Диференциалната импулсна кодова модулация е аналогова техника към преобразуване на цифров сигнал . Тази техника взема проби от аналоговия сигнал и след това квантува разликата между избраната стойност и прогнозираната стойност, след което кодира сигнала, за да образува цифрова стойност. Преди да обсъдим диференциалната импулсна кодова модулация, трябва да знаем недостатъците на PCM (импулсна кодова модулация) . Пробите на даден сигнал са силно корелирани помежду си. Стойността на сигнала от настоящата проба до следващата проба не се различава с голямо количество. Съседните проби на сигнала носят същата информация с малка разлика. Когато тези проби са кодирани от стандартната PCM система, полученият кодиран сигнал съдържа някои излишни информационни бита. Фигурата по-долу илюстрира това.
Излишни информационни битове в PCM
Горната фигура показва непрекъснат времеви сигнал x (t), обозначен с пунктирана линия. Този сигнал се взема чрез вземане на проби с плосък връх на интервали Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Честотата на вземане на проби е избрана да бъде по-висока от скоростта на Найквист. Тези проби се кодират чрез използване на 3-битов (7 нива) PCM. Пробите се квантуват до най-близкото цифрово ниво, както е показано от малки кръгове на горната фигура. Кодираната двоична стойност на всяка проба се записва отгоре на пробите. Просто спазвайте горната фигура при проби, взети при 4Ts, 5Ts и 6Ts, са кодирани към същата стойност на (110). Тази информация може да се носи само от една примерна стойност. Но три проби носят едни и същи информационни средства, излишни.
Сега нека разгледаме пробите при 9Ts и 10Ts, разликата между тези проби само поради последния бит и първите два бита са излишни, тъй като те не се променят. Така че, за да се направи процесът тази излишна информация и да има по-добра продукция. Интелигентно решение е да се вземе предсказана стойност на извадката, приета от предишния изход и да се обобщи с квантованите стойности. Такъв процес се нарича техника на диференциален PCM (DPCM).
Принцип на диференциална импулсна кодова модулация
Ако съкращението бъде намалено, тогава общата скорост на предаване ще намалее и броят на битовете, необходими за предаване на една проба, също ще намалее. Този тип техника за цифрова импулсна модулация се нарича диференциална импулсна кодова модулация. DPCM работи на принципа на прогнозата. Стойността на настоящата проба се прогнозира от предишните проби. Прогнозата може да не е точна, но е много близка до действителната стойност на извадката.
Диференциална импулсна кодова модулация Предавател
Фигурата по-долу показва DPCM предавателя. Предавателят се състои от компаратор , квантовател, филтър за предсказване и кодер.
Диференциален импулсен кодов модулатор
Пробният сигнал се обозначава с x (nTs), а прогнозираният сигнал се обозначава с x ^ (nTs). Сравнителят открива разликата между действителната стойност на извадката x (nTs) и прогнозираната стойност x ^ (nTs). Това се нарича грешка в сигнала и се означава като e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Тук прогнозната стойност x ^ (nTs) се получава чрез използване филтър за прогнозиране (филтър за обработка на сигнала) . Квантоващият изходен сигнал eq (nTs) и предишното предсказване се добавят и дават като вход към филтъра за предсказване, този сигнал се обозначава с xq (nTs). Това прави прогнозата по-близка до действително взетия сигнал. Квантуваният сигнал за грешка eq (nTs) е много малък и може да бъде кодиран с помощта на малък брой битове. По този начин броят на битовете на проба се намалява в DPCM.
Изходът на квантователя ще бъде записан като,
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Тук q (nTs) е грешка в квантуването. От горната блок-схема входният филтър за предсказване xq (nTs) се получава чрез сума от x ^ (nTs) и изходния eq на квантора (nTs).
т.е. xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
чрез заместване на стойността на eq (nTs) от уравнението (2) в уравнение (3) получаваме,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
Уравнение (1) може да се запише като,
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
от горните уравнения 4 и 5 получаваме,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Следователно квантованата версия на сигнала xq (nTs) е сумата от първоначалната стойност на извадката и квантова грешка q (nTs). Квантованата грешка може да бъде положителна или отрицателна. Така че изходът на филтъра за прогнозиране не зависи от неговите характеристики.
Диференциална импулсна кодова модулация Приемник
За да се възстанови полученият цифров сигнал, DPCM приемникът (показан на фигурата по-долу) се състои от декодер и филтър за прогнозиране. При отсъствието на шум входа на кодирания приемник ще бъде същият като изхода на кодирания предавател.
Приемник за диференциална импулсна кодова модулация
Както обсъдихме по-горе, предикторът предприема стойност въз основа на предишните резултати. Входът, даден на декодера, се обработва и този изход се сумира с изхода на предиктора, за да се получи по-добър изход. Това означава, че тук първо декодерът ще възстанови квантованата форма на оригиналния сигнал. Следователно сигналът в приемника се различава от действителния сигнал по грешка на квантуване q (nTs), която се въвежда постоянно в реконструирания сигнал.
| S. БР | Параметри | Модулация на импулсен код (PCM) | Диференциална импулсна кодова модулация (DPCM) |
| 1 | Брой битове | Той използва 4, 8 или 16 бита на проба | |
| две | Нива, размер на стъпката | Фиксиран размер на стъпката. Не може да варира | Използват се фиксиран брой нива. |
| 3 | Излишна битова | Присъства | Може да се премахне за постоянно |
| 4 | Грешка в квантуването и изкривяване | Зависи от броя на използваните нива | Нарушенията от претоварване на наклон и шумът от квантуването са налице, но много по-малко в сравнение с PCM |
| 5 | Широчината на честотната лента на предавателния канал | Изисква се по-висока честотна лента, тъй като липсва броят на битовете | По-ниска от честотната лента на PCM |
| 6 | Обратна връзка | Няма обратна връзка в Tx и Rx | Обратна връзка съществува |
| 7 | Сложност на нотация | Комплекс | Просто |
| 8 | Съотношение сигнал / шум (SNR) | добре | Честно |
Приложения на DPCM
Техниката DPCM използва главно компресия на реч, изображение и аудио сигнал. DPCM, проведен върху сигнали с корелация между последователни проби, води до добри коефициенти на компресия. При изображенията има корелация между съседните пиксели, при видеосигналите корелацията е между едни и същи пиксели в последователни кадри и вътрешни кадри (което е същото като корелация вътре в изображението).
Този метод е подходящ за приложения в реално време. За да се разбере ефективността на този метод на медицинска компресия и прилагане в реално време на медицински изображения като телемедицина и онлайн диагностика. Следователно, той може да бъде ефективен за компресиране без загуби и прилагане за компресиране на медицински изображения без загуби или почти без загуби.
Това е всичко за работата на диференциалната импулсна кодова модулация. Считаме, че информацията, дадена в тази статия, е полезна за вас за по-доброто разбиране на тази концепция. Освен това, всякакви въпроси относно тази статия или каквато и да е помощ при прилагането проекти за електричество и електроника , можете да се обърнете към нас, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас: Каква е ролята на предиктора в техниката на DPCM?
