home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ InfoMagic Standards 1994 January / InfoMagic Standards - January 1994.iso / ccitt / 1988 / troff / 3_4_07.tro < prev    next >
Text File  |  1991-12-12  |  14KB  |  626 lines
  1. .rs
  2. .\" Troff code generated by TPS Convert from ITU Original Files
  3. .\"                 Not Copyright ( c) 1991 
  4. .\"
  5. .\" Assumes tbl, eqn, MS macros, and lots of luck.
  6. .TA 1c 2c 3c 4c 5c 6c 7c 8c
  7. .ds CH
  8. .ds CF
  9. .EQ
  10. delim @@
  11. .EN
  12. .nr LL 40.5P
  13. .nr ll 40.5P
  14. .nr HM 3P
  15. .nr FM 6P
  16. .nr PO 4P
  17. .nr PD 9p
  18. .po 4P
  19.  
  20. .rs
  21. \v | 5i'
  22. .IP
  23. \fB7.2\fR     \fBCoding\ of\ analogue\ signals\ by\ methods\ other\ than\ PCM\fR 
  24. .sp 1P
  25. .RT
  26. .sp 2P
  27. .LP
  28. \fBRecommendation\ G.721\fR 
  29. .RT
  30. .sp 2P
  31. .ce 1000
  32. \fB32\ kbit/s\ \fR \fBADAPTIVE\ DIFFERENTIAL\ PULSE\ CODE\fR 
  33. .EF '%    Fascicle\ III.4\ \(em\ Rec.\ G.721''
  34. .OF '''Fascicle\ III.4\ \(em\ Rec.\ G.721    %'
  35. .ce 0
  36. .sp 1P
  37. .ce 1000
  38. \fBMODULATION\ (ADPCM)\fR 
  39. .FS
  40. This
  41. Recommendation G.721 completely replaces the text of Recommendation\ G.721
  42. published in Fascicle\ III.3 of the \fIRed Book\fR . It should be noted 
  43. that systems designed in accordance with the present Recommendation will 
  44. not be compatible with systems designed in accordance with the \fIRed Book\fR 
  45. version. 
  46. .FE
  47. .ce 0
  48. .sp 1P
  49. .ce 1000
  50. \fI(Melbourne, 1988)\fR 
  51. .sp 9p
  52. .RT
  53. .ce 0
  54. .sp 1P
  55. .LP
  56. \fB1\fR     \fBGeneral\fR 
  57. .sp 1P
  58. .RT
  59. .PP
  60. The characteristics below are recommended for the conversion of a 64\ kbit/s 
  61. A\(hylaw or \(*m\(hylaw PCM channel to and from a 32\ kbit/s channel. The 
  62. conversion is applied to the PCM bit stream using an ADPCM transcoding
  63. technique. The relationship between the voice frequency signals and the PCM
  64. encoding/decoding laws is fully specified in Recommendation\ G.711.
  65. .PP
  66. Paragraphs 1.1 and 1.2 of this Recommendation provide an outline
  67. description of the ADPCM transcoding algorithm, \(sc\(sc\ 2 and\ 3 provide the
  68. principles and functional descriptions of the ADPCM encoding and decoding
  69. algorithms respectively, whilst \(sc\ 4 is the precise specification for the
  70. algorithm computations. Networking aspects and digital test sequences are
  71. addressed in Apendices\ I and\ II respectively to this Recommendation.
  72. .PP
  73. Simplified block diagrams of both the ADPCM encoder and decoder are
  74. shown in Figure\ 1/G.721.
  75. .PP
  76. In \(sc 4, each sub\(hyblock in the encoder and decoder is precisely defined 
  77. using one particular logical sequence. If other methods of computation 
  78. are 
  79. used, extreme care should be taken to ensure that they yield \fIexactly\fR 
  80. the same value for the output processing variables. Any further departures 
  81. from the 
  82. processes detailed in \(sc\ 4 will incur performance penalties which may be
  83. severe.
  84. .PP
  85. \fINote 1\fR \ \(em\ For the time being, the 32 kbit/s ADPCM algorithm 
  86. defined in this Recommendation is intended for transmission purposes since 
  87. switching 
  88. applications at this bit rate are a subject for further study by the CCITT.
