Pulso kodo moduliacijos veikimas ir taikymas

Diferencinio impulso kodo moduliacija yra analoginė technika į skaitmeninio signalo konversiją . Ši technika ima analoginio signalo pavyzdį ir tada skaičiuoja skirtumą tarp atrinktos vertės ir numatomos jo vertės, tada koduoja signalą, kad suformuotų skaitmeninę vertę. Prieš eidami aptarti diferencinio impulso kodo moduliacijos, turime žinoti apie jų trūkumus PCM (pulso kodo moduliacija) . Signalo pavyzdžiai labai koreliuoja tarpusavyje. Signalo vertė nuo dabartinio mėginio iki kito mėginio nesiskiria dideliu kiekiu. Šalia esančiuose signalo pavyzdžiuose yra ta pati informacija su nedideliu skirtumu. Kai šiuos pavyzdžius koduoja standartinė PCM sistema, gautame koduotame signale yra keletas nereikalingų informacijos bitų. Žemiau pateiktas paveikslėlis tai iliustruoja.

Nereikalingi informacijos bitai PCM

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas tęstinio laiko signalas x (t), pažymėtas punktyrine linija. Šis signalas imamas imant plokščią viršūnę Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs intervalais. Mėginių ėmimo dažnis yra didesnis nei Nyquist dažnis. Šie pavyzdžiai užkoduojami naudojant 3 bitų (7 lygių) PCM. Mėginiai skaičiuojami iki artimiausio skaitmeninio lygio, kaip parodyta aukščiau pateiktame paveiksle mažais apskritimais. Užkoduota kiekvieno mėginio dvejetainė reikšmė užrašoma ant mėginių viršaus. Tiesiog stebėkite aukščiau pateiktą paveikslą, kai mėginiai, paimti 4T, 5T ir 6T, yra užkoduoti ta pačia verte (110). Šią informaciją gali pateikti tik viena imties vertė. Tačiau trys pavyzdžiai turi tą pačią informaciją - nereikalingi.

Dabar apsvarstykime mėginius esant 9T ir 10T, skirtumas tarp šių mėginių yra tik dėl paskutinio ir pirmųjų dviejų bitų, nes jie nesikeičia. Taigi, norint, kad procesas taptų nereikalinga informacija ir būtų geresnė išvestis. Tai yra protingas sprendimas priimti numatomą atrinktą vertę, prisiimtą iš ankstesnio jos rezultato, ir apibendrinti jas su kiekybinėmis vertėmis. Toks procesas vadinamas diferencinės PCM (DPCM) technika.

Diferencinio impulso kodo moduliavimo principas

Jei redundancija sumažinama, sumažės bendras pralaidumas ir sumažės bitų, reikalingų vienam mėginiui perduoti, skaičius. Šis skaitmeninio impulso moduliacijos metodas vadinamas diferencine impulso kodo moduliacija. DPCM veikia pagal prognozavimo principą. Dabartinio mėginio vertė numatoma pagal ankstesnius mėginius. Prognozė gali būti netiksli, tačiau ji yra labai artima faktinei imties vertei.

Diferencinio impulso kodo moduliacija Siųstuvas

Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas DPCM siųstuvas. Siųstuvas susideda iš palyginamasis , kvanteris, numatymo filtras ir koduotojas.

Diferencinio impulso kodo moduliatorius

Atrinktas signalas žymimas x (nTs), o numatomas signalas žymimas x ^ (nTs). Palyginamasis nustato skirtumą tarp faktinės imties vertės x (nTs) ir numatomos vertės x ^ (nTs). Tai vadinama signalo paklaida ir ji žymima kaip e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Čia numatoma vertė x ^ (nTs) gaunama naudojant numatymo filtras (signalo apdorojimo filtras) . Kvantoriaus išėjimo signalas eq (nTs) ir ankstesnis prognozavimas pridedami ir pateikiami kaip įvestis į prognozavimo filtrą, šis signalas žymimas xq (nTs). Tai daro prognozę arčiau faktiškai atrinkto signalo. Kiekybinis klaidos signalo ekv (nTs) yra labai mažas ir gali būti užkoduotas naudojant nedidelį bitų skaičių. Taigi DPCM sumažėja bitų skaičius viename mėginyje.

Kvantoriaus išvestis būtų parašyta taip,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Čia q (nTs) yra kvantavimo klaida. Iš pirmiau pateiktos blokinės diagramos prognozavimo filtro įvestis xq (nTs) gaunama iš x ^ (nTs) ir kvantoriaus išėjimo eq (nTs) sumos.

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

pakeičiant ekv (nTs) vertę iš (2) lygties (3) lygtyje, gauname,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

1 lygtį galima parašyti taip,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs)…. (5)

iš aukščiau pateiktų 4 ir 5 lygčių gauname,

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

Todėl kvantinė signalo xq (nTs) versija yra pradinės imties vertės ir kiekybinės paklaidos q (nTs) suma. Kiekybiškai įvertinta paklaida gali būti teigiama arba neigiama. Taigi prognozavimo filtro išvestis nepriklauso nuo jo charakteristikų.

Diferencinio impulso kodo moduliacija Imtuvas

Norint rekonstruoti gautą skaitmeninį signalą, DPCM imtuvą (parodytą žemiau esančiame paveikslėlyje) sudaro dekoderis ir prognozavimo filtras. Jei nėra triukšmo, užkoduota imtuvo įvestis bus tokia pati kaip užkoduota siųstuvo išvestis.

Diferencinio impulso kodo moduliacijos imtuvas

Kaip aptarėme aukščiau, prognozuotojas imasi vertės, remdamasis ankstesniais rezultatais. Dekoderiui įvestas įvestis yra apdorojama ir ta išvestis sumuojama su numatiklio išvestimi, kad būtų gaunama geresnė išvestis. Tai reiškia, kad pirmiausia dekoderis atkurs pradinio signalo kiekybinę formą. Todėl signalas imtuve skiriasi nuo faktinio signalo kvantavimo paklaida q (nTs), kuri pastoviai įvedama į rekonstruotą signalą.

DPCM programos

DPCM technika daugiausia buvo naudojamas kalbos, vaizdo ir garso signalo glaudinimas. Su signalais atliekama DPCM su koreliacija tarp nuoseklių mėginių lemia gerą suspaudimo laipsnį. Vaizduose yra koreliacija tarp kaimyninių taškų, vaizdo signaluose koreliacija yra tarp tų pačių taškų iš eilės kadruose ir vidiniuose kadruose (tai yra tas pats, kas koreliacija vaizdo viduje).

Šis metodas tinka programoms realiuoju laiku. Suprasti šio medicininio suspaudimo metodo efektyvumą ir medicininių vaizdų, tokių kaip telemedicina ir internetinė diagnostika, pritaikymą realiuoju laiku. Todėl jis gali būti efektyvus glaudinant be nuostolių ir įgyvendinant medicininį vaizdų glaudinimą be nuostolių ar beveik be nuostolių.

Viskas apie diferencialinio impulso kodo moduliaciją. Manome, kad šiame straipsnyje pateikta informacija yra naudinga jums geriau suprasti šią koncepciją. Be to, bet kokie su šiuo straipsniu susiję klausimai ar pagalba įgyvendinant elektros ir elektronikos projektai , galite kreiptis į mus komentuodami žemiau esančiame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, koks yra nuspėjamojo vaidmuo DPCM technikoje?