Look-Ahead Based Sigma-Delta Modulation

تبدیل آنالوگ به دیجیتال با وضوح بالا و تبدیل دیجیتال به آنالوگ اغلب با استفاده از مدولاتور Sigma-Delta (SDM) انجام می شود. فرآیند مدولاسیون سیگما-دلتا، اگرچه در هنگام استفاده از کوانتایزر 1 بیتی بسیار غیرخطی است، اما امروزه به خوبی درک شده است و می توان آن را برای ارائه کیفیت تبدیل سیگنال بسیار بالا ساخت. سیستم نمونه ای که الگوریتم مدولاسیون سنتی سیگما-دلتا را تا حد عملکرد خود سوق می دهد، استاندارد Super Audio CD (SA-CD) است که در آن از یک سیگنال 1 بیتی 64 بار بیش از نمونه برای نمایش محتوای صوتی با SNR تا حداکثر استفاده می شود. 120 ~ دسی بل بیش از پهنای باند 20 ~ کیلوهرتز.

مدولاسیون سیگما دلتا مبتنی بر نگاه به آینده تعدادی از تکنیک های مدولاسیون سیگما-دلتا دیجیتال جایگزین را ارائه می دهد که از نگاه به جلو استفاده می کند، فرآیندی که تأثیر را در نظر می گیرد. تصمیم گیری در مورد آینده، برای تحقق بخشیدن به کیفیت تبدیل حتی بالاتر از حد ممکن با مدولاسیون سنتی سیگما-دلتا.

این کتاب یک نمای کلی روشن از تکنیک های مختلف رمزگذاری را در اختیار خواننده قرار می دهد و بهبود کیفیت تبدیل سیگنال را نشان می دهد. را می توان از استفاده آنها به دست آورد. با شروع از رویکرد نگاه کامل اولیه که به چندین مرتبه قدرت محاسباتی بیشتر از یک SDM معمولی نیاز دارد، ساختارهای کارآمدتری به دست می‌آیند که می‌توانند عملکرد تبدیل سیگنال بسیار بالاتری را با کسری از هزینه محاسباتی تحقق بخشند. علاوه بر این، یک مدولاتور مشتق شده است که قادر به تولید جریان های بیتی است که برای استفاده SA-CD بهینه شده اند، یعنی کیفیت تبدیل سیگنال بالا همراه با حداقل آنتروپی سیگنال.

همه الگوریتم های نگاه به آینده ارائه شده در این کتاب در شبه کد توضیح داده شده است و نتایج شبیه سازی فراوانی برای قضاوت در مورد تأثیرات روی عملکرد تبدیل سیگنال ارائه شده است.

High resolution analog-to-digital conversion and digital-to-analog conversion is often realized with the use of a Sigma-Delta Modulator (SDM). The sigma-delta modulation process, although very non-linear when a 1-bit quantizer is used, is nowadays well understood and can be made to deliver a very high signal conversion quality. An example system that pushes the traditional sigma-delta modulation algorithm to its performance limit is the Super Audio CD (SA-CD) standard, in which a 64 times oversampled 1-bit signal is used to represent audio content with an SNR of up to 120~dB over 20~kHz bandwidth.

Look-Ahead Based Sigma-Delta Modulation presents a number of alternative digital sigma-delta modulation techniques that make use of look-ahead, a process that takes into account the effect of decisions on the future, to realize an even higher conversion quality than possible with traditional sigma-delta modulation.

This book provides the reader with a clear overview of various encoding techniques and demonstrates the improvements in signal conversion quality that can be obtained from their use. Starting from the basic full look-ahead approach that requires several orders of magnitude more computational power than a normal SDM, more efficient structures are derived that are able to realize a far higher signal conversion performance at a fraction of the computational cost. In addition to this, a modulator is derived that is able to generate bitstreams that are optimized for SA-CD usage, i.e. a high signal conversion quality combined with minimal signal entropy.

All the look-ahead algorithms presented in this book are described in pseudocode and ample simulation results are provided to judge the effects on the signal conversion performance.