ITU-T Recommendations

تصف التوصية ITU-T G.722 خصائص نظام تشفير نطاق سمعي عريض WB)، 50-7 000 (Hz يمكن أن يُستخدم لمجموعة متنوعة من التطبيقات الكلامية عالية الجودة. ويستخدم نظام التشفير التشكيل الشفري النبضي التفاضلي التكييفي في النطاق الفرعي (SB-ADPCM) ضمن معدل بتات قدره kbit/s 64. ويشار إلى النظام من هذه النقطة فصاعداً باسم التشفير السمعي kbit/s 64 7) (kHz. وفي تقنية SB ADPCM المستخدمة، يقسَّم النطاق الترددي إلى نطاقين فرعيين (أعلى وأدنى) وتشفَّر الإشارات في كل نطاق فرعي باستخدام ADPCM. وللنظام ثلاثة أساليب أساسية للتشغيل تقابل معدلات بتات المستخدمة للتشفير السمعي 7 kHz وهي: 64 و56 و48 kbit/s. ويسمح الأسلوبان الأخيران بتوفير قناة بيانات مساعدة بمعدل 8 و64 kbit/s على التوالي، بالاستفادة من البتات في النطاق الفرعي الأدنى. وتضمنت هذه الطبعة الجديدة التنويه 1 إلى خطأ مطبعي، فضلاً عن بعض الأخطاء المطبعية الإضافية المحددة في متن التوصية ITU-T G.722.
ويوفر الملحق ألف ثلاثة أقنعة ترددية يمكن استخدامها لتبسيط تقييم المعدات المنتَجة بكميات كبيرة والمستخدِمة لكودكات التوصية ITU-T G.722، ولتسهيل الفحوصات المنفذَة أثناء التركيب. وليس القصد من هذه الأقنعة على وجه التحديد أن تحل محل أي متطلبات لهذه التوصية، وإنما أن تشير إلى احتياجات اختبار القبول لإنتاج كميات كبيرة من المعدات المستخدِمة لكودكات التوصية ITU-T G.722. وهي تتعلق بقياس نسبة الإشارة إلى إجمالي التشويه في عروة واحدة مع SB-ADPCM. وبالتالي، فإن هذه المواصفات لا تهدف إلى الحلول مكان تسلسلات الاختبار الرقمي لخوارزمية التوصية ITU-T G.722، بل لضمان الحفاظ على جودة المعدات المستخدِمة لهذه الكودكات حالما تُفحص هذه التسلسلات على النموذج الأول.
ويصف الملحق باء خوارزمية تشفير الكلام والإشارة السمعية وهي خوارزمية ذات سعة استيعابية في نطاق فائق العرض SWB)، 14 000-50 (Hz وتشغَّل بمعدلات 64 و80 و96 kbit/s. ويمكن تشغيل كودك توسعة النطاق فائق العرض للتوصية ITU-T G.722 بينياً مع التوصية ITU-T G.722. ويتراوح عرض نطاق مخرج المشفر ITU-T G.722 SWB بين 50 و14 000 Hz. ويعمل المشفر في إطارات يبلغ عرض كل منها 5 ms وفيه تأخر خوارزمي بمقدار 12.3125 ms، وتعقيد أسوأ حالة بمقدار 22.76 مليون عملية مرجحة في الثانية (WMOPS). وتؤخذ عينات من مدخل المشفر ومخرج مفكك التشفير بمعدل 32 kHz وهو المعدل المسبق القابل للتغيير. وينتج مشفر النطاق فائق العرض لنواة 64 kbit/s المحسنة في التوصية ITU-T G.722 قطار بتات مدمج مهيكلاً على طبقتين تقابلان معدلي بتات متوفرين يتراوحان ما بين 80 و96 kbit/s. وينتج مشفر النطاق فائق العرض لنواة 56 kbit/s المحسنة في التوصية ITU-T G.722 قطار بتات مدمج مهيكلاً على طبقة واحدة تقابل معدل بتات واحد متاح بمقدار 64 kbit/s. كما تمكن مقايسة أسلوب 64 kbit/s مع أسلوبي 80 kbit/s و96 kbit/s. ويمكن بتر قطار البتات في جانب مفكك التشفير أو بأي مكون من مكونات نظام الاتصالات لضبط معدل البتات على الفور عند القيمة المطلوبة 96) kbit/s - 80 kbit/s - 64 (kbit/s دون الحاجة إلى تشوير من خارج النطاق. وتشمل الخوارزمية الأساسية ثلاثة أجزاء رئيسية هي: تحسينات النطاق الأعلى، وتوسعة عرض النطاق (BWE) وتحويل التشفير في ميدان التحويل المعدل لتمام الجيب المنفصل (MDCT) على أساس تكمية المتجه الجبري (AVQ). وفي هذه النسخة المراجعة، جرى تحديث المتجهات النصية في الملحق باء بحيث يمكنها أن تساعد بشكل أفضل في التحقق من التزام التطبيقات.
