Modularea codului diferențial al impulsurilor este o tehnică analogică la conversia semnalului digital . Această tehnică eșantionează semnalul analogic și apoi cuantifică diferența dintre valoarea eșantionată și valoarea prezisă, apoi codifică semnalul pentru a forma o valoare digitală. Înainte de a discuta despre modularea diferențială a impulsurilor, trebuie să cunoaștem dezavantajele PCM (Modulare cod impuls) . Probele unui semnal sunt puternic corelate între ele. Valoarea semnalului de la eșantionul actual la următorul eșantion nu diferă cu o cantitate mare. Probele adiacente ale semnalului poartă aceleași informații cu o mică diferență. Când aceste eșantioane sunt codificate de sistemul PCM standard, semnalul codat rezultat conține niște biți de informație redundanți. Figura de mai jos ilustrează acest lucru.
Biți de informații redundanți în PCM
Figura de mai sus arată un semnal de timp continuu x (t) notat printr-o linie punctată. Acest semnal este eșantionat prin eșantionare plată la intervale Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Frecvența de eșantionare este selectată pentru a fi mai mare decât rata Nyquist. Aceste probe sunt codificate utilizând PCM pe 3 biți (7 niveluri). Probele sunt cuantificate la cel mai apropiat nivel digital, după cum se arată în cercurile mici din figura de mai sus. Valoarea binară codificată a fiecărui eșantion este scrisă în partea de sus a eșantioanelor. Doar respectați figura de mai sus la eșantioanele luate la 4Ts, 5Ts și 6Ts sunt codificate la aceeași valoare de (110). Aceste informații pot fi transportate doar de o singură valoare de eșantion. Dar trei eșantioane poartă aceleași informații înseamnă că sunt redundante.
Acum să luăm în considerare eșantioanele de la 9T și 10Ts, diferența dintre aceste eșantioane doar datorită ultimului bit și primilor doi biți sunt redundante, deoarece nu se modifică. Deci, pentru a face procesul aceste informații redundante și pentru a avea un rezultat mai bun. Este o decizie inteligentă de a lua o valoare eșantionată prezisă, asumată din rezultatul său anterior și de a le rezuma cu valorile cuantificate. Un astfel de proces se numește tehnică PCM diferențială (DPCM).
Principiul modulației diferențiale a impulsurilor
Dacă redundanța este redusă, atunci rata de biți totală va scădea și numărul de biți necesari pentru a transmite un eșantion se va reduce, de asemenea. Acest tip de tehnică de modulare digitală a impulsului se numește modulare diferențială a impulsului. DPCM funcționează pe principiul predicției. Valoarea eșantionului prezent este prezisă din eșantioanele anterioare. Predicția poate să nu fie exactă, dar este foarte apropiată de valoarea efectivă a eșantionului.
Modulare diferențială a impulsurilor Transmiţător
Figura de mai jos prezintă emițătorul DPCM. Transmițătorul constă din un comparator , cuantificator, filtru de predicție și un codificator.
Modulator diferențial de impulsuri
Semnalul eșantionat este notat cu x (nTs), iar semnalul prezis este indicat cu x ^ (nTs). Comparatorul află diferența dintre valoarea eșantionului real x (nTs) și valoarea prezisă x ^ (nTs). Aceasta se numește eroare de semnal și este notată ca e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Aici valoarea prezisă x ^ (nTs) este produsă folosind un filtru de predicție (filtru de procesare a semnalului) . Semnalul de ieșire cuantificator eq (nTs) și predicția anterioară sunt adăugate și date ca intrare la filtrul de predicție, acest semnal este notat cu xq (nTs). Acest lucru face ca predicția să fie mai aproape de semnalul eșantionat efectiv. Semnalul de eroare cuantificat eq (nTs) este foarte mic și poate fi codificat utilizând un număr mic de biți. Astfel, numărul de biți pe eșantion este redus în DPCM.
