La modulació de codi de pols diferencial és una tècnica analògica a conversió de senyal digital . Aquesta tècnica mostra el senyal analògic i, a continuació, quantifica la diferència entre el valor mostrat i el seu valor predit, i després codifica el senyal per formar un valor digital. Abans d’analitzar la modulació del codi d’impuls diferencial, hem de conèixer els desavantatges de PCM (modulació del codi de pols) . Les mostres d’un senyal estan altament correlacionades entre si. El valor del senyal de la mostra actual a la següent mostra no difereix en gran quantitat. Les mostres adjacents del senyal porten la mateixa informació amb una petita diferència. Quan aquestes mostres estan codificades pel sistema PCM estàndard, el senyal codificat resultant conté alguns bits d'informació redundants. La figura següent il·lustra això.
Bits d'informació redundants a PCM
La figura anterior mostra un senyal de temps continuat x (t) denotat per una línia de punts. Aquest senyal es mostra per mostreig pla a intervals Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. La freqüència de mostreig es selecciona per ser superior a la taxa de Nyquist. Aquestes mostres es codifiquen mitjançant PCM de 3 bits (7 nivells). Les mostres es quantifiquen fins al nivell digital més proper, tal com mostren els petits cercles de la figura anterior. El valor binari codificat de cada mostra s’escriu a la part superior de les mostres. Només cal observar la figura anterior quan les mostres preses a 4Ts, 5Ts i 6Ts es codifiquen amb el mateix valor de (110). Aquesta informació només es pot transmetre per un valor de mostra. Però tres mostres porten la mateixa informació que significa redundant.
Ara considerem les mostres a 9Ts i 10Ts, la diferència entre aquestes mostres només a causa de l'últim bit i els dos primers bits són redundants ja que no canvien. Així, per tal de fer el procés aquesta informació redundant i obtenir una millor producció. És una decisió intel·ligent prendre un valor mostrat previst, assumit a partir de la seva producció anterior i resumir-los amb els valors quantificats. Aquest procés s’anomena tècnica PCM diferencial (DPCM).
Principi de modulació del codi de pols diferencial
Si es redueix la redundància, la taxa de bits global disminuirà i també es reduirà el nombre de bits necessaris per transmetre una mostra. Aquest tipus de tècnica de modulació digital d’impulsos s’anomena modulació diferencial del codi d’impulsos. El DPCM funciona sobre el principi de predicció. El valor de la mostra actual es prediu a partir de les mostres anteriors. La predicció pot no ser exacta, però és molt propera al valor de mostra real.
Modulació del codi de pols diferencial Emissor
La figura següent mostra el transmissor DPCM. El transmissor està format per un comparador , quantitzador, filtre de predicció i un codificador.
Modulador de codi de pols diferencial
El senyal mostrat es denota amb x (nTs) i el senyal predit s’indica amb x ^ (nTs). El comparador esbrina la diferència entre el valor de mostra real x (nTs) i el valor predit x ^ (nTs). Això s'anomena error de senyal i es denota com e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Aquí es produeix el valor predit x ^ (nTs) mitjançant l'ús de un filtre de predicció (filtre de processament de senyal) . El senyal de sortida quantitzador eq (nTs) i la predicció anterior s’afegeixen i es donen com a entrada al filtre de predicció, aquest senyal es denota per xq (nTs). Això fa que la predicció s’acosti al senyal realment mostrat. El senyal d'error quantificat eq (nTs) és molt petit i es pot codificar utilitzant un nombre reduït de bits. Així, el nombre de bits per mostra es redueix en DPCM.
La sortida del quantitzador s’escriuria com:
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Aquí q (nTs) és un error de quantització. A partir del diagrama de blocs anterior, l'entrada del filtre de predicció xq (nTs) s'obté per la suma de x ^ (nTs) i la sortida del quantificador eq (nTs).
És a dir, xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
substituint el valor de eq (nTs) per l’equació (2) a l’equació (3) obtenim,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
L'equació (1) es pot escriure com:
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
a partir de les equacions 4 i 5 anteriors obtenim,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Per tant, la versió quantitzada del senyal xq (nTs) és la suma del valor original de la mostra i l’error quantitzat q (nTs). L'error quantificat pot ser positiu o negatiu. Per tant, la sortida del filtre de predicció no depèn de les seves característiques.
Modulació del codi de pols diferencial Receptor
Per reconstruir el senyal digital rebut, el receptor DPCM (que es mostra a la figura següent) està format per un descodificador i filtre de predicció. En absència de soroll, l'entrada del receptor codificat serà la mateixa que la sortida del transmissor codificat.
Receptor de modulació de codi de pols diferencial
Com hem comentat anteriorment, el predictor assumeix un valor basat en els resultats anteriors. L'entrada donada al descodificador es processa i aquesta sortida es resumeix amb la sortida del predictor, per obtenir una millor sortida. Això significa que aquí primer de tot el descodificador reconstruirà la forma quantificada del senyal original. Per tant, el senyal del receptor difereix del senyal real per l'error de quantització q (nTs), que s'introdueix permanentment en el senyal reconstruït.
| S. NO | Paràmetres | Modulació del codi de pols (PCM) | Modulació del codi de pols diferencial (DPCM) |
| 1 | Nombre de bits | Utilitza 4, 8 o 16 bits per mostra | |
| 2 | Nivells, mida del pas | S'ha corregit la mida del pas. No es pot variar | S'utilitza un nombre fix de nivells. |
| 3 | Redundància de bits | Present | Es pot eliminar permanentment |
| 4 | Error de quantització i distorsió | Depèn del nombre de nivells utilitzats | Hi ha distorsió de sobrecàrrega de pendent i soroll de quantificació, però molt menys en comparació amb PCM |
| 5 | Amplada de banda del canal de transmissió | S’ha requerit una amplada de banda superior ja que el nombre de bits està absent | Amplada de banda inferior a la PCM |
| 6 | Comentaris | No hi ha comentaris a Tx i Rx | Els comentaris existeixen |
| 7 | Complexitat de la notació | Complex | simple |
| 8 | Relació senyal-soroll (SNR) | Bé | Fira |
Aplicacions de DPCM
La tècnica DPCM utilitzava principalment la compressió de senyal de veu, imatge i àudio. El DPCM realitzat en senyals amb la correlació entre mostres successives condueix a bones relacions de compressió. En les imatges, hi ha una correlació entre els píxels veïns, en els senyals de vídeo, la correlació és entre els mateixos píxels en fotogrames consecutius i en fotogrames interiors (que és el mateix que la correlació dins de la imatge).
Aquest mètode és adequat per a aplicacions en temps real. Per entendre l’eficiència d’aquest mètode de compressió mèdica i l’aplicació en temps real d’imatges mèdiques com la telemedicina i el diagnòstic en línia. Per tant, pot ser eficient per a la compressió sense pèrdues i la implementació per a la compressió d'imatges mèdiques sense pèrdues o gairebé sense pèrdues.
Es tracta de treballar la modulació del codi de pols diferencial. Considerem que la informació que es proporciona en aquest article és útil per comprendre millor aquest concepte. A més, qualsevol consulta sobre aquest article o qualsevol ajuda en la implementació projectes elèctrics i electrònics , podeu acostar-vos-hi comentant a la secció de comentaris següent. Aquí teniu una pregunta: Quin és el paper del predictor en la tècnica DPCM?
