Pulsikoodi modulatsiooni töö ja rakendus

Diferentsiaalimpulsskoodi modulatsioon on analoogmeetod digitaalsignaali teisendamiseks . See tehnika võtab analoogsignaali ja kvantiseerib valimi väärtuse ja selle ennustatud väärtuse erinevuse, seejärel kodeerib signaali digitaalse väärtuse moodustamiseks. Enne diferentsiaalse impulsskoodi modulatsiooni arutamist peame tundma selle nõrkusi PCM (pulsikoodi modulatsioon) . Signaali näidised on omavahel tihedalt seotud. Signaali väärtus praegusest proovist järgmise proovini ei erine suurel hulgal. Külgnevad signaali proovid kannavad sama teavet väikese erinevusega. Kui need proovid on kodeeritud standardse PCM-süsteemi poolt, sisaldab saadud kodeeritud signaal mõningaid üleliigseid infobitte. Alljärgnev joonis illustreerib seda.

Üleliigsed teabebitid PCM-is

Ülaltoodud joonisel on kujutatud punktiirjoonega tähistatud jätkuva aja signaal x (t). Selle signaali valimine toimub tasapinnalise proovivõtuga intervallidega Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Valimisagedus on valitud kõrgem kui Nyquisti kiirus. Need proovid on kodeeritud, kasutades 3-bitist (7 taset) PCM-i. Proovid kvantiseeritakse lähima digitaalse tasemeni, nagu on näidatud väikeste ringidega ülaltoodud joonisel. Iga valimi kodeeritud kahendväärtus kirjutatakse proovide ülaosale. Vaadake lihtsalt ülaltoodud joonist, kui 4Ts, 5Ts ja 6Ts võetud proovid on kodeeritud samale väärtusele (110). Seda teavet saab kanda ainult ühe näidisväärtusega. Kuid kolm valimit kannavad sama teavet, mis tähendab üleliigset.

Mõelgem nüüd proovidel 9Ts ja 10Ts, erinevus nende proovide vahel ainult viimase biti ja kahe esimese biti tõttu on üleliigne, kuna need ei muutu. Nii et protsessi üleliigseks muutmiseks ja parema väljundi saamiseks. See on arukas otsus võtta prognoositud valimiväärtus, mis võetakse selle eelmisest väljundist, ja võtab need kokku kvantiseeritud väärtustega. Sellist protsessi nimetatakse diferentsiaalse PCM (DPCM) tehnikaks.

Diferentsiaalse impulsskoodi modulatsiooni põhimõte

Kui koondamist vähendatakse, siis üldine bitikiirus väheneb ja ka ühe proovi edastamiseks vajalike bittide arv väheneb. Seda tüüpi digitaalset impulssimodulatsiooni tehnikat nimetatakse diferentsiaalimpulsskoodi modulatsiooniks. DPCM töötab ennustamise põhimõttel. Käesoleva valimi väärtus ennustatakse eelmiste proovide põhjal. Ennustus ei pruugi olla täpne, kuid see on valimi tegelikule väärtusele väga lähedal.

Diferentsiaalse impulsskoodi modulatsioon Saatja

Alloleval joonisel on kujutatud DPCM-saatjat. Saatja koosneb võrdleja , kvantor, ennustusfilter ja kooder.

Diferentsiaalse impulsskoodi modulaator

Valimisignaali tähistatakse x (nTs) ja ennustatud signaali tähistatakse x ^ (nTs). Võrdleja saab teada valimi tegeliku väärtuse x (nTs) ja ennustatud väärtuse x ^ (nTs) erinevuse. Seda nimetatakse signaaliveaks ja seda tähistatakse kui e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Siin saadakse prognoositud väärtus x ^ (nTs) kasutades ennustusfilter (signaalitöötlusfilter) . Kvanteri väljundsignaal ekv (nTs) ja eelnev prognoos lisatakse ja antakse sisendina ennustusfiltrisse, seda signaali tähistatakse xq (nTs). See muudab ennustuse tegelikule valimisignaalile lähemale. Kvantiseeritud veasignaali ekv (nTs) on väga väike ja seda saab kodeerida väikese arvu bitide abil. Seega vähendatakse DPCM-is bittide arvu proovi kohta.

Kvanteri väljund kirjutatakse järgmiselt:

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs)… (2)

Siin on q (nTs) kvantimisviga. Ülaltoodud plokkskeemilt saadakse ennustusfiltri sisend xq (nTs) x ^ (nTs) ja kvantoriväljundi ekv (nTs) summaga.

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

asendades võrrandi (2) võrrandi (2) ekv (nTs) väärtuse (3),
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Võrrandi (1) saab kirjutada järgmiselt:

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

ülaltoodud võrranditest 4 ja 5 saame

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

Seetõttu on signaali xq (nTs) kvantiseeritud versioon algse valimi väärtuse ja kvantiseeritud vea q (nTs) summa. Kvantiseeritud viga võib olla positiivne või negatiivne. Nii et ennustusfiltri väljund ei sõltu selle omadustest.

Diferentsiaalse impulsskoodi modulatsioon Vastuvõtja

Vastuvõetud digitaalse signaali rekonstrueerimiseks koosneb DPCM-vastuvõtja (näidatud allpool oleval joonisel) dekooder ja ennustusfilter. Müra puudumisel on kodeeritud vastuvõtja sisend sama, mis kodeeritud saatja väljund.

Diferentsiaalse impulsskoodi modulatsiooni vastuvõtja

Nagu me eespool arutlesime, võtab ennustaja varasemate väljundite põhjal väärtuse. Parema väljundi saamiseks dekoodrile antud sisend töödeldakse ja see väljund summeeritakse ennustaja väljundiga. See tähendab, et kõigepealt rekonstrueerib dekooder algsignaali kvantiseeritud vormi. Seetõttu erineb vastuvõtja signaal tegelikust signaalist kvantimisvea q (nTs) abil, mis sisestatakse rekonstrueeritud signaali jäädavalt.

DPCM-i rakendused

DPCM-tehnika kasutas peamiselt kõne, pildi ja helisignaali tihendamist. Järjestikuste proovide vahelise korrelatsiooniga signaalidel läbiviidud DPCM viib heade kokkusurumissuheteni. Piltidel on korrelatsioon naaberpikslite vahel, videosignaalides on korrelatsioon järjestikuste kaadrite samade pikslite vahel ja kaadrites sees (mis on sama mis pildi sees olev korrelatsioon).

See meetod sobib reaalajas rakenduste jaoks. Selle meditsiinilise kokkusurumise meetodi tõhususe mõistmiseks ja meditsiinilise pildistamise, näiteks telemeditsiini ja veebidiagnostika, rakendamiseks reaalajas. Seetõttu võib see olla efektiivne kadudeta tihendamiseks ja kadudeta või peaaegu kadudeta meditsiinilise pildi tihendamiseks.

See kõik käib diferentsiaalse impulsskoodi modulatsiooni toimimise kohta. Leiame, et selles artiklis esitatud teave on selle mõiste paremaks mõistmiseks abiks. Lisaks sellele kõik selle artikliga seotud küsimused või abi rakendamisel elektri- ja elektroonikaprojektid , võite pöörduda meie poole, kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus, milline on ennustaja roll DPCM-tehnikas?