Pulskodemodulation Arbejde og anvendelse

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





Differentiel impulskodemodulation er en analog teknik til digital signalkonvertering . Denne teknik prøver det analoge signal og kvantificerer derefter forskellen mellem den samplede værdi og dets forudsagte værdi og koder derefter signalet for at danne en digital værdi. Før vi diskuterer differentieret pulskodemodulation, skal vi kende ulemperne ved PCM (pulskodemodulation) . Prøverne af et signal er stærkt korreleret med hinanden. Signalens værdi fra den nuværende prøve til den næste prøve adskiller sig ikke meget. De tilstødende prøver af signalet bærer den samme information med en lille forskel. Når disse prøver er kodet af standard PCM-systemet, indeholder det resulterende kodede signal nogle overflødige informationsbits. Nedenstående figur illustrerer dette.

Redundante informationsbits i PCM

Redundante informationsbits i PCM



Ovenstående figur viser et fortsat tidssignal x (t) angivet med en stiplet linje. Dette signal samples ved flat-top sampling med intervaller Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Samplingsfrekvensen er valgt til at være højere end Nyquist-frekvensen. Disse prøver er kodet ved hjælp af 3-bit (7 niveauer) PCM. Prøverne kvantiseres til nærmeste digitale niveau som vist med små cirkler i ovenstående figur. Den kodede binære værdi for hver prøve er skrevet øverst på prøverne. Overhold bare ovenstående figur ved prøver taget ved 4Ts, 5Ts og 6Ts er kodet til den samme værdi af (110). Denne information kan kun bæres af en prøveværdi. Men tre prøver bærer de samme oplysninger betyder overflødige.


Lad os nu overveje prøverne ved 9Ts og 10Ts, forskellen mellem disse prøver kun på grund af den sidste bit og de første to bits er overflødige, da de ikke ændres. Så for at gøre processen til denne overflødige information og få et bedre output. Det er en intelligent beslutning at tage en forudsagt samplet værdi, antaget fra dens tidligere output og opsummere dem med de kvantiserede værdier. En sådan proces kaldes en Differential PCM (DPCM) teknik.



Princippet om differentiering af pulskodemodulation

Hvis redundansen reduceres, vil den samlede bitrate falde, og antallet af bits, der kræves for at transmittere en prøve, reduceres også. Denne type digital pulsmodulationsteknik kaldes differentiel pulsekodemodulation. DPCM fungerer på forudsigelsesprincippet. Værdien af ​​den nuværende prøve forudsiges ud fra de tidligere prøver. Forudsigelsen er muligvis ikke nøjagtig, men den er meget tæt på den faktiske prøveværdi.

Differential Pulse Code Modulation Senderen

Nedenstående figur viser DPCM-senderen. Senderen består af en komparator , quantizer, forudsigelsesfilter og en indkoder.

Differential Pulse Code Modulator

Differential Pulse Code Modulator

Det samplede signal betegnes med x (nTs), og det forudsagte signal er angivet med x ^ (nTs). Komparatoren finder ud af forskellen mellem den faktiske prøveværdi x (nTs) og den forudsagte værdi x ^ (nTs). Dette kaldes signalfejl, og det betegnes som e (nTs)


e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Her produceres den forudsagte værdi x ^ (nTs) ved hjælp af et forudsigelsesfilter (signalbehandlingsfilter) . Kvantiseringsudgangssignalet eq (nTs) og den tidligere forudsigelse tilføjes og gives som input til forudsigelsesfilteret, dette signal betegnes med xq (nTs). Dette gør forudsigelsen tættere på det faktisk samplede signal. Det kvantiserede fejlsignal eq (nTs) er meget lille og kan kodes ved hjælp af et lille antal bits. Antallet af bits pr. Prøve reduceres således i DPCM.

Kvantiseringsoutputtet skrives som,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Her er q (nTs) kvantiseringsfejl. Fra ovenstående blokdiagram opnås forudsigelsesfilterinput xq (nTs) ved summen af ​​x ^ (nTs) og kvantiseringsudgangs-eq (nTs).

dvs. xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

ved at erstatte værdien af ​​eq (nTs) fra ligningen (2) i ligning (3), vi får,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Ligning (1) kan skrives som,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

fra ovenstående ligninger 4 og 5 får vi,

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

Derfor er den kvantificerede version af signalet xq (nTs) summen af ​​den originale prøveværdi og den kvantiserede fejl q (nTs). Den kvantiserede fejl kan være positiv eller negativ. Så forudsigelsesfilterets output afhænger ikke af dets egenskaber.

Differential Pulse Code Modulation Modtager

For at rekonstruere det modtagne digitale signal består DPCM-modtageren (vist i nedenstående figur) af en dekoder og forudsigelsesfilter. I fravær af støj vil den kodede modtagerindgang være den samme som den kodede senderudgang.

Differential Pulse Code Modulation Receiver

Differential Pulse Code Modulation Receiver

Som vi diskuterede ovenfor foretager forudsigeren en værdi baseret på de tidligere output. Indgangen til dekoderen behandles, og dette output opsummeres med prediktorens output for at opnå bedre output. Det betyder, at her først og fremmest vil dekoderen rekonstruere den kvantiserede form af det originale signal. Derfor adskiller signalet på modtageren sig fra det faktiske signal ved kvantiseringsfejl q (nTs), som indføres permanent i det rekonstruerede signal.

S. NO Parametre Pulskodemodulation (PCM) Differential Pulse Code Modulation (DPCM)
1 Antal bitsDen bruger 4, 8 eller 16 bits pr. Prøve
to Niveauer, trinstørrelseFast trinstørrelse. Kan ikke variereDer anvendes et fast antal niveauer.
3 Lidt redundansTil stedeKan fjernes permanent
4 Kvantiseringsfejl og forvrængningAfhænger af antallet af anvendte niveauerHældningsoverbelastningsforvrængning og kvantiseringsstøj er til stede, men meget mindre sammenlignet med PCM
5 Transmissionskanalens båndbreddeHøjere båndbredde har været påkrævet, da antallet af bit manglerLavere end PCM-båndbredde
6 FeedbackIngen feedback i Tx og RxFeedback findes
7 Notationens kompleksitetKompleksEnkel
8 Signal / støjforhold (SNR)godtRetfærdig

Anvendelser af DPCM

DPCM-teknikken anvendte primært tale-, billed- og audiosignalkomprimering. DPCM udført på signaler med korrelationen mellem successive prøver fører til gode kompressionsforhold. I billeder er der en sammenhæng mellem de nærliggende pixels, i videosignaler er korrelationen mellem de samme pixels i på hinanden følgende rammer og inden i rammer (hvilket er det samme som korrelation inde i billedet).

Denne metode er velegnet til realtidsapplikationer. At forstå effektiviteten af ​​denne metode til medicinsk komprimering og realtidsanvendelse af medicinsk billeddannelse såsom telemedicin og online diagnose. Derfor kan det være effektivt til tabsfri komprimering og implementering til tabsfri eller næsten tabsfri medicinsk billedkomprimering.

Dette handler om, at Differential Pulse Code Modulation fungerer. Vi mener, at oplysningerne i denne artikel er nyttige for dig til en bedre forståelse af dette koncept. Desuden spørgsmål vedrørende denne artikel eller hjælp til implementering elektriske og elektroniske projekter , kan du henvende dig til os ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig, hvilken rolle forudsigeren spiller i DPCM-teknikken?