Diferencijalna impulsna modulacija je analogna tehnika u digitalnu pretvorbu signala . Ova tehnika uzorkuje analogni signal, a zatim kvantizira razliku između uzorkovane vrijednosti i njegove predviđene vrijednosti, a zatim kodira signal u digitalnu vrijednost. Prije nego što počnemo raspravljati o diferencijalnoj impulsnoj modulaciji, moramo znati nedostatke PCM (modul impulsnog koda) . Uzorci signala međusobno su u velikoj korelaciji. Vrijednost signala od sadašnjeg uzorka do sljedećeg uzorka ne razlikuje se u velikoj mjeri. Susjedni uzorci signala nose iste podatke s malom razlikom. Kad se ti uzorci kodiraju standardnim PCM sustavom, rezultirajući kodirani signal sadrži neke suvišne informacijske bitove. Donja slika to ilustrira.
Suvišni informativni bitovi u PCM-u
Gornja slika prikazuje signal neprekidnog vremena x (t) označen isprekidanom crtom. Ovaj se signal uzorkuje ravnim vrhom uzorkovanja u intervalima Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Učestalost uzorkovanja odabrana je veća od brzine Nyquista. Ovi se uzorci kodiraju pomoću 3-bitnog (7 nivoa) PCM-a. Uzorci se kvantiziraju na najbližu digitalnu razinu kao što su prikazani mali krugovi na gornjoj slici. Kodirana binarna vrijednost svakog uzorka ispisana je na vrhu uzoraka. Dovoljno je promatrati gornju sliku na uzorcima uzetim na 4Ts, 5Ts i 6Ts kodirani su na istu vrijednost (110). Te podatke može nositi samo jedna vrijednost uzorka. Ali tri uzorka nose suvišna informacijska sredstva.
Sada razmotrimo uzorke na 9T i 10Ts, razlika između tih uzoraka samo zbog posljednjeg bita i prva dva bita su suvišna jer se ne mijenjaju. Dakle, kako bi se proces učinio suvišnim informacijama i imao bolji izlaz. Inteligentna je odluka uzeti predviđenu uzorkovanu vrijednost, pretpostavljenu iz prethodnog rezultata, i sažeti ih s kvantiziranim vrijednostima. Takav se postupak naziva Diferencijalna PCM (DPCM) tehnika.
Načelo diferencijalne impulsne modulacije
Ako se redundancija smanji, tada će se ukupni bitrate smanjiti, a smanjit će se i broj bitova potrebnih za prijenos jednog uzorka. Ova vrsta tehnike digitalne pulsne modulacije naziva se diferencijalna impulsna modulacija koda. DPCM djeluje na principu predviđanja. Vrijednost sadašnjeg uzorka predviđa se iz prethodnih uzoraka. Predviđanje možda nije točno, ali je vrlo blizu stvarne vrijednosti uzorka.
Diferencijalna impulsna modulacija Odašiljač
Donja slika prikazuje DPCM odašiljač. Odašiljač se sastoji od komparator , kvantizator, filtar predviđanja i koder.
Diferencijalni modul impulsnog koda
Uzorkovani signal označen je s x (nTs), a predviđeni signal označen je s x ^ (nTs). Usporednik otkriva razliku između stvarne vrijednosti uzorka x (nTs) i predviđene vrijednosti x ^ (nTs). To se naziva signalna pogreška i označava se kao e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Ovdje se predviđena vrijednost x ^ (nTs) proizvodi pomoću filtar za predviđanje (filtar za obradu signala) . Izlazni signal kvantizatora eq (nTs) i prethodno predviđanje dodaju se i daju kao ulaz u filtar predviđanja, ovaj signal se označava s xq (nTs). To predviđanje približava stvarno uzorkovanom signalu. Kvantizirani eq signala pogreške (nTs) vrlo je mali i može se kodirati malim brojem bitova. Tako se smanjuje broj bitova po uzorku u DPCM.
