Pulscodemodulatie werken en toepassen

Differentiële pulscodemodulatie is een analoge techniek naar digitale signaalconversie ​Deze techniek bemonstert het analoge signaal en kwantificeert vervolgens het verschil tussen de bemonsterde waarde en de voorspelde waarde, en codeert vervolgens het signaal om een ​​digitale waarde te vormen. Voordat we differentiële pulscodemodulatie gaan bespreken, moeten we de nadelen van weten PCM (Pulse Code Modulation) ​De samples van een signaal zijn sterk met elkaar gecorreleerd. De waarde van het signaal van de huidige steekproef tot de volgende steekproef verschilt niet veel. De aangrenzende samples van het signaal dragen dezelfde informatie met een klein verschil. Wanneer deze samples worden gecodeerd door het standaard PCM-systeem, bevat het resulterende gecodeerde signaal enkele overtollige informatiebits. Onderstaande figuur illustreert dit.

Redundante informatiebits in PCM

De bovenstaande figuur toont een doorlopend tijdsignaal x (t) aangegeven door een stippellijn. Dit signaal wordt bemonsterd door flat-top bemonstering met intervallen Ts, 2Ts, 3Ts… nTs. De bemonsteringsfrequentie is hoger geselecteerd dan de Nyquist-frequentie. Deze samples worden gecodeerd met behulp van 3-bit (7 niveaus) PCM. De samples worden gekwantiseerd naar het dichtstbijzijnde digitale niveau, zoals aangegeven door kleine cirkels in de bovenstaande afbeelding. De gecodeerde binaire waarde van elke sample wordt bovenaan de samples geschreven. Bekijk gewoon de bovenstaande afbeelding bij monsters die zijn genomen bij 4Ts, 5Ts en 6Ts die zijn gecodeerd met dezelfde waarde van (110). Deze informatie kan slechts door één steekproefwaarde worden gedragen. Maar drie monsters bevatten dezelfde informatiemiddelen die overbodig zijn.

Laten we nu eens kijken naar de samples op 9Ts en 10Ts, het verschil tussen deze samples alleen vanwege de laatste bit en de eerste twee bits zijn redundant omdat ze niet veranderen. Dus om het proces deze informatie overbodig te maken en een betere output te hebben. Het is een intelligente beslissing om een ​​voorspelde bemonsterde waarde te nemen, uitgaande van de vorige uitvoer, en deze samen te vatten met de gekwantiseerde waarden. Zo'n proces wordt een Differential PCM (DPCM) -techniek genoemd.

Principe van differentiële pulscodemodulatie

Als de redundantie wordt verminderd, neemt de algehele bitsnelheid af en neemt ook het aantal bits dat nodig is om één sample te verzenden, af. Dit type digitale pulsmodulatietechniek wordt differentiële pulscodemodulatie genoemd. De DPCM werkt volgens het principe van voorspelling. De waarde van de huidige steekproef wordt voorspeld op basis van de vorige steekproeven. De voorspelling is misschien niet exact, maar ligt zeer dicht bij de werkelijke steekproefwaarde.

Differentiële pulscodemodulatie Zender

De onderstaande afbeelding toont de DPCM-zender. De zender bestaat uit een vergelijker , kwantiseerder, voorspellingsfilter en een encoder.

Differentiële pulscodemodulator

Het bemonsterde signaal wordt aangegeven met x (nTs) en het voorspelde signaal wordt aangegeven met x ^ (nTs). De comparator ontdekt het verschil tussen de werkelijke monsterwaarde x (nTs) en de voorspelde waarde x ^ (nTs). Dit wordt signaalfout genoemd en wordt aangeduid als e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Hier wordt de voorspelde waarde x ^ (nTs) geproduceerd door te gebruiken een voorspellingsfilter (signaalverwerkingsfilter) ​Het uitgangssignaal eq (nTs) van de kwantisator en de vorige voorspelling worden opgeteld en gegeven als invoer voor het voorspellingsfilter, dit signaal wordt aangeduid met xq (nTs). Dit maakt de voorspelling dichter bij het daadwerkelijk bemonsterde signaal. Het gekwantiseerde foutsignaal eq (nTs) is erg klein en kan worden gecodeerd door een klein aantal bits te gebruiken. Het aantal bits per sample wordt dus verminderd in DPCM.

De output van de kwantiseerder zou worden geschreven als,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Hier is q (nTs) een kwantisatiefout. Uit het bovenstaande blokdiagram wordt de voorspellingsfilteringang xq (nTs) verkregen door de som van x ^ (nTs) en de kwantiseringsuitgangseq (nTs).

d.w.z. xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

door de waarde van eq (nTs) te vervangen door vergelijking (2) in vergelijking (3) krijgen we,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Vergelijking (1) kan worden geschreven als,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

uit de bovenstaande vergelijkingen 4 en 5 krijgen we,

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

Daarom is de gekwantiseerde versie van signaal xq (nTs) de som van de oorspronkelijke monsterwaarde en de gekwantiseerde fout q (nTs). De gekwantiseerde fout kan positief of negatief zijn. De output van het voorspellingsfilter is dus niet afhankelijk van zijn kenmerken.

Differentiële pulscodemodulatie Ontvanger

Om het ontvangen digitale signaal te reconstrueren, bestaat de DPCM-ontvanger (weergegeven in de onderstaande afbeelding) uit een decoder en voorspellingsfilter. Bij afwezigheid van ruis zal de gecodeerde ontvangerinvoer hetzelfde zijn als de gecodeerde zenderuitgang.

Differentiële pulscodemodulatie-ontvanger

Zoals we hierboven hebben besproken, voert de voorspeller een waarde uit op basis van de vorige outputs. De input die aan de decoder wordt gegeven, wordt verwerkt en die output wordt opgeteld bij de output van de voorspeller om een ​​betere output te verkrijgen. Dat betekent dat hier allereerst de decoder de gekwantiseerde vorm van het originele signaal zal reconstrueren. Daarom verschilt het signaal bij de ontvanger van het werkelijke signaal door kwantiseringsfout q (nTs), die permanent in het gereconstrueerde signaal wordt geïntroduceerd.

Toepassingen van DPCM

De DPCM-techniek maakte voornamelijk gebruik van spraak-, beeld- en audiosignaalcompressie. De DPCM uitgevoerd op signalen met de correlatie tussen opeenvolgende monsters leidt tot goede compressieverhoudingen. In afbeeldingen is er een correlatie tussen de naburige pixels, bij videosignalen is de correlatie tussen dezelfde pixels in opeenvolgende frames en binnen frames (wat hetzelfde is als correlatie binnen het beeld).

Deze methode is geschikt voor real-time toepassingen. De efficiëntie van deze methode van medische compressie en real-time toepassing van medische beeldvorming zoals telegeneeskunde en online diagnose begrijpen. Daarom kan het efficiënt zijn voor verliesvrije compressie en implementatie voor verliesloze of bijna-verliesloze compressie van medische beelden.

Dit gaat allemaal over het werken met Differential Pulse Code Modulation. We zijn van mening dat de informatie in dit artikel nuttig voor u is om dit concept beter te begrijpen. Bovendien, eventuele vragen over dit artikel of hulp bij de implementatie elektrische en elektronische projecten , kunt u ons benaderen door in de commentaarsectie hieronder te reageren. Hier is een vraag voor jou: wat is de rol van de voorspeller in de DPCM-techniek?