ويصف الملحق جيم تنفيذاً بديلاً من الملحق باء بالتوصية ITU-T G.722 على أساس حساب النقطة العائمة. بينما يقدم الملحق باء مواصفة النقطة الثابتة غير المعالَجة رقمياً مشفوعةً بشفرة المصدر C للنقطة الثابتة المتوفرة لدى قطاع تقييس الاتصالات في الاتحاد، ويستفاد من التنفيذ العائم البديل في المنصات المجهزة بمعالجات نقطة عائمة. وتبين أن حساب النقطة العائمة قابل للتشغيل البيني تماماً مع الملحق باء في جميع التشكيلات بما فيها التشكيلات الهجينة.
ويصف الملحق دال توسعة ستيريو للكودك عريض النطاق في التوصية ITU-T G.722 وتوسعتها ذات عرض النطاق الفائق، في الملحق باء بالتوصية ITU-T G.722. وقد أُعدت توسعة الستيريو هذه للإرسال الأمثل لإشارات ستيريو محدودة من حيث معدل البتات الإضافي، مع الحفاظ على التوافق التام مع كلا الكودكين. ويتراوح تشغيل الملحق دال ما بين 64 و128 kbit/s بأربعة معدلات بتات للستيريو بعرض النطاق الفائق وهي 80 و96 و112 و128 kbit/s، وبمعدلي بتات للستيريو عريض النطاق وهما 64 و80 kbit/s. وتتوافق أساليب الستيريو عريض النطاق الحديثة مع القديم منها في إطار التوصية ITU-T G.722، فيما تتوافق أساليب الستيريو بعرض النطاق الفائق مع القديم من النطاق العريض أحادي القناة (مونو) في إطار التوصية ITU-T G.722 وكذلك عرض النطاق الفائق أحادي القناة (مونو) في إطار الملحق باء بالتوصية ITU-T G.722. ويعمل كودك الستيريو في إطارات عرض كل منها 5 ms وفيه تأخر خوارزمي بمقدار 13,625 ms للستيريو بنطاق عريض، و15,9375 ms للستيريو بنطاق فائق العرض. وتؤخذ عينات من مدخل المشفر ومخرج مفكك التشفير بمعدل 16 kHz و32 kHz لأسلوبي التشغيل بنطاق عريض وبنطاق فائق العرض على التوالي. وتشمل الخوارزمية الأساسية ثلاثة أجزاء رئيسية هي: تحليل معلمة الستيريو والمزج المخفِّض في المشفر وتركيب الستيريو في مفكك التشفير. وتتألف الطبقة الأولى لتوسعة الستيريو من طبقة معدلها 8 kbit/s تتألف من معلمات الستيريو الأساسية، وفارق الوقت بين القناتين/فارق الطور بين القناتين/التماسك بين القناتين في إطار النطاق العريض، وفوارق مستوى النطاق الفرعي بين القناتين. وطبقة الستيريو الثانية هي أيضاً طبقة معدلها 8 kbit/s تعزز صورة الستيريو بتشفير فوارق طور النطاق الفرعي منخفض التردد بين القناتين. وأخيراً، طبقة الستيريو الثالثة هي طبقة معدلها 16 kbit/s. وفي هذه الطبقة الأخيرة، ترسَل فوارق الطور بين القناتين لعرض نطاق أوسع مما يتيح مواصلة تحسين صورة الستيريو. ويمكن بتر قطار البتات في جانب مفكك التشفير أو بأي مكون من مكونات نظام الاتصالات لضبط معدل البتات على الفور عند القيمة المطلوبة بما في ذلك معدلات البتات الواردة في التوصية ITU-T G.722 وكذلك في الملحق باء بالتوصية ITU-T G.722. دون الحاجة إلى تشوير من خارج النطاق.