Ieșirea cuantificatorului ar fi scrisă ca:
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Aici q (nTs) este o eroare de cuantificare. Din diagrama bloc de mai sus, intrarea filtrului de predicție xq (nTs) este obținută prin suma x ^ (nTs) și ieșirea cuantificatorului eq (nTs).
adică xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
prin substituirea valorii eq (nTs) din ecuația (2) din ecuația (3) obținem,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
Ecuația (1) poate fi scrisă ca,
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
din ecuațiile de mai sus 4 și 5 obținem,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Prin urmare, versiunea cuantificată a semnalului xq (nTs) este suma valorii eșantionului original și a erorii cuantizate q (nTs). Eroarea cuantificată poate fi pozitivă sau negativă. Deci, ieșirea filtrului de predicție nu depinde de caracteristicile sale.
Modulare diferențială a impulsurilor Receptor
Pentru a reconstitui semnalul digital recepționat, receptorul DPCM (prezentat în figura de mai jos) este format din un decodor și filtrul de predicție. În absența zgomotului, intrarea receptorului codificat va fi aceeași cu ieșirea transmițătorului codificat.
Receptor de modulare diferențială a impulsurilor
După cum am discutat mai sus, predictorul își asumă o valoare, pe baza rezultatelor anterioare. Intrarea dată decodificatorului este procesată și ieșirea respectivă este însumată cu ieșirea predictorului, pentru a obține o ieșire mai bună. Asta înseamnă că, în primul rând, decodorul va reconstrui forma cuantificată a semnalului original. Prin urmare, semnalul de la receptor diferă de semnalul real prin eroarea de cuantificare q (nTs), care este introdusă permanent în semnalul reconstruit.
| S. NR | Parametrii | Modulare cod impuls (PCM) | Modulare diferențială a impulsurilor (DPCM) |
| 1 | Numărul de biți | Folosește 4, 8 sau 16 biți pe eșantion | |
| Două | Nivele, dimensiunea treptei | S-a fixat dimensiunea pasului. Nu poate varia | Se utilizează un număr fix de niveluri. |
| 3 | Redundanță de biți | Prezent | Se poate elimina definitiv |
| 4 | Eroare de cuantizare și distorsiune | Depinde de numărul de niveluri utilizate | Distorsiunea la supraîncărcare a pantei și zgomotul de cuantificare sunt prezente, dar foarte puțin în comparație cu PCM |
| 5 | Lățimea de bandă a canalului de transmisie | A fost necesară o lățime de bandă mai mare, deoarece numărul de biți este absent | Mai mică decât lățimea de bandă PCM |
| 6 | Părere | Nu există feedback în Tx și Rx | Feedback-ul există |
| 7 | Complexitatea notației | Complex | Simplu |
| 8 | Raport semnal / zgomot (SNR) | Bun | Corect |
Aplicații ale DPCM
Tehnica DPCM a folosit în principal compresia vocală, a imaginii și a semnalului audio. DPCM efectuat pe semnale cu corelația dintre eșantioane succesive duce la rapoarte bune de compresie. În imagini, există o corelație între pixelii vecini, în semnalele video, corelația este între aceiași pixeli în cadre consecutive și în cadre interioare (care este aceeași cu corelația din interiorul imaginii).
Această metodă este potrivită pentru aplicații în timp real. Pentru a înțelege eficiența acestei metode de compresie medicală și aplicarea în timp real a imaginii medicale, cum ar fi telemedicina și diagnosticul online. Prin urmare, poate fi eficient pentru compresia fără pierderi și implementarea pentru compresia de imagine medicală fără pierderi sau aproape fără pierderi.
Este vorba despre funcționarea Modulației codului diferențial al impulsurilor. Considerăm că informațiile furnizate în acest articol vă sunt utile pentru o mai bună înțelegere a acestui concept. În plus, orice întrebări referitoare la acest articol sau orice ajutor în implementare proiecte electrice și electronice , ne puteți aborda comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dumneavoastră: Care este rolul predictorului în tehnica DPCM?
