Η διαφορική διαμόρφωση παλμού είναι μια τεχνική αναλογικού σε μετατροπή ψηφιακού σήματος . Αυτή η τεχνική δειγματίζει το αναλογικό σήμα και στη συνέχεια ποσοτικοποιεί τη διαφορά μεταξύ της τιμής δειγματοληψίας και της προβλεπόμενης τιμής, και στη συνέχεια κωδικοποιεί το σήμα για να σχηματίσει μια ψηφιακή τιμή. Πριν πάμε να συζητήσουμε τη διαφορική διαμόρφωση παλμού κώδικα, πρέπει να γνωρίζουμε τα μειονεκτήματα του PCM (Διαμόρφωση κωδικού σφυγμού) . Τα δείγματα ενός σήματος συσχετίζονται σε μεγάλο βαθμό μεταξύ τους. Η τιμή του σήματος από το παρόν δείγμα στο επόμενο δείγμα δεν διαφέρει κατά μεγάλο μέρος. Τα παρακείμενα δείγματα του σήματος φέρουν τις ίδιες πληροφορίες με μια μικρή διαφορά. Όταν αυτά τα δείγματα κωδικοποιούνται από το τυπικό σύστημα PCM, το προκύπτον κωδικοποιημένο σήμα περιέχει μερικά περιττά bit πληροφοριών. Το παρακάτω σχήμα το δείχνει αυτό.
Πλεονάζοντα στοιχεία πληροφοριών σε PCM
Το παραπάνω σχήμα δείχνει ένα συνεχές σήμα χρόνου x (t) που υποδηλώνεται από μια διακεκομμένη γραμμή. Αυτό το σήμα λαμβάνεται με δειγματοληψία επίπεδης κορυφής σε διαστήματα Ts, 2Ts, 3Ts… nTs. Η συχνότητα δειγματοληψίας επιλέγεται να είναι υψηλότερη από την τιμή Nyquist. Αυτά τα δείγματα κωδικοποιούνται χρησιμοποιώντας PCM 3-bit (7 επίπεδα). Τα δείγματα κβαντοποιούνται στο πλησιέστερο ψηφιακό επίπεδο όπως φαίνεται από μικρούς κύκλους στο παραπάνω σχήμα. Η κωδικοποιημένη δυαδική τιμή κάθε δείγματος γράφεται στην κορυφή των δειγμάτων. Απλώς παρατηρήστε την παραπάνω εικόνα σε δείγματα που λαμβάνονται στα 4Ts, 5Ts και 6Ts κωδικοποιούνται στην ίδια τιμή (110). Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να μεταφερθούν μόνο με μία τιμή δείγματος. Αλλά τρία δείγματα φέρουν τις ίδιες πληροφορίες σημαίνει περιττές.
Τώρα ας εξετάσουμε τα δείγματα στα 9Ts και 10Ts, η διαφορά μεταξύ αυτών των δειγμάτων μόνο λόγω του τελευταίου bit και των δύο πρώτων bit είναι περιττή αφού δεν αλλάζουν. Έτσι, προκειμένου να γίνει η διαδικασία αυτή η περιττή πληροφορία και να έχει καλύτερη απόδοση. Είναι μια έξυπνη απόφαση να ληφθεί μια προβλεπόμενη τιμή δειγματοληψίας, που έχει ληφθεί από την προηγούμενη παραγωγή της και να τις συνοψίσουμε με τις κβαντοποιημένες τιμές. Μια τέτοια διαδικασία ονομάζεται τεχνική διαφορικού PCM (DPCM).