  89. .PP
  90. \fINote 2\fR \ \(em\ Prior to the definition of this Recommendation, other 32
  91. kbit/s ADPCM algorithms of similar performance have been incorporated in
  92. equipment designs and used in national telecommunications networks.
  93. .PP
  94. \fINote 3\fR \ \(em\ In the short term, due to the limited availability of
  95. 32\ kbit/s ADPCM equipment, the use of 32\ kbit/s ADPCM in the international
  96. network, when requested by one of the Administrations concerned, will require 
  97. bilateral and/or multilateral agreement. 
  98. .PP
  99. \fINote 4\fR \ \(em\ Signalling and multiplexing considerations are beyond 
  100. the scope of this Recommendation (see for example Recommendation\ G.761). 
  101. .RT
  102. .sp 1P
  103. .LP
  104. 1.1
  105.     \fIADPCM encoder\fR 
  106. .sp 9p
  107. .RT
  108. .PP
  109. Subsequent to the conversion of the A\(hylaw or \(*m\(hylaw PCM input signal 
  110. to uniform PCM, a difference signal is obtained, by subtracting an estimate 
  111. of the input signal from the input signal itself. An adaptative 15\(hylevel 
  112. quantizer is used to assign four binary digits to the value of the difference 
  113. signal for transmission to the decoder. An inverse quantizer produces a 
  114. quantized 
  115. difference signal from these same four binary digits. The 
  116. signal
  117. estimate
  118. is added to this 
  119. quantized difference signal
  120. to produce
  121. the reconstructed
  122. .PP
  123. version of the input signal. Both the reconstructed signal and the quantized
  124. difference signal are operated upon by an 
  125. adaptive predictor
  126. which
  127. produces the estimate of the input signal, thereby completing the 
  128. feedback  loop
  129. .
  130. .RT
  131. .LP
  132. .sp 1
  133. .bp
  134. .sp 1P
  135. .LP
  136. 1.2
  137.     \fIADPCM decoder\fR 
  138. .sp 9p
  139. .RT
  140. .PP
  141. The decoder includes a structure identical to the feedback portion of the 
  142. encoder, together with a uniform PCM to A\(hylaw or \(*m\(hylaw conversion 
  143. and a 
  144. synchronous coding adjustment
  145. .
  146. .PP
  147. The synchronous coding adjustment prevents cumulative distortion
  148. occurring on synchronous tandem codings (ADPCM\(hyPCM\(hyADPCM,\ etc. digital
  149. connections) under certain conditions (see \(sc\ 3.7). The synchronous coding
  150. adjustment is achieved by adjusting the 
  151. PCM output codes
  152. in a manner
  153. which attempts to eliminate 
  154. quantizing distortion
  155. in the next 
  156. ADPCM encoding stage
  157. .
  158. .RT
  159. .LP
  160. .rs
  161. .sp 37P
  162. .ad r
  163. \fBFigure 1/G.721, p.\fR 
  164. .sp 1P
  165. .RT
  166. .ad b
  167. .RT
  168. .sp 2P
  169. .LP
  170. \fB2\fR     \fBADPCM encoder\fR \fBprinciples\fR 
  171. .sp 1P
  172. .RT
  173. .PP
  174. Figure 2/G.721 is a block schematic of the encoder. For each
  175. variable to be described, \fIk\fR \ is the 
  176. sampling index
  177. and samples are
  178. taken at 125\ \(*ms intervals. A fundamental description of each block is given
  179. below in \(sc\(sc\ 2.1 to\ 2.8.
  180. .bp
  181. .RT
  182. .LP
  183. .rs
  184. .sp 25P
  185. .ad r
  186. \fBFigure 2/G.721, p.\fR 
  187. .sp 1P
  188. .RT
  189. .ad b
  190. .RT
  191. .sp 1P
  192. .LP
  193. 2.1
  194.     \fIInput PCM format conversion\fR 
  195. .sp 9p
  196. .RT
  197. .PP
  198. This block converts the input signal \fIs\fR (\fIk\fR ) from A\(hylaw or 
  199. \(*m\(hylaw PCM to a uniform PCM signal \fIs\fR\d1\u(\fIk\fR ). 
