Los ADPCM

I. RESUMEN

Los ADPCM son codificadores de ondas que en vez de cuantificar la señal directamente, como los codificadores PCM, cuantifican la diferencia entre la señal y una predicción hecha a partir de la señal, por lo que se trata de una codificación diferencial.

Para este caso se usa la codificación diferencial o predictiva, que es una técnica usual en compresión de datos y ha sido ampliamente utilizada tanto en codificación de voz como de imagen.

El objetivo de la codificación predictiva es el de aprovechar la redundancia que existe en las señales a codificar. Esta redundancia permite predecir en parte el valor de una muestra en función de las muestras anteriores. En un codificador predictivo el cuantificador se aplica al error de predicción, es decir, a la diferencia entre el verdadero valor de la muestra y el valor predicho.

Por ello ADPCM es denominado también codificador diferencial adaptativo.

La DPCM usa escalones fijos, mientras que la ADPCM usa escalones variables para codificar la diferencia.

ADPCM, es capaz de comprimir muestras usando 3 o 4 bits por muestra. También este puede reducir en una relación de 4:1 por ejemplo una señal de audio que está a 16 bits/s, sin bajar si calidad de sonido.

II. INTRODUCCION

Este trabajo sobre ADPCM, pretende ser una introducción a los codificadores de voz, resaltando el concepto de codificación de ADPCM, dicho esto consideramos en la parte III de Revisión Literaria consideramos los conceptos de codificación de voz, características de una señal de voz; las cuales son codificadores de forma de onda, codificadores de fuente, y los codificadores híbridos, teniendo así un concepto claro para cada uno de ellos.

Luego nos centramos en nuestro tema principal, para llegar al objetivo de este trabajo, el cual es conocer sobre ADPCM, para eso estudiamos los Codificadores en el dominio del tiempo, los cuales son PCM, DPCM, ADPCM, interesándonos en los codificadores ADPC.

Antes se realizó el desarrollo breve de los conceptos de PCM, DPCM, ya que de estos depende para que entendamos los conceptos sobre Modulación por codificación de impulsos diferencial adaptativo.

III. REVISION LITERARIA

CODIFICACION DE VOZ: INTRODUCCION

CODIFICACION:

La codificación es la transformación de la señal analógica de voz a bits para su transmisión o almacenamiento de forma eficiente.

En un sistema de comunicación eléctrico, la información es convertida primero en una señal eléctrica. Por ejemplo, un micrófono (transconductor) que convierte la voz humana en una señal analógica. En sistemas de comunicación digital, la primera etapa es convertir la señal analógica en un formato digital usando técnicas de conversión analógico-digital. Esta representación de señal digital para varios tipos de información es el tópico que se estudiara.

Los procesos de codificación y decodificación PCM que se describirán en las secciones siguientes, se ocuparan principalmente de reproducir formas de onda con la mayor exactitud posible. La naturaleza precisa de la onda no importará, siempre y cuando ocupe el intervalo de la banda de voz. Cuando solo se digitalizan señales de conversación se usan con frecuencia codificadores/decodificadores especiales de voz, que a veces se llama vocodificadores.

Para lograr comunicaciones aceptables de hablar, el espectro de potencia a corto plazo de la información de voz es todo lo que se debe observar. El oído humano es relativamente insensible a la relación de fases entre los componentes individuales de frecuencia de una forma de onda de voz. En consecuencia, se diseñan los codificadores de voz para que solo reproduzcan el espectro de potencia de corto plazo, y con frecuencia las formas de onda decodificadas, en función del tiempo, se asemejan en forma vaga a la señal original de entrada.

La codificación de voz no se puede usar en aplicaciones donde haya otras señales además de la voz, como por ejemplo las señales de salida de módems de datos en banda de voz. Los codificadores de voz suelen producir habla de sonido no natural y, en consecuencia, se usan en general para información grabada, como por ejemplo mensajes de “número equivocado”, trasmisión en clave de voz por circuitos telefónicos analógicos, señales de salida de computadora y juegos educativos.

El objeto de un codificador de voz es codificar la cantidad mínima de información hablada necesaria para reproducir un mensaje inteligible, con menos bits que los necesarios para un codificador y decodificador convencional. Se usan principalmente en aplicaciones de ancho de banda limitado.

CARACTERISTICAS DE UNA SEÑAL DE VOZ

• La señal de voz ocupa un ancho de banda de 4KHZ. Los componentes de alta frecuencia es de 4KHZ. Como la información allí alojada no es significativa, se filtra y se obtiene en promedio el AB propio de las redes telefónicas de 3,4KHZ

• La frecuencia fundamental varía de acuerdo a la persona. En voz masculina está ubicado en el rango de 50-250 HZ. En voz femenina está ubicado en el rango de 200-400 Hz.

• Los sonidos del habla pueden clasificarse como voiced sounds (sonidos no vocalizados), por ejemplo: las vocales a,e,i,o,u; estos son señales periódicas y tienen altas amplitudes. Por otro lado, están las señales tipo unvoiced sounds (no vocalizados), por ejemplo: las letras s,z,t, etc.. tienen aspecto a señales de ruido y están alojadas en bajas amplitudes.

• Una señal de voz es considerada como no estacionaria. Las características propias de una señal varían. Sin embargo, si se toman pequeñas porciones de señales de voz de cada 20ms, la señal puede ser considerada estacionaria. En otras palabras, durante pequeños espacios de tiempo, las características de una señal no cambian mucho. De esta forma, el valor de la frecuencia fundamental, puede calcularse usando una señal de voz de 20ms. Aunque, suele suceder, que si se toman muestras de la señal de voz en los próximos 20ms, la frecuencia puede ser diferente.

Estas características son ampliamente usadas para la conversión de una señal analógica a digital, teniendo como aplicaciones en procesadores de voz (text-to-speech conversion) y reconocedores de voz.

TIPOS DE CODIFICADORES

• CODIFICADORES DE FORMA DE ONDA (WAVEFORM CODERS)

Tratan de reproducir fielmente la forma de la señal de la voz, aprovechando sus características temporales o espectrales para codificarla de forma eficiente. Regímenes binarios en el rango 16-64 Kbps. Calidad alta. Ejemplos: PCM, DPCM, ADPCM, Codificadores de sub-bandas.

Utilizan información redundante de las muestras de voz de tal forma que permitan una codificación más eficiente que PCM con cuantización uniforme. Este tipo de codificadores proporciona una alta calidad de voz a bit rates medios, del orden de 32 kb/s. Sin embargo, no son útiles cuando se quiere codificar a bajos bit rates.

• VOCODERS O CODIFICADORES DE FUENTE

Los codificadores de fuente, que si explotan las características de la voz de tal manera que no producen buenos resultados cuando la fuente no es la voz humana. Asumen un modelo para la señal de voz. Obtienen y cuantifican los parámetros de dicho modelo. Regímenes binarios en el rango de 1,2-4,8 Kbps. Calidad Baja. Ejemplos: Vocoder LPC, Vocoder homomófico.

En este grupo de vocoders están aquellos codificados que si tienen en cuanta la naturaleza de la señal a codificar, en este caso la voz, y aprovechan las características de la misma para ganar en eficiencia. Permiten trabajar con muy bajos bit rate, pero la señal de voz que producen suena demasiado sintética.

• HIBRIDOS

Están en medio camino entre los codificadores de forma de onda y los vocoders. Asumen un modelo de producción de la

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