Pulssikoodimodulaation toiminta ja käyttö

Differentiaalinen pulssikoodimodulaatio on analoginen tekniikka digitaalisen signaalin muuntamiseen . Tämä tekniikka ottaa näytteet analogisesta signaalista ja kvantisoi sitten otoksen arvon ja sen ennustetun arvon välisen eron ja koodaa sitten signaalin digitaalisen arvon muodostamiseksi. Ennen kuin siirrymme keskustelemaan differentiaalipulssikoodimodulaatiosta, meidän on tiedettävä niiden puutteet PCM (pulssikoodimodulaatio) . Signaalin näytteet korreloivat voimakkaasti toistensa kanssa. Signaalin arvo nykyisestä näytteestä seuraavaan näytteeseen ei eroa suurella määrällä. Viereisissä signaalinäytteissä on sama tieto pienellä erolla. Kun nämä näytteet koodaa tavallinen PCM-järjestelmä, tuloksena oleva koodattu signaali sisältää joitain redundantteja informaatiobittejä. Seuraava kuva kuvaa tätä.

Redundantit tietobitit PCM: ssä

Yllä olevassa kuvassa on esitetty katkoviivalla merkitty jatkosignaali x (t). Tämä signaali näytteistetään tasaisella näytteellä näytteillä Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Näytteenottotaajuus valitaan korkeammaksi kuin Nyquist-nopeus. Nämä näytteet koodataan käyttämällä 3-bittistä (7 tasoa) PCM: ää. Näytteet kvantisoidaan lähimpään digitaaliseen tasoon, kuten pienet ympyrät osoittavat yllä olevassa kuvassa. Kunkin näytteen koodattu binaarinen arvo kirjoitetaan näytteiden päälle. Tarkkaile vain yllä olevaa kuvaa, kun näytteet, jotka on otettu 4T: llä, 5T: llä ja 6T: llä, koodataan samaan arvoon (110). Nämä tiedot voidaan kantaa vain yhdellä näytearvolla. Mutta kolmessa näytteessä on samat tiedot, mikä tarkoittaa tarpeetonta.

Tarkastellaan nyt näytteitä 9T: ssä ja 10T: ssä, ero näiden näytteiden välillä vain viimeisen bitin ja kahden ensimmäisen bitin takia on tarpeeton, koska ne eivät muutu. Joten prosessin tekemiseksi näistä tarpeettomista tiedoista ja paremmasta tuotoksesta. Älykäs päätös on ottaa ennustettu otosarvo, joka oletetaan sen edellisestä tuotoksesta, ja tiivistää ne kvantisoiduilla arvoilla. Tällaista prosessia kutsutaan differentiaaliseksi PCM (DPCM) -tekniikaksi.

Pulssikoodimodulaation periaate

Jos redundanssia vähennetään, kokonaisbittinopeus pienenee ja myös yhden näytteen lähettämiseen tarvittavien bittien määrä vähenee. Tämän tyyppistä digitaalista pulssimodulaatiotekniikkaa kutsutaan differentiaaliseksi pulssikoodimodulaatioksi. DPCM toimii ennusteen periaatteella. Tämän näytteen arvo ennustetaan edellisistä näytteistä. Ennuste ei ehkä ole tarkka, mutta se on hyvin lähellä todellista näytearvoa.

Differentiaalinen pulssikoodimodulaatio Lähetin

Alla olevassa kuvassa on DPCM-lähetin. Lähetin koostuu vertailija , kvantisoija, ennustussuodatin ja kooderi.

