Impulsa koda modulācijas darbība un pielietošana

Diferenciālā impulsa koda modulācija ir analogā tehnika uz digitālā signāla pārveidošanu . Šis paņēmiens ņem analogā signāla paraugus un pēc tam kvantificē atšķirību starp izlases vērtību un tās paredzamo vērtību, pēc tam kodē signālu, lai izveidotu digitālo vērtību. Pirms došanās apspriest diferenciālā impulsa koda modulāciju, mums jāzina PCM (impulsa koda modulācija) . Signāla paraugi ir savstarpēji cieši saistīti. Signāla vērtība no pašreizējā parauga uz nākamo paraugu neatšķiras pēc lielas summas. Blakus esošajiem signāla paraugiem ir tāda pati informācija ar nelielu atšķirību. Kad šos paraugus kodē standarta PCM sistēma, iegūtais kodētais signāls satur dažus liekus informācijas bitus. Zemāk redzamais attēls to ilustrē.

Liekie informācijas biti PCM

Iepriekš redzamajā attēlā parādīts nepārtraukta laika signāls x (t), ko apzīmē ar punktētu līniju. Šis signāls tiek ņemts, izmantojot plakanas virsmas paraugus ar intervāliem Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Paraugu ņemšanas biežums ir izvēlēts lielāks par Nyquist ātrumu. Šie paraugi tiek kodēti, izmantojot 3 bitu (7 līmeņu) PCM. Paraugi tiek kvantēti līdz tuvākajam digitālajam līmenim, kā parādīts ar maziem apļiem iepriekšējā attēlā. Katra parauga kodētā binārā vērtība tiek ierakstīta paraugu augšpusē. Vienkārši ievērojiet iepriekš minēto skaitli, kad paraugi, kas ņemti pie 4Ts, 5Ts un 6Ts tiek kodēti ar tādu pašu vērtību (110). Šo informāciju var pārvadāt tikai ar vienu parauga vērtību. Bet trīs paraugi satur to pašu informāciju, kas nozīmē lieku.

Tagad ļaujiet apsvērt paraugus 9Ts un 10Ts, atšķirība starp šiem paraugiem tikai pēdējā bita un pirmo divu bitu dēļ ir lieka, jo tie nemainās. Tātad, lai padarītu procesu šo lieko informāciju un lai iegūtu labāku rezultātu. Ir saprātīgs lēmums pieņemt prognozēto izlases vērtību, kas pieņemta no tās iepriekšējās izejas, un apkopot tās ar kvantizētām vērtībām. Šādu procesu sauc par diferenciālās PCM (DPCM) tehniku.

Diferenciālā