  200. .RT
  201. .sp 1P
  202. .LP
  203. 2.2
  204.     \fIDifference signal\fR \fIcomputation\fR 
  205. .sp 9p
  206. .RT
  207. .PP
  208. This block calculates the difference signal \fId\fR (\fIk\fR ) from the 
  209. uniform PCM signal \fIs\fR\d\fIl\fR\u(\fIk\fR ) and the signal 
  210. estimate \fIs\fR\d\fIe\fR\u(\fIk\fR ):
  211. \v'6p'
  212. .RT
  213. .ce 1000
  214. \fId\fR (\fIk\fR ) = \fIs
  215. \dl\u\fR (\fIk\fR ) \(em
  216. \fIs
  217. \de\u\fR (\fIk\fR )
  218. .ce 0
  219. .ad r
  220. (2\(hy1)
  221. .ad b
  222. .RT
  223. .LP
  224. .sp 1
  225. .sp 1P
  226. .LP
  227. 2.3
  228.     \fIAdaptive quantizer\fR 
  229. .sp 9p
  230. .RT
  231. .PP
  232. A 15\(hylevel non\(hyuniform adaptive quantizer is used to quantize the 
  233. difference signal \fId\fR (\fIk\fR ). Prior to quantization, \fId\fR (\fIk\fR 
  234. ) is 
  235. converted to
  236. a base\ 2 logarithmic representation and scaled by \fIy\fR (\fIk\fR ) which is
  237. computed by
  238. the scale factor adaptation block. The normalized input/output characteristic 
  239. (infinite precision values) of the quantizer is given in Table\ 1/G.721. 
  240. Four 
  241. binary digits are used to specify the quantized level representing
  242. \fId\fR (\fIk\fR )
  243. (three for the magnitude and one for the sign). The 4\(hybit quantizer output
  244. \fII\fR (\fIk\fR ) forms the 32\ kbit/s output signal; it is also fed to 
  245. the inverse adaptive quantizer, the adaptation speed control and the 
  246. quantizer scale
  247. factor
  248. adaptation blocks.
  249. .RT
  250. .sp 1P
  251. .LP
  252. 2.4
  253.     \fIInverse adaptive quantizer\fR 
  254. .sp 9p
  255. .RT
  256. .PP
  257. A quantized version \fId\fR\d\fIq\fR\u(\fIk\fR ) of the difference signal 
  258. is produced by scaling, using \fIy\fR (\fIk\fR ), specific values selected 
  259. from the 
  260. normalized quantizing characteristic given in Table\ 1/G.721 and then
  261. transforming the result from the logarithmic domain.
  262. .bp
  263. .RT
  264. .ce
  265. \fBH.T. [T1.721]\fR 
  266. .ce
  267. TABLE\ 1/G.721
  268. .ce
  269. \fBQuantizer normalized input/output characteristic\fR 
  270. .ps 9
  271. .vs 11
  272. .nr VS 11
  273. .nr PS 9
  274. .TS
  275. center box;
  276. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  277.  {
  278. Normalized quantizer input range
  279. log
  280.  | fId\fR
  281. (\fIk\fR
  282.  | (em\fIy\fR
  283. (\fIk\fR
  284. )
  285.  }    | fII\fR (\fIk\fR  |     {
  286. Normalized quantizer output
  287. log
  288.  | fId\fR
  289. \fIq\fR
  290. (\fIk\fR
  291.  | (em\fIy\fR
  292. (\fIk\fR
  293. ) 
  294.  }
  295. _
  296. .T&
  297. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  298. [3.12,\ +\(if)    7    3.32\ 
  299. .T&
  300. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  301. [2.72,\ \ 3.12)    6    2.91\ 
  302. .T&
  303. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  304. [2.34,\ \ 2.72)    5    2.52\ 
  305. .T&
  306. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  307. [1.91,\ \ 2.34)    4    2.13\ 
  308. .T&
  309. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  310. [1.38,\ \ 1.91)    3    1.66\ 
  311. .T&
  312. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  313. [0.62,\ \ 1.38)    2    1.05\ 
  314. .T&
  315. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  316. [\(em0.98,\ 0.62)    1    0.031
  317. .T&
  318. cw(72p) | cw(30p) | cw(72p) .
