連続可変スロープデルタ変調

連続可変勾配デルタ変調（CVSDまたはCVSDM）は音声符号化方式です。これは可変ステップ サイズ（適応デルタ変調の特殊なケース）のデルタ変調であり、1970 年に Greefkes と Riemens によって初めて提案されました。

CVSD はサンプルごとに 1 ビットでエンコードするため、16 kHz でサンプリングされたオーディオは 16 kbit/s でエンコードされます。

エンコーダーは、参照サンプルとステップ サイズを維持します。各入力サンプルは、参照サンプルと比較されます。入力サンプルの方が大きい場合、エンコーダーは1ビットを出力し、参照サンプルにステップ サイズを追加します。入力サンプルの方が小さい場合、エンコーダーは0ビットを出力し、参照サンプルからステップ サイズを減算します。エンコーダーは、ステップ サイズの調整を決定するために、出力の前のNビット ( N = 3 またはN = 4 が非常に一般的) も保持します。前のNビットがすべて 1 または 0 の場合、ステップ サイズが増加します。それ以外の場合、ステップ サイズは減少します (通常は 5 ミリ秒の範囲で指数的に減少します)。ステップ サイズは、処理される入力サンプルごとに調整されます。 ${\displaystyle \tau}$

ビットエラーを徐々に減らし、進行中のビットストリームとの（再）同期を可能にするために、出力レジスタ（参照サンプルを保持する）は通常、約 1 ms の時定数（）を持つリーキー積分器として実現されます。 ${\displaystyle \tau}$

デコーダーはこのプロセスを逆にして、参照サンプルから開始し、ビット ストリームに応じてステップ サイズを加算または減算します。調整された参照サンプルのシーケンスは再構成された波形であり、ステップ サイズはエンコーダーと同じすべて 1 または 0 のロジックに従って調整されます。

ステップ サイズを適応させることで、勾配のオーバーロードを回避し (信号が急激に変化したときに量子化のステップが増加する)、信号が一定のときに粒状ノイズを減らすことができます(量子化のステップが減少)。

CVSD は、シンプルさ、低ビットレート、品質の間の妥協点と言われることもあります。一般的なビットレートは 9.6～128 kbit/s です。

他のデルタ変調技術と同様に、デコーダーの出力はエンコーダーへの元の入力 と完全には一致しません。

12 kbit/s CVSD は、モトローラのデジタル暗号化双方向無線製品の SECURENET ライン で使用されます。

16 kbit/s および 32 kbit/s CVSD は、配備された地域で音声認識品質のオーディオを提供するために軍のTRI-TACデジタル電話 (DNVT、DSVT) で使用されました。16 kbit/s の速度は、通常、戦術リンクの帯域幅を節約するために米国陸軍によって使用されました。32 kbit/s の速度は、通常、音声品質を向上させるために米国空軍によって使用されました。

64 kbit/s CVSD は、携帯電話とワイヤレス ヘッドセット間などの電話関連のBluetoothサービス プロファイルで音声信号をエンコードするためのオプションの 1 つです。その他のオプションには、対数a-lawまたはμ-law量子化によるPCMや、16 kHz のサンプル レートと最高品質を特徴とする mSBC コーデックがあります。

SinistarやSmash TVなどの多数のアーケードゲームや、 GorgarやSpace Shuttleなどのピンボールマシンは、HC-55516 CVSDデコーダーを通じて録音済みの音声を再生します。^{[1] [2]}

デルタ変調は、 Satellite Business Systems (SBS)が音声ポートに使用し、企業間通信のニーズが大きい国内大手企業 (IBM など) に長距離電話サービスを提供していました。このシステムは 1980 年代を通じて使用されていました。音声ポートは、音声アクティビティ圧縮 (VAC) とエコー サプレッサーを備えたデジタル実装の 24 kbit/s デルタ変調を使用して、衛星を介した半秒のエコー パスを制御しました。リスニング テストでは、24 kbit/s デルタ モジュレーターが、高品質の電話回線や標準の 64 kbit/s μ-law圧縮 PCM と比較して、目立った劣化のない「完全な音声品質」を実現していることを確認しました。これにより、衛星チャネル容量が 8:3 に向上しました。IBM は、衛星通信コントローラーと音声ポート機能を開発しました。

1974 年の最初の提案では、最先端の 24 kbit/s デルタ変調器と、単一の積分器、およびゲイン エラー回復用に修正された Shindler 圧縮伸長器が使用されました。これは、完全な電話回線の音声品質よりも劣ることが判明しました。1977 年、ノースカロライナ州 IBMリサーチ トライアングル パーク研究所で 1 人のエンジニアと 2 人のアシスタントが品質の改善に任命されました。

最終的な実装では、積分器を、長期平均音声スペクトルを近似するように設計された 2 極複素対ローパス フィルタで実装された予測器に置き換えました。理論的には、積分器は信号スペクトルに一致するように設計された予測器であるべきでした。ほぼ完璧な Shindler 圧縮機が修正バージョンに置き換えられました。修正された圧縮機では、ほとんどの信号レベルでステップ サイズが完璧ではなく、高速ゲイン エラー回復によって、単純な信号対ノイズ測定と比較して、実際のリスニング テストで測定されたノイズが増加することがわかりました。最終的な圧縮機では、12 ビット演算によって生じる自然な切り捨て丸め誤差により、非常に穏やかなゲイン エラー回復が実現されました。

6 つのポートのデルタ変調、VAC、エコー制御の完全な機能は、12 ビット演算を備えた単一のデジタル集積回路チップに実装されました。単一の DAC が 6 つのポートすべてで共有され、変調器の電圧比較機能を提供し、復調器出力のサンプル アンド ホールド回路に供給します。1 枚のカードに、チップ、DAC、およびトランスフォーマーを含む電話回線インターフェイスのすべてのアナログ回路が搭載されていました。

• パルス幅変調
• デルタシグマ変調

• JA Greefkes および K. Riemens、「音声伝送のためのデジタル制御コンパンディングによるコード変調」、Philips Tech. Rev.、pp. 335–353、1970 年。
• NS Jayant、「音声波形のデジタル符号化：PCM、DPCM、および DM 量子化器」、Proc. IEEE、vol. 62、no. 5、pp. 611-632、1974 年 5 月。
• R. Steele, Delta Modulation Systems、Pentech Press、ロンドン、イギリス、1975年。
• NS Jayant および P. Noll、「波形のデジタル符号化: 原理と音声およびビデオへの応用」、Prentice-Hall、Englewood Cliffs、NJ、1984 年。
• アルゴリズムの説明と音声サンプル
• Bluetooth システム 2.0 + EDR の仕様、コア システム パッケージ、パート B「ベースバンド仕様」、セクション 9「オーディオ」、2004 年 11 月