Delovanje in uporaba modulacije impulzne kode

Diferencialna impulzna modulacija je analogna tehnika v digitalno pretvorbo signala . Ta tehnika vzorči analogni signal in nato kvantizira razliko med vzorčeno vrednostjo in njeno predvideno vrednostjo, nato signal kodira, da tvori digitalno vrednost. Preden se pogovorimo o diferencialni impulzni modulaciji, moramo vedeti o pomanjkljivostih PCM (modulacija impulzne kode) . Vzorci signala so medsebojno zelo korelirani. Vrednost signala od sedanjega vzorca do naslednjega vzorca se ne razlikuje veliko. Sosednji vzorci signala imajo enake informacije z majhno razliko. Ko te vzorce kodira standardni sistem PCM, nastali kodirani signal vsebuje nekaj odvečnih informacijskih bitov. Spodnja slika to ponazarja.

Odvečni informacijski biti v PCM

Zgornja slika prikazuje signal neprekinjenega časa x (t), označen s črtkano črto. Ta signal se vzorči z vzorčenjem z ravnim vrhom v intervalih Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Frekvenca vzorčenja je izbrana za večjo od hitrosti Nyquista. Ti vzorci so kodirani z uporabo 3-bitnega (7 nivoja) PCM. Vzorci so kvantizirani na najbližjo digitalno raven, kot kažejo majhni krogi na zgornji sliki. Kodirana binarna vrednost vsakega vzorca je zapisana na vrhu vzorcev. Samo upoštevajte zgornjo sliko pri vzorcih, odvzetih pri 4Ts, 5Ts in 6Ts, so kodirani na enako vrednost (110). Te informacije lahko nosi samo ena vzorčna vrednost. Toda trije vzorci vsebujejo enaka informacijska sredstva, odvečna.

Zdaj pa razmislimo o vzorcih pri 9T in 10T, razlika med temi vzorci samo zaradi zadnjega bita in prvih dveh bitov je odveč, saj se ne spremenijo. Torej, da bi postopek postal odvečne informacije in da bi imeli boljše rezultate. Inteligentna odločitev je, da vzamemo predvideno vzorčeno vrednost, predpostavljeno iz prejšnjih rezultatov, in jih povzamemo s kvantiziranimi vrednostmi. Tak postopek se imenuje tehnika diferencialnega PCM (DPCM).

Načelo diferencialne modulacije impulzne kode

Če se redundanca zmanjša, se bo skupna bitna hitrost zmanjšala in zmanjšalo se bo tudi število bitov, potrebnih za prenos enega vzorca. Ta vrsta tehnike digitalne pulzne modulacije se imenuje diferencialna impulzna modulacija. DPCM deluje na principu napovedovanja. Vrednost sedanjega vzorca je predvidena iz prejšnjih vzorcev. Napovedovanje morda ni natančno, vendar je zelo blizu dejanski vrednosti vzorca.

Diferencialna modulacija impulzne kode Oddajnik

Spodnja slika prikazuje oddajnik DPCM. Oddajnik je sestavljen iz primerjalnik , kvantizator, filter predvidevanja in kodirnik.

Diferencialni impulzni modulator

Vzorčeni signal je označen z x (nTs), predvideni signal pa z x ^ (nTs). Primerjalec ugotovi razliko med dejansko vrednostjo vzorca x (nTs) in predvideno vrednostjo x ^ (nTs). To se imenuje signalna napaka in je označeno z e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Tu je predvidena vrednost x ^ (nTs) ustvarjena z uporabo filter za predvidevanje (filter za obdelavo signala) . Izhodni signal kvantizerja eq (nTs) in prejšnja napoved sta dodana in podana kot vhod v filter za napovedovanje, ta signal je označen z xq (nTs). S tem je napoved bližje dejansko vzorčenemu signalu. Kvantizirani signal napake eq (nTs) je zelo majhen in ga je mogoče kodirati z uporabo majhnega števila bitov. Tako se število bitov na vzorec zmanjša v DPCM.

Izhod kvantizerja bi bil zapisan kot,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Tu je q (nTs) napaka kvantizacije. Iz zgornjega blokovnega diagrama dobimo vhodni filter xq (nTs) za napoved vsote x ^ (nTs) in izhodnega eq kvantizatorja (nTs).

t.j., xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

z nadomestitvijo vrednosti eq (nTs) iz enačbe (2) v enačbi (3) dobimo,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Enačbo (1) lahko zapišemo kot,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

iz zgornjih enačb 4 in 5 dobimo,

xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)

Zato je kvantizirana različica signala xq (nTs) vsota izvirne vrednosti vzorca in kvantizirane napake q (nTs). Kvantizirana napaka je lahko pozitivna ali negativna. Izhodni napovedni filter torej ni odvisen od njegovih značilnosti.

Diferencialna modulacija impulzne kode Sprejemnik

Za rekonstrukcijo prejetega digitalnega signala je sprejemnik DPCM (prikazan na spodnji sliki) sestavljen iz dekodirnik in filter za predvidevanje. V odsotnosti šuma bo vhod kodiranega sprejemnika enak izhodu kodiranega oddajnika.

Sprejemnik diferencialne impulzne kode

Kot smo že razpravljali, napovedovalec prevzame vrednost, ki temelji na prejšnjih rezultatih. Vhod, dan dekoderju, se obdela, ta izhod pa sešteje z izhodom napovedovalca, da dobimo boljši izhod. To pomeni, da bo najprej dekoder rekonstruiral kvantizirano obliko prvotnega signala. Zato se signal na sprejemniku razlikuje od dejanskega signala po napaki kvantizacije q (nTs), ki se trajno vnese v rekonstruirani signal.

Aplikacije DPCM

V tehniki DPCM je bila v glavnem uporabljena kompresija govora, slike in zvočnega signala. DPCM, izveden na signalih s korelacijo med zaporednimi vzorci, vodi do dobrih razmerja stiskanja. Na slikah obstaja povezava med sosednjimi piksli, pri video signalih je korelacija med istimi piksli v zaporednih sličicah in znotraj okvirjev (kar je enako korelaciji znotraj slike).

Ta metoda je primerna za aplikacije v realnem času. Da bi razumeli učinkovitost te metode medicinske kompresije in uporabe medicinskih slik v realnem času, kot sta telemedicina in spletna diagnoza. Zato je lahko učinkovito za stiskanje brez izgub in izvajanje za stiskanje medicinskih slik brez izgub ali skoraj brez izgube.

To je vse o delovanju modula diferencialne impulzne kode. Menimo, da so informacije v tem članku koristne za boljše razumevanje tega koncepta. Poleg tega kakršna koli vprašanja v zvezi s tem člankom ali kakršna koli pomoč pri izvajanju električni in elektronski projekti , se lahko obrnete na nas s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje. Tukaj je vprašanje za vas: Kakšna je vloga napovedovalca v tehniki DPCM?