Impulzus kód moduláció működése és alkalmazása

A differenciális impulzus kód moduláció az analóg technika digitális jelátalakításra . Ez a technika mintavételezi az analóg jelet, majd kvantálja a mintavételezett érték és az előre jelzett értéke közötti különbséget, majd kódolja a jelet, hogy digitális értéket képezzen. Mielőtt megbeszélnénk a differenciális impulzus kód modulációt, ismernünk kell a hátrányait PCM (impulzus kód moduláció) . Egy jel mintái erősen korrelálnak egymással. A jel értéke a jelen mintától a következő mintáig nem tér el nagy mértékben. A jel szomszédos mintái ugyanazt az információt hordozzák, kis különbséggel. Amikor ezeket a mintákat a standard PCM rendszer kódolja, a kapott kódolt jel tartalmaz néhány redundáns információbitet. Az alábbi ábra ezt szemlélteti.

Redundáns információs bitek a PCM-ben

A fenti ábra egy folytonos x (t) időjelet mutat szaggatott vonallal. Ezt a jelet lapos tetejű mintavétellel mintázzák Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs intervallumokban. A mintavételi frekvenciát úgy választják meg, hogy az magasabb legyen, mint a Nyquist arány. Ezeket a mintákat 3 bites (7 szintes) PCM segítségével kódoljuk. A mintákat a legközelebbi digitális szintre kvantáljuk, ahogy a fenti ábra kis körökkel mutatja. Az egyes minták kódolt bináris értékét a minták tetejére írjuk. Csak vegye figyelembe a fenti ábrát, amikor a 4Ts-nél vett mintákat az 5Ts és a 6Ts ugyanazon (110) értékre kódolja. Ezeket az információkat csak egy mintaérték hordozhatja. Három minta ugyanazt az információt hordozza, ami felesleges.

Most vegyük figyelembe a mintákat 9Ts és 10Ts értékeken, ezeknek a mintáknak a különbsége csak az utolsó bit és az első két bit miatt felesleges, mivel nem változnak. Tehát annak érdekében, hogy ez a folyamat felesleges információkká váljon, és jobb legyen a kimenet. Intelligens döntés egy előre jelzett mintavétel meghozása, figyelembe véve az előző kimenetét, és összefoglalva azokat a kvantált értékekkel. Egy ilyen folyamatot differenciális PCM (DPCM) technikának nevezünk.

A differenciális impulzus kód moduláció elve

Ha a redundancia csökken, akkor a teljes bitráta csökken, és az egy minta továbbításához szükséges bitek száma is csökken. Ezt a típusú digitális impulzus modulációs technikát differenciális impulzus kód modulációnak nevezzük. A DPCM a jóslás elvén működik. A jelen minta értékét megjósoljuk az előző minták alapján. Az előrejelzés nem biztos, hogy pontos, de nagyon közel van a tényleges mintaértékhez.

Differenciál impulzus kód moduláció Adó

Az alábbi ábrán a DPCM adó látható. Az adó áll egy összehasonlító , kvantáló, predikciós szűrő és kódoló.

Differenciál impulzus kód modulátor

A mintavételezett jelet x (nTs), a megjósolt jelet x ^ (nTs) jelöli. Az összehasonlító megtudja a tényleges mintaérték x (nTs) és az előre jelzett x ^ (nTs) érték közötti különbséget. Ezt hívjuk jelhibának, és e (nTs) -ként jelöljük.

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Itt az x ^ (nTs) előre jelzett értéket állítjuk elő a használatával prediktív szűrő (jelfeldolgozó szűrő) . Az eq (nTs) kvantáló kimeneti jelet és az előző predikciót hozzáadjuk és bemenetként adjuk meg a predikciós szűrőhöz, ezt a jelet xq (nTs) jelöli. Ezáltal az előrejelzés közelebb kerül a ténylegesen mintavételezett jelhez. A kvantált hibajel egyenérték (nTs) nagyon kicsi, és kis számú bit használatával kódolható. Így a mintánként lévő bitek száma csökken a DPCM-ben.

A kvantáló kimenete a következő lenne:

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Itt q (nTs) kvantálási hiba. A fenti blokkdiagramból az xq (nTs) predikciós szűrő bemenetet kapjuk x ^ (nTs) és a kvantáló kimenet eq (nTs) összegével.

azaz xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

az egyenlet (nTs) értékének behelyettesítésével a (3) egyenletben szereplő (2) egyenletből megkapjuk,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Az (1) egyenlet így írható:

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

a fenti 4. és 5. egyenletből kapjuk,

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

Ezért az xq jel (nTs) kvantált változata az eredeti mintaérték és a q (nTs) kvantált hiba összege. A kvantált hiba lehet pozitív vagy negatív. Tehát a predikciós szűrő kimenete nem függ a jellemzőitől.

Differenciál impulzus kód moduláció Vevő

A vett digitális jel rekonstrukciója érdekében a DPCM vevő (amely az alábbi ábrán látható) egy dekóder és előrejelzési szűrő. A zaj hiányában a kódolt vevő bemenete megegyezik a kódolt adó kimenetével.

Differenciál impulzus kód modulációs vevő

Amint fentebb tárgyaltuk, a prediktor értéket vállal a korábbi kimenetek alapján. A dekódernek adott bemenet feldolgozásra kerül, és ezt a kimenetet összegezzük a prediktor kimenetével, hogy jobb kimenetet kapjunk. Ez azt jelenti, hogy itt először is a dekóder rekonstruálja az eredeti jel kvantált alakját. Ezért a vevőnél lévő jel a tényleges jeltől a q (nTs) kvantálási hibával tér el, amely állandóan bejut a rekonstruált jelbe.

A DPCM alkalmazásai

A DPCM technika főleg beszéd-, kép- és hangjel-tömörítést alkalmazott. Az egymást követő minták közötti korrelációval rendelkező jeleken végzett DPCM jó tömörítési arányhoz vezet. A képeken korreláció van a szomszédos pixelek között, a videojelekben az összefüggés ugyanazon pixelek között egymást követő képkockákban és a belső képkockákban (ami megegyezik a képen belüli korrelációval).

Ez a módszer valós idejű alkalmazásokhoz alkalmas. Az orvosi tömörítés és az orvosi képalkotás, például a telemedicina és az online diagnózis valós idejű alkalmazásának hatékonyságának megértése. Ezért hatékony lehet veszteségmentes tömörítéshez és megvalósítás veszteség nélküli vagy közel veszteség nélküli orvosi képtömörítéshez.

Ez a differenciális impulzus-kód moduláció működéséről szól. Úgy gondoljuk, hogy az ebben a cikkben megadott információk hasznosak a koncepció jobb megértéséhez. Ezenkívül a cikkel kapcsolatos bármilyen kérdés vagy bármilyen segítség a megvalósításhoz elektromos és elektronikai projektek , akkor fordulhat hozzánk az alábbi megjegyzés szakasz kommentálásával. Itt egy kérdés az Ön számára: Mi a prediktor szerepe a DPCM technikában?