ويتناول التذييلان الأول والثاني لهذه التوصية على التوالي جوانب الربط الشبكي وتسلسلات الاختبار للخوارزمية الواردة في متن التوصية. وفي هذه الطبعة الجديدة، جرى تحديث التذييل الثاني ليعبر عن إعادة هيكلة من تسلسلات الاختبار في متن التوصية ITU-T G.722.
وخوارزميات إخفاء خسائر الرزم (PLC)، المعروفة أيضاً باسم خوارزميات إخفاء محو الأطر، تخفي فواقد الإرسال في الأنظمة السمعية حيث تشفَّر إشارة المدخل وتحوَّل إلى رزم ترسَل عبر الشبكة، وتُستقبل ويفكَك تشفيرها قبل استعراضها. وترد خوارزميات PLC في معظم مشفرات الكلام العادية. ولم يتضمن التصميم الأولي لمعيار التوصية ITU-T G.722 هذه الميزة. ولذلك، يوفر التذييلان الثالث والرابع آليتي PLC للتوصية ITU-T G.722. وتم التحقق من الخوارزميات في كلا التذييلين من حيث الجودة العالية للأداء مع مقايضات بديلة بين الجودة والتعقيد. وخوارزمية التوصية ITU-T G.722 العاملة بتقنية إخفاء خسائر الرزم (PLC) والموضحة في التذييل الثالث تحسن جودة كلام بإضافة تعقيد قدره 2,8 مليون عملية مرجحة في الثانية (WMOPS) في أسوأ الحالات ومليونا عملية مرجحة في الثانية، في المتوسط، مقارنةً مع مفكك تشفير ITU-T G.722 دون PLC، في حين أن خوارزمية التوصية ITU-T G.722 العاملة بتقنية إخفاء خسائر الرزم (PLC) والموضحة في التذييل الرابع للتوصية توفر تعقيداً أقل بالامتناع تقريباً عن إضافة تعقيد إلى تعقيد فك التشفير الوارد في متن التوصية ITU-T G.722 (أسوأ حالة تعقيد إضافي تبلغ 0,07 WMOPS).
وتقوم الخوارزمية في التذييل الثالث بإخفاء خسائر الرزم في ميدان مخرج 16 kHz لمفكك التشفير المذكور في التوصية ITU-T G.722 . ويُستخدم الاستكمال الخارجي للشكل الموجي الدوري للتعويض عن الشكل الموجي للرزم المفقودة، ويُمزج مع الضوضاء المرشحة وفقاً لخصائص الإشارة قبل الخسارة. وتمرَر إشارة 16 kHz المستكمَلة خارجياً عبر مصفوفة من مراشيح QMF التحليلية فيما تمرَر إشارات النطاق الفرعي إلى مشفرات ADPCM الجزئية في النطاق الفرعي لتحديث حالات مفككات تشفير ADPCM في النطاق الفرعي. وتجرى معالجة إضافية لكل خسارة في الرزم لتوفير انتقال سلس من الشكل الموجي المستكمَل خارجياً إلى الشكل الموجي الذي فُكك تشفيره من الرزم الواردة. ومن بين أمور أخرى، تواءم حالات مفككات تشفير ADPCM في النطاق الفرعي من حيث الطور مع أول رزمة مستقبَلة بعد فقدان رزمة، ويُحفظ الإطار الزمني للشكل الموجي الذي فُكك تشفيره ليواءم مع الشكل الموجي المستكمَل خارجياً قبل أن يضاف الشكلان تراكبياً لضمان سلاسة الانتقال. وإذا طال أمد خسارة الرزم، تُصمت الخوارزمية المخرجَ تدريجياً. وتعمل الخوارزمية على إطار أصيل مقاسه 10 ms. ويمكنها أن تعمل على أي مقاس رزمة أو إطار من مضاعفات 10 ms. ويصبح إطار المدخل الأطول إطاراً فائقاً يستدعى إخفاء خسارة الرزم ضمنه عدداً مناسباً من المرات في مقاس إطاره الأصيل البالغ 10 ms. ولا ينتج عنها أي تأخير إضافي بالمقارنة مع فك التشفير الوارد في التوصية ITU-T G.722 باستخدام مقاس الإطار نفسه.
وفي التذييل الرابع، يتألف مفكك التشفير من ثلاث مراحل: فك التشفير في النطاق الفرعي الأدنى، وفك التشفير في النطاق الفرعي الأعلى، وتركيب مرشاح انعكاس متعامد (QMF). وفي غياب محو الأطر، يتطابق هيكل مفكك التشفير مع التوصية ITU-T G.722، إلا في تخزين الإشارتين المفكَك تشفيرهما للنطاقين الفرعيين الأعلى والأدنى. وفي حالة محو الأطر، يعلم مفكك التشفير بذلك عن طريق تشوير بيان الإطار الفاسد (BFI). ثم يقوم بإجراء تحليل للإشارة السابقة التي أعيد بناؤها في النطاق الأدنى ويستكمل الإشارة الناقصة خارجياً باستخدام التشفير التنبؤي الخطي (LPC) وتكرار الدور متزامن النبرة والإسكات التكيفي. وبمجرد استلام إطار جيد، يتزامن تعالي وخفوت الإشارة المفكك تشفيرها بواسطة الإشارة المستكمَلة خارجياً. وفي النطاق الفرعي العلى، يكرر مفكك التشفير نبرة الإطار السابق بشكل متزامن، مع الإسكات التكيفي والمعالجة اللاحقة عالية التمرير. ويجري تحديث التشكيل الشفري النبضي التفاضلي التكييفي (ADPCM) بعد كل محو لإطار.
ويحدد التذييل الخامس خطة تشفير لستيريو الجانب الأوسط (MS) باستخدام توسعة النطاق فائق العرض المعرَّفة في الملحق باء بالتوصية [ITU-T G.722]. وبإدخال تشفير ستيريو الجانب الأوسط في مطاريف الستيريو، يمكن الحصول على التشغيل البيني مع الأجهزة أحادية القناة الصوتية بدرجة منخفضة جداً من التعقيد. وفيما يلي خطة التشفير الأساسية: تحوَّل قناتا الستيريو في الميسرة والميمنة (LR) إلى قناتي ستيريو الجانب الأوسط، ثم تشفَّر إشارات كل قناة بشكل مستقل باستخدام الملحق باء بالتوصية ITU-T G.722؛ وبعدئذ في جانب مفكك التشفير، يفكَك تشفير قناتي الجانب الأوسط لقطار البتات الوارد من المشفر على التوالي، ثم تُعكس إلى قناتي الميسرة والميمنة (LR). ويجري تحويل LR-MS وعكسه بطريقة تقليدية. وعلى جانب المشفر، تلزم عمليتان حسابيتان إضافيتان لكل عينة في تحويل LR-MS، وعامل واحد لتحويل MS-LR في مفككك التشفير. وفي تنفيذ العامل الأساسي لمكتبة الأدوات البرمجية 2009 (STL2009) (انظر التوصية ITU-T G.191)، يبلغ تعقيد التحويل قرابة 0,2 WMOPS في المجمل. وتتطابق خوارزمية التشفير لكل قناة مع تلك الواردة في الملحق باء بالتوصية ITU-T G.722.
وتحتوي الملحقات باء وجيم ودال على ملف مرفق إلكتروني مقدَّم بشفرة المصدر ANSI C، وهو يشكل جزءاً أساسياً من هذه الملحقات. وتشكل شفرة المصدر ANSI C أيضاً جزءاً أساسياً من التذييلين الثالث والرابع.
ملاحظة – يرد التنفيذ المرجعي لشفرة ANSI C بالنسبة إلى الخوارزمية الواردة في متن التوصية ITU-T G.722 في وحدة G722 ITU-T ضمن مكتبة الأدوات البرمجية المذكورة في التوصية ITU-T G.191..
وترد في متن هذه التوصية تسلسلات الاختبار لاختبار المطابقة الخاص بخوارزمية ITU-T G.722. وترد متجهات الاختبار للمساعدة في التحقق من التشغيل الصحيح للملحقات باء وجيم ودال والتذييلين الثالث والرابع