一種很簡(jiǎn)單的增量調(diào)制（DM）編碼

本文是該系列的第19篇。語(yǔ)音編碼壓縮的目的是在盡量不損失信息的情況下降低碼率，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間和通信帶寬。To Multimedia File這個(gè)block就提供幾種語(yǔ)音壓縮方式：CCITT A律、CCITT μ律、GSM 6.10、PCM、ADPCM。本文將介紹一種很簡(jiǎn)單的增量調(diào)制（DM）編碼方式。

DM編解碼
DM（Delta Modulation）編碼的原理很簡(jiǎn)單，信號(hào)處理的學(xué)習(xí)者對(duì)這個(gè)概念也不陌生（博主是在《現(xiàn)代通信技術(shù)概論》這本書中第一次接觸到這個(gè)概念）。其編碼原理如下：

第一幅圖為語(yǔ)音信號(hào)，第二幅圖為編碼后的PWM信號(hào)。在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)采樣時(shí)，編碼系統(tǒng)會(huì)比較相鄰兩個(gè)時(shí)刻的采樣值，若信號(hào)幅度增加，則編碼為1；若信號(hào)幅度減少，則編碼為0（也可以相反）。系統(tǒng)的編碼結(jié)果僅僅需要1比特來(lái)表示信號(hào)的增量關(guān)系。

解碼時(shí)選擇一個(gè)固定的量化階數(shù)，根據(jù)DM編碼值為1或0來(lái)決定輸出信號(hào)是加上一個(gè)量化階數(shù)、還是減去一個(gè)量化階數(shù)。

System Generator設(shè)計(jì)
在Simulink中添加block按下圖連接：

使用Delay做一個(gè)單位的延遲，存儲(chǔ)“過(guò)去時(shí)刻的采樣值”a，并與當(dāng)前時(shí)刻的采樣值b一同輸入到Relational這個(gè)block中進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)成DM編碼；編碼結(jié)果經(jīng)過(guò)一個(gè)非門用來(lái)控制加法器（AddSub，Operation配置為Addition or subtraction），決定加上或減去量化階數(shù)，構(gòu)成DM解碼。

編碼器輸出的1表示正的增量，0表示負(fù)的增量；但是AddSub的sub端口為1時(shí)執(zhí)行a-b（減去量化階數(shù)），為0時(shí)執(zhí)行a+b（加上量化階數(shù)）。由于兩個(gè)部分的邏輯恰好相反，因此中間加一個(gè)Invert block取反。

性能分析
運(yùn)行仿真，播放解碼后的音頻文件會(huì)發(fā)現(xiàn)噪聲很嚴(yán)重，信號(hào)質(zhì)量明顯下降。這也是DM編解碼的固有缺陷。PCM編碼是對(duì)每個(gè)采樣值的幅度都用一定位寬的數(shù)據(jù)量化；DM編碼每個(gè)采用值只用1比特量化。雖然碼率降低了很多，但信噪比也大大下降。

DM編碼有如下兩個(gè)固有缺陷：

• 斜率過(guò)載：當(dāng)輸入信號(hào)變化速率過(guò)快時(shí)，比較器的輸出跟不上輸入信號(hào)的快速變化。
• 粒狀噪聲：當(dāng)輸入信號(hào)變化較慢時(shí)，相鄰兩個(gè)采樣值的差值非常接近0，此時(shí)比較器的輸出會(huì)在0和1之間跳變。

用到的block功能如下：

• Invert：對(duì)輸入的定點(diǎn)數(shù)據(jù)按位取反；
• Relational：比較器，可判斷的等式包括a=b、a!=b、a小于b、a>b、a=b，輸出結(jié)果為bool類型；
• Constant：輸出常數(shù)值，但由于設(shè)置的位寬有限，軟件會(huì)選擇一個(gè)所能表示的與設(shè)定值最接近的值。

編輯：hfy