Differentiaalinen pulssikoodimodulaattori

Näytteistetty signaali on merkitty x (nTs) ja ennustettu signaali on merkitty x ^ (nTs). Vertailija selvittää todellisen otosarvon x (nTs) ja ennustetun arvon x ^ (nTs) välisen eron. Tätä kutsutaan signaalivirheeksi ja sitä merkitään e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs)… (1)

Tällöin ennustettu arvo x ^ (nTs) tuotetaan käyttämällä ennustussuodatin (signaalinkäsittelysuodatin) . Kvantisoijan lähtösignaali eq (nTs) ja edellinen ennuste lisätään ja annetaan syötteenä ennustussuodattimeen, tämä signaali on merkitty xq (nTs). Tämä tekee ennustuksen lähemmäksi tosiasiallisesti näytteistettyä signaalia. Kvantisoitu virhesignaali eq (nTs) on hyvin pieni ja se voidaan koodata käyttämällä pientä määrää bittejä. Siten bittien lukumäärä näytettä kohti pienenee DPCM: ssä.

Kvantisoijan lähtö kirjoitettaisiin muodossa

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs)… (2)

Tässä q (nTs) on kvantisointivirhe. Edellä olevasta lohkokaaviosta saadaan ennustussuodattimen tulo xq (nTs) summaamalla x ^ (nTs) ja kvantisoijan ulostulo eq (nTs).

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

korvaamalla yhtälön (nTs) arvo yhtälöstä (2) yhtälössä (3),
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Yhtälö (1) voidaan kirjoittaa seuraavasti:

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

edellä olevista yhtälöistä 4 ja 5 saamme,

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

Siksi signaalin xq (nTs) kvantisoitu versio on alkuperäisen näytearvon ja kvantisoidun virheen q (nTs) summa. Kvantisoitu virhe voi olla positiivinen tai negatiivinen. Joten ennustussuodattimen lähtö ei riipu sen ominaisuuksista.

Differentiaalinen pulssikoodimodulaatio Vastaanotin

Vastaanotetun digitaalisen signaalin rekonstruoimiseksi DPCM-vastaanotin (esitetty alla olevassa kuvassa) koostuu dekooderi ja ennustussuodatin. Kohinan poissa ollessa koodattu vastaanottimen tulo on sama kuin koodattu lähettimen lähtö.

Differentiaalinen pulssikoodimodulaatiovastaanotin

Kuten edellä keskustelimme, ennustaja ottaa arvon aikaisempien tulosten perusteella. Dekooderille annettu tulo prosessoidaan ja tämä lähtö summataan ennustimen lähtöön paremman ulostulon saamiseksi. Tämä tarkoittaa, että dekooderi rekonstruoi ensinnäkin alkuperäisen signaalin kvantisoidun muodon. Siksi vastaanottimen signaali eroaa todellisesta signaalista kvantisointivirheen q (nTs) avulla, joka syötetään pysyvästi rekonstruoituun signaaliin.

DPCM: n sovellukset

DPCM-tekniikassa käytettiin pääasiassa puheen, kuvan ja audiosignaalin pakkaamista. Signaaleilla suoritettu DPCM peräkkäisten näytteiden välisellä korrelaatiolla johtaa hyviin puristussuhteisiin. Kuvissa on korrelaatio vierekkäisten pikselien välillä, videosignaaleissa korrelaatio on samojen pikselien välillä peräkkäisissä kehyksissä ja sisäisissä kehyksissä (mikä on sama kuin korrelaatio kuvan sisällä).

Tämä menetelmä soveltuu reaaliaikaisiin sovelluksiin. Ymmärtää tämän lääketieteellisen pakkausmenetelmän tehokkuus ja lääketieteellisen kuvantamisen, kuten telelääketieteen ja online-diagnoosin, reaaliaikainen soveltaminen. Siksi se voi olla tehokas häviöttömässä pakkauksessa ja toteutuksessa häviöttömässä tai lähes häviöttömässä lääketieteellisessä kuvan pakkauksessa.

Tässä on kyse differentiaalisesta pulssikoodimodulaatiosta. Katsomme, että tässä artikkelissa annetut tiedot auttavat sinua ymmärtämään paremmin tätä käsitettä. Lisäksi kaikki tätä artikkelia koskevat kyselyt tai apua toteutuksessa sähkö- ja elektroniikkaprojektit , voit ottaa meihin yhteyttä kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa. Tässä on kysymys sinulle: Mikä on ennustajan rooli DPCM-tekniikassa?