con una constante de tiempo ( ) de aproximadamente 1 ms.
El decodificador invierte este proceso, comenzando con la muestra de referencia y sumando o restando el tamaño del paso según el flujo de bits. La secuencia de muestras de referencia ajustadas es la forma de onda reconstruida y el tamaño del paso se ajusta según la misma lógica de unos o ceros que en el codificador.
La adaptación del tamaño del paso permite evitar la sobrecarga de pendiente (el paso de cuantificación aumenta cuando la señal cambia rápidamente) y disminuye el ruido granular cuando la señal es constante (disminución del paso de cuantificación).
A CVSD a veces se le considera un compromiso entre simplicidad, baja tasa de bits y calidad. Las velocidades de bits comunes son de 9,6 a 128 kbit/s.
Al igual que otras técnicas de modulación delta, la salida del decodificador no coincide exactamente con la entrada original del codificador.
La línea SECURENET de productos de radio bidireccional codificados digitalmente utiliza CVSD de 12 kbit/s .
Los teléfonos digitales militares TRI-TAC (DNVT, DSVT) utilizaron CVSD de 16 y 32 kbit/s para su uso en áreas desplegadas para proporcionar audio con calidad de reconocimiento de voz. Las fuerzas del ejército de EE. UU. solían utilizar velocidades de 16 kbit/s para conservar el ancho de banda en enlaces tácticos. Las fuerzas de la Fuerza Aérea de EE. UU. solían utilizar velocidades de 32 kbit/s para mejorar la calidad de la voz.
CVSD de 64 kbit/s es una de las opciones para codificar señales de voz en perfiles de servicios Bluetooth relacionados con la telefonía; por ejemplo, entre teléfonos móviles y auriculares inalámbricos. Las otras opciones son PCM con cuantificación logarítmica de ley a o μ , así como el códec mSBC con una frecuencia de muestreo de 16 kHz y la mejor calidad.
Numerosos juegos arcade, como Sinistar y Smash TV , y máquinas de pinball, como Gorgar o Space Shuttle , reproducen voz pregrabada a través de un decodificador CVSD HC-55516. [1] [2]
Satellite Business Systems o SBS utilizó la modulación delta en sus puertos de voz para proporcionar servicio telefónico de larga distancia a grandes corporaciones nacionales con una importante necesidad de comunicaciones entre corporaciones (como IBM). Este sistema estuvo en servicio durante toda la década de 1980. Los puertos de voz utilizaron modulación delta de 24 kbit/s implementada digitalmente con compresión de actividad de voz (VAC) y supresores de eco para controlar la ruta del eco de medio segundo a través del satélite. Se realizaron pruebas de escucha para verificar que el modulador Delta de 24 kbit/s lograba una "calidad de voz completa" sin degradación perceptible en comparación con una línea telefónica de alta calidad o el PCM estándar de ley μ de 64 kbit/s. Esto proporcionó una mejora de 8:3 en la capacidad del canal satelital. IBM desarrolló el controlador de comunicaciones por satélite y las funciones del puerto de voz.
La propuesta original de 1974 utilizaba un modulador Delta de 24 kbit/s de última generación con un único integrador y un compresor Shindler modificado para recuperación de errores de ganancia. Esto demostró tener una calidad de voz inferior a la de la línea telefónica completa. En 1977, se asignó a un ingeniero con dos asistentes en el laboratorio de IBM Research Triangle Park , Carolina del Norte, para mejorar la calidad.
La implementación final reemplazó al integrador con un predictor implementado con un filtro de paso bajo de par complejo de dos polos diseñado para aproximarse al espectro de voz promedio a largo plazo. La teoría era que, idealmente, el integrador debería ser un predictor diseñado para coincidir con el espectro de la señal. Un compander Shindler casi perfecto reemplazó la versión modificada. Se descubrió que el compander modificado daba como resultado un tamaño de paso menos que perfecto en la mayoría de los niveles de señal y la rápida recuperación del error de ganancia aumentaba el ruido según lo determinado por pruebas de escucha reales en comparación con mediciones simples de señal a ruido. El compander final logró una recuperación del error de ganancia muy leve debido al error de redondeo y truncamiento natural causado por la aritmética de 12 bits.
La función completa de modulación delta, VAC y control de eco para 6 puertos se implementó en un único chip de circuito integrado digital con aritmética de 12 bits. Los 6 puertos compartían un único DAC que proporcionaba funciones de comparación de voltaje para los moduladores y circuitos de muestreo y retención de alimentación para las salidas del demodulador. Una sola tarjeta contenía el chip, el DAC y todos los circuitos analógicos para la interfaz de la línea telefónica, incluidos los transformadores.