Αρχή διαμόρφωσης κωδικού διαφορικού παλμού
Εάν μειωθεί ο πλεονασμός, τότε ο συνολικός ρυθμός bit θα μειωθεί και ο αριθμός bit που απαιτείται για τη μετάδοση ενός δείγματος θα μειωθεί επίσης. Αυτός ο τύπος τεχνικής ψηφιακής διαμόρφωσης παλμού ονομάζεται διαφορική διαμόρφωση παλμού. Το DPCM λειτουργεί με βάση την αρχή της πρόβλεψης. Η τιμή του παρόντος δείγματος προβλέπεται από τα προηγούμενα δείγματα. Η πρόβλεψη μπορεί να μην είναι ακριβής, αλλά είναι πολύ κοντά στην πραγματική τιμή δείγματος.
Διαμόρφωση κωδικού διαφορικού παλμού Πομπός
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τον πομπό DPCM. Ο πομπός αποτελείται από ένας συγκριτής , κβαντιστής, φίλτρο πρόβλεψης και κωδικοποιητή.
Διαμορφωτής κωδικού διαφορικού παλμού
Το δείγμα σήμα υποδηλώνεται με x (nTs) και το προβλεπόμενο σήμα υποδεικνύεται με x ^ (nTs). Ο συγκριτής ανακαλύπτει τη διαφορά μεταξύ της πραγματικής τιμής δείγματος x (nTs) και της προβλεπόμενης τιμής x ^ (nTs). Αυτό ονομάζεται σφάλμα σήματος και συμβολίζεται ως e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Εδώ η προβλεπόμενη τιμή x ^ (nTs) παράγεται χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο πρόβλεψης (φίλτρο επεξεργασίας σήματος) . Το σήμα εξόδου ποσοτικοποιητή eq (nTs) και η προηγούμενη πρόβλεψη προστίθενται και δίδονται ως είσοδος στο φίλτρο πρόβλεψης, αυτό το σήμα υποδηλώνεται με xq (nTs). Αυτό κάνει την πρόβλεψη πιο κοντά στο σήμα του δείγματος. Το κβαντισμένο σήμα σφάλματος eq (nTs) είναι πολύ μικρό και μπορεί να κωδικοποιηθεί χρησιμοποιώντας έναν μικρό αριθμό bit. Έτσι, ο αριθμός των bit ανά δείγμα μειώνεται σε DPCM.
Η έξοδος κβαντιστή θα γραφτεί ως,
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Εδώ q (nTs) είναι σφάλμα ποσοτικοποίησης. Από το παραπάνω μπλοκ διάγραμμα, η είσοδος φίλτρου πρόβλεψης xq (nTs) λαμβάνεται με άθροισμα x ^ (nTs) και την έξοδο ποσοτικοποιητή eq (nTs).
δηλαδή, xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
αντικαθιστώντας την τιμή eq (nTs) από την εξίσωση (2) στην εξίσωση (3) παίρνουμε,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
Η εξίσωση (1) μπορεί να γραφτεί ως,
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
από τις παραπάνω εξισώσεις 4 και 5 παίρνουμε,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Επομένως, η κβαντοποιημένη έκδοση του σήματος xq (nTs) είναι το άθροισμα της αρχικής τιμής δείγματος και το κβαντισμένο σφάλμα q (nTs). Το ποσοτικοποιημένο σφάλμα μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό. Έτσι, η έξοδος του φίλτρου πρόβλεψης δεν εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του.
Διαμόρφωση κωδικού διαφορικού παλμού Δέκτης
Για την ανακατασκευή του λαμβανόμενου ψηφιακού σήματος, ο δέκτης DPCM (φαίνεται στην παρακάτω εικόνα) αποτελείται από έναν αποκωδικοποιητή και φίλτρο πρόβλεψης. Σε περίπτωση απουσίας θορύβου, η κωδικοποιημένη είσοδος δέκτη θα είναι η ίδια με την κωδικοποιημένη έξοδο πομπού.