  319. (\(em\(if,\ \(em0.98)    0    \(em\(if
  320. .TE
  321. .LP
  322. \fINote\fR
  323. \ \(em\ The convention used here is that \*Q[\*U indicates that the endpoint
  324. value is included in the range, \*Q)\*U indicates that the endpoint value is
  325. excluded from the range.
  326. .nr PS 9
  327. .RT
  328. .ad r
  329. \fBTable 1/G.721 [T1.721], p.\fR 
  330. .sp 1P
  331. .RT
  332. .ad b
  333. .RT
  334. .sp 1P
  335. .LP
  336. 2.5
  337.     \fIQuantizer scale factor adaptation\fR 
  338. .sp 9p
  339. .RT
  340. .PP
  341. This block computes \fIy\fR (\fIk\fR ), the scaling factor for the
  342. quantizer and the inverse quantizer. The inputs are the 4\(hybit quantizer 
  343. output \fII\fR (\fIk\fR ) and the adaptation speed control parameter \fIa\fR\d\fIl\fR\u(\fIk\fR 
  344. ). 
  345. .PP
  346. The basic principle used in scaling the quantizer is 
  347. bimodal
  348. adaptation
  349. :
  350. .RT
  351. .LP
  352.     \(em
  353.     fast for signals (e.g. speech) that produce difference
  354. signals with large fluctuations;
  355. .LP
  356.     \(em
  357.     slow for signals (e.g. voiceband data, tones) that produce
  358. difference signals with small fluctuations.
  359. .PP
  360. The speed of adaptation is controlled by a combination of fast and slow 
  361. scale factors. 
  362. .PP
  363. The 
  364. fast (unlocked) scale factor
  365. \fIy\fR\d\fIu\fR\u(\fIk\fR ) is
  366. recursively computed in the base\ 2 logarithmic domain from the resultant
  367. logarithmic scale factor \fIy\fR (\fIk\fR ):
  368. \v'6p'
  369. .RT
  370. .ce 1000
  371. \fIy
  372. \du\u\fR (\fIk\fR ) = (1 \(em 2
  373. \u\(em5
  374. \d)\fIy\fR (\fIk\fR ) +
  375. 2
  376. \u\(em5
  377. \d\fIW\fR [\fII\fR (\fIk\fR )],
  378. .ce 0
  379. .ad r
  380. (2\(hy2)
  381. .ad b
  382. .RT
  383. .LP
  384. .sp 1
  385. where \fIy
  386. \du\u\fR (\fIk\fR ) is limited by 1.06 \(= \fIy
  387. \du\u\fR (\fIk\fR ) \(=  10.00.
  388. .PP
  389. The discrete function \fIW\fR (\fII\fR ) is defined as follows
  390. (infinite precision values):
  391. .ce
  392. \fBH.T. [T2.721]\fR 
  393. .ps 9
  394. .vs 11
  395. .nr VS 11
  396. .nr PS 9
  397. .TS
  398. center box;
  399. cw(24p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) .
  400. | (k |    7    6    5    4    3    2    1    0
  401. _
  402. .T&
  403. cw(24p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) .
  404. W(I)    70.13    22.19    12.38    7.00    4.00    2.56    1.13    \(em0.75
  405. .TE
  406. .nr PS 9
  407. .RT
  408. .ad r
  409. \fBTable [T2.721], p.\fR 
  410. .sp 1P
  411. .RT
  412. .ad b
  413. .RT
  414. .PP
  415. The factor (1 \(em 2\uD\dlF261\u5\d) introduces finite memory into the
  416. adaptive process so that the states of the encoder and decoder converge
  417. following transmission errors.