Izlaz kvantizera napisao bi se kao,
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Ovdje je q (nTs) pogreška kvantizacije. Iz gornjeg blok dijagrama dobiva se ulazni filtar za predviđanje xq (nTs) zbrojem x ^ (nTs) i izlaznog eq-a kvantizera (nTs).
tj. xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
zamjenom vrijednosti eq (nTs) iz jednadžbe (2) u jednadžbi (3) dobivamo,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
Jednadžba (1) može se zapisati kao,
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
iz gornjih jednadžbi 4 i 5 dobivamo,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Stoga je kvantizirana verzija signala xq (nTs) zbroj izvorne vrijednosti uzorka i kvantizirane pogreške q (nTs). Kvantizirana pogreška može biti pozitivna ili negativna. Dakle, izlaz filtra za predviđanje ne ovisi o njegovim karakteristikama.
Diferencijalna impulsna modulacija Prijamnik
Da bi se rekonstruirao primljeni digitalni signal, sastoji se od DPCM prijamnika (prikazan na donjoj slici) dekoder i filtar za predviđanje. U izostanku buke, kodirani ulaz prijamnika bit će isti kao kodirani izlaz odašiljača.
Prijemnik diferencijalne impulsne modulacije
Kao što smo gore raspravljali, prediktor uzima vrijednost na temelju prethodnih rezultata. Ulaz dat u dekoder se obrađuje i taj izlaz se zbraja s izlazom prediktora, da bi se dobio bolji izlaz. To znači da će ovdje prije svega dekoder rekonstruirati kvantizirani oblik izvornog signala. Stoga se signal na prijemniku razlikuje od stvarnog signala pogreškom kvantizacije q (nTs), koja se trajno uvodi u rekonstruirani signal.
S. BR | Parametri | Modulacija impulsnog koda (PCM) | Diferencijalna impulsna modulacija (DPCM) |
1 | Broj bitova | Koristi 4, 8 ili 16 bita po uzorku | |
dva | Razine, veličina koraka | Fiksna veličina koraka. Ne može se mijenjati | Koristi se fiksni broj razina. |
3 | Bitni višak | Predstaviti | Može se trajno ukloniti |
4 | Pogreška i izobličenje kvantizacije | Ovisi o broju korištenih razina | Prisutni su izobličenja preopterećenja nagiba i kvantizacija, ali vrlo malo u usporedbi s PCM-om |
5 | Širina pojasa prijenosnog kanala | Potrebna je veća propusnost, jer nema broja bitova | Niža od PCM širine pojasa |
6 | Povratne informacije | Nema povratnih informacija u Tx i Rx | Povratne informacije postoje |
7 | Složenost zapisa | Kompleks | Jednostavan |
8 | Odnos signala i šuma (SNR) | Dobro | Pravedan |
Primjene DPCM-a
DPCM tehnika uglavnom je koristila kompresiju govora, slike i audio signala. DPCM proveden na signalima s korelacijom između uzastopnih uzoraka dovodi do dobrih omjera kompresije. Na slikama postoji korelacija između susjednih piksela, u video signalima korelacija je između istih piksela u uzastopnim okvirima i unutar okvira (što je isto kao korelacija unutar slike).
Ova je metoda prikladna za aplikacije u stvarnom vremenu. Da bi se razumjela učinkovitost ove metode medicinske kompresije i primjene medicinske slike u stvarnom vremenu poput telemedicine i mrežne dijagnoze. Stoga može biti učinkovit za kompresiju bez gubitaka i primjenu za kompresiju medicinske slike bez gubitaka ili gotovo bez gubitaka.
Ovdje se radi o radu diferencijalne impulsne šifre. Smatramo da su vam podaci dani u ovom članku korisni za bolje razumijevanje ovog koncepta. Nadalje, bilo kakva pitanja u vezi s ovim člankom ili bilo kakva pomoć u provedbi električni i elektronički projekti , možete nam se obratiti komentirajući u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas: Koja je uloga prediktora u DPCM tehnici?