Δέκτης διαμόρφωσης διαφορικού παλμού
Όπως συζητήσαμε παραπάνω, ο προβλεπόμενος αναλαμβάνει μια τιμή, με βάση τις προηγούμενες εξόδους. Η είσοδος που δίνεται στον αποκωδικοποιητή υποβάλλεται σε επεξεργασία και αυτή η έξοδος συνοψίζεται με την έξοδο της πρόβλεψης, για να επιτευχθεί καλύτερη έξοδος. Αυτό σημαίνει ότι πρώτα απ 'όλα ο αποκωδικοποιητής θα ανακατασκευάσει την κβαντοποιημένη μορφή του αρχικού σήματος. Επομένως, το σήμα στον δέκτη διαφέρει από το πραγματικό σήμα με σφάλμα ποσοτικοποίησης q (nTs), το οποίο εισάγεται μόνιμα στο ανακατασκευασμένο σήμα.
| Ν. ΟΧΙ | Παράμετροι | Διαμόρφωση κωδικού σφυγμού (PCM) | Διαφορική διαμόρφωση παλμού κώδικα (DPCM) |
| 1 | Αριθμός bit | Χρησιμοποιεί 4, 8 ή 16 bit ανά δείγμα | |
| δύο | Επίπεδα, μέγεθος βημάτων | Διορθώθηκε το μέγεθος του βήματος. Δεν είναι δυνατή η παραλλαγή | Χρησιμοποιείται ένας σταθερός αριθμός επιπέδων. |
| 3 | Λίγο πλεονασμός | Παρόν | Μπορεί να αφαιρέσει οριστικά |
| 4 | Σφάλμα ποσοτικοποίησης και παραμόρφωση | Εξαρτάται από τον αριθμό των επιπέδων που χρησιμοποιούνται | Η παραμόρφωση υπερφόρτωσης και ο θόρυβος κβαντοποίησης υπάρχουν αλλά πολύ λιγότερο σε σύγκριση με το PCM |
| 5 | Το εύρος ζώνης του καναλιού μετάδοσης | Απαιτείται υψηλότερο εύρος ζώνης δεδομένου ότι ο αριθμός των bit απουσιάζει | Χαμηλότερο από το εύρος ζώνης PCM |
| 6 | Ανατροφοδότηση | Δεν υπάρχουν σχόλια στα Tx και Rx | Υπάρχουν σχόλια |
| 7 | Πολυπλοκότητα της σημειογραφίας | Συγκρότημα | Απλός |
| 8 | Αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR) | Καλός | Εκθεση |
Εφαρμογές του DPCM
Η τεχνική DPCM χρησιμοποίησε κυρίως τη συμπίεση σήματος ομιλίας, εικόνας και ήχου. Η DPCM που διεξάγεται σε σήματα με τη συσχέτιση μεταξύ διαδοχικών δειγμάτων οδηγεί σε καλές αναλογίες συμπίεσης. Στις εικόνες, υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των γειτονικών εικονοστοιχείων, στα σήματα βίντεο, η συσχέτιση είναι μεταξύ των ίδιων εικονοστοιχείων σε διαδοχικά καρέ και εσωτερικών καρέ (η οποία είναι ίδια με τη συσχέτιση εντός της εικόνας).
Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο. Για να κατανοήσουμε την αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου ιατρικής συμπίεσης και εφαρμογής σε πραγματικό χρόνο ιατρικής απεικόνισης όπως τηλεϊατρικής και διαδικτυακής διάγνωσης. Επομένως, μπορεί να είναι αποτελεσματικό για συμπίεση χωρίς απώλειες και εφαρμογή για συμπίεση ιατρικής εικόνας χωρίς απώλειες ή σχεδόν χωρίς απώλειες.
Αυτό έχει να κάνει με τη διαφοροποίηση παλμού κώδικα διαφορικής λειτουργίας. Θεωρούμε ότι οι πληροφορίες που δίνονται σε αυτό το άρθρο είναι χρήσιμες για την καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, τυχόν απορίες σχετικά με αυτό το άρθρο ή οποιαδήποτε βοήθεια στην εφαρμογή ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα , μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, Ποιος είναι ο ρόλος της πρόβλεψης στην τεχνική DPCM;