  418. .bp
  419. .PP
  420. The 
  421. slow (locked) scale factor
  422. \fIy\fR\d\fIl\fR\u(\fIk\fR ) is derived from \fIy\fR\d\fIu\fR\u(\fIk\fR 
  423. ) with a low pass filter operation: 
  424. \v'6p'
  425. .RT
  426. .ce 1000
  427. \fIy
  428. \dl\u\fR (\fIk\fR ) = (1 \(em 2
  429. \u\(em6
  430. \d)\fIy
  431. \dl\u\fR (\fIk\fR \(em 1) +
  432. 2
  433. \u\(em6
  434. \d\fIy
  435. \du\u\fR (\fIk\fR )
  436. .ce 0
  437. .ad r
  438. (2\(hy3)
  439. .ad b
  440. .RT
  441. .PP
  442. .sp 1
  443. The fast and slow scale factors are then combined to form the
  444. resultant scale factor:
  445. \v'6p'
  446. .ce 1000
  447. \fIy\fR (\fIk\fR ) = \fIa
  448. \dl\u\fR (\fIk\fR )\fIy
  449. \du\u\fR (\fIk\fR \(em 1) + [1 \(em
  450. \fIa
  451. \dl\u\fR (\fIk\fR )]\fIy
  452. \dl\u\fR (\fIk\fR \(em 1),
  453. .ce 0
  454. .ad r
  455. (2\(hy4)
  456. .ad b
  457. .RT
  458. .LP
  459. .sp 1
  460. .LP
  461. where 0 \(= \fIa
  462. \dl\u\fR (\fIk\fR ) \(= 1 (see \(sc 2.6).
  463. .sp 1P
  464. .LP
  465. 2.6
  466.     \fIAdaptation speed control\fR 
  467. .sp 9p
  468. .RT
  469. .PP
  470. The controlling parameter \fIa\fR\d\fIl\fR\u(\fIk\fR ) can assume values 
  471. in the range [0,\ 1]. It tends towards unity for speech signals and towards 
  472. zero 
  473. for voiceband data signals and tones. It is derived from a measure of the
  474. rate\(hyof\(hychange of the difference signal values.
  475. .PP
  476. Two measures of the average magnitude of \fII\fR (\fIk\fR ) are
  477. computed:
  478. \v'6p'
  479. .RT
  480. .ce 1000
  481. \fId
  482. \dms
  483. \u\fR (\fIk\fR ) = (1 \(em 2
  484. \u\(em5
  485. \d)\fId
  486. \dms
  487. \u\fR (\fIk\fR \(em 1)  + 2
  488. \u\(em5
  489. \d\fIF\fR [\fII\fR (\fIk\fR )],
  490. .ce 0
  491. .ad r
  492. (2\(hy5)
  493. .ad b
  494. .RT
  495. .LP
  496. and
  497. .ce 1000
  498. \fId
  499. \dml
  500. \u\fR (\fIk\fR ) = (1 \(em 2
  501. \u\(em7
  502. \d)\fId
  503. \dml
  504. \u\fR (\fIk\fR \(em 1)  + 2
  505. \u\(em7
  506. \d\fIF\fR [\fII\fR (\fIk\fR )],
  507. .ce 0
  508. .ad r
  509. (2\(hy6)
  510. .ad b
  511. .RT
  512. .LP
  513. .sp 1
  514. where \fIF\fR [\fII\fR (\fIk\fR )] is defined by
  515. .ce
  516. \fBH.T. [T3.721]\fR 
  517. .ps 9
  518. .vs 11
  519. .nr VS 11
  520. .nr PS 9
  521. .TS
  522. center box;
  523. cw(24p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) .
  524. | (k |    7    6    5    4    3    2    1    0
  525. _
  526. .T&
  527. cw(24p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) | cw(18p) .
  528. F[I(k)]      7    3    1    1    1    0    0    0
  529. .TE
  530. .nr PS 9
  531. .RT
  532. .ad r
  533. \fBTable [T3.721], p.\fR 
  534. .sp 1P
  535. .RT
  536. .ad b
  537. .RT
  538. .LP
  539. \fId\fR\d\fIm\fR\\d\fIs\fR\u(\fIk\fR ) is thus a relatively short term 
  540. average of 
  541. \fIF\fR [\fII\fR (\fIk\fR )]
  542. and \fId\fR\d\fIm\fR\\d\fIl\fR\u(\fIk\fR ) is a relatively long term average of
  543. \fIF\fR [\fII\fR (\fIk\fR )].
  544. .PP
  545. Using these two averages, the variable \fIa\fR\d\fIp\fR\u(\fIk\fR ) is
  546. defined:
  547. \v'6p'
  548. .LP
  549. \fIa
  550. \dp\u\fR (\fIk\fR ) = 
  551. \ (1 \(em
  552. 2
  553. \u\(em4
  554. \d)\fIa
  555. \dp\u\fR (\fIk\fR \(em 1) + 2
  556. \u\(em3
  557. \d,
  558. \ if 
  559. @ left | fId~\dms~\u\fR (\fIk\fR ) \(em~\fId~\dml~\u\fR (\fIk\fR ) right | @ 
  560. \(>=" 2
  561. \u\(em3
  562. \d\fId
  563. \dml
  564. \u\fR (\fIk\fR )
  565. \fIa
  566. \dp\u\fR (\fIk\fR ) = 
  567. \ (1 \(em
  568. 2
  569. \u\(em4
  570. \d)\fIa
  571. \dp\u\fR (\fIk\fR \(em 1) + 2
  572. \u\(em3
  573. \d, \ if \fIy\fR (\fIk\fR ) < 3
  574. \fIa
  575. \dp\u\fR (\fIk\fR ) = 
  576. \ (1 \(em
  577. 2
  578. \u\(em4
  579. \d)\fIa
  580. \dp\u\fR (\fIk\fR \(em 1) + 2
  581. \u\(em3
  582. \d,
  583. \ if \fIt\fR \fI\d\fId\fR\u(\fIk\fR ) = 1
  584. (2\(hy7)
  585. \fIa
  586. \dp\u\fR (\fIk\fR ) =
  587. \ 1,
  588. if \fIt\fR \fI\d\fIr\fR\u(\fIk\fR ) = 1
  589. \fIa
  590. \dp\u\fR (\fIk\fR ) = 
  591. \ (1 \(em
  592. 2
  593. \u\(em4
  594. \d)\fIa
  595. \dp\u\fR (\fIk\fR \(em 1),
  596. + 2
  597. \u\(em3
  598. \d \ 
  599. otherwise
  600. .PP
  601. Thus, \fIa\fR\d\fIp\fR\u(\fIk\fR ) tends towards the value 2 if the difference 
  602. between \fId\fR\d\fIm\fR\\d\fIs\fR\u(\fIk\fR ) and \fId\fR\d\fIm\fR\\d\fIl\fR\u(\fIk\fR 
  603. ) is large (average 
  604. magnitude of
  605. \fII\fR (\fIk\fR ) changing) and \fIa\fR\d\fIp\fR\u(\fIk\fR ) tends towards 
  606. the value\ 0 if 
  607. the difference
  608. is small (average magnitude of \fII\fR (\fIk\fR ) relatively constant).
  609. \fIa\fR\d\fIp\fR\u(\fIk\fR )
  610. also tends towards\ 2 for an idle channel (indicated by
  611. \fIy\fR (\fIk\fR )\ <\ 3) or partial band signals (indicated by
  612. \fIt\fR\d\fId\fR\u(\fIk\fR )\ =\ 1 as described in \(sc\ 2.8). Note that 
  613. \fIa\fR\d\fIp\fR\u(\fIk\fR ) is set to\ 1 upon detection of a 
  614. partial band signal transition
  615. (indicated  by \fIt\fR\d\fIr\fR\u(\fIk\fR )\ =\ 1, see \(sc\ 2.8).
  616. .LP
  617. \fIa
  618. \dp\u\fR (\fIk\fR \(em 1) is then limited to yield \fIa
  619. \dl\u\fR (\fIk\fR )
  620. used in Equation (2\(hy4) above:
  621. \v'6p'
  622. .ce 1000
  623. \fIa
  624. [Formula Deleted]
  625.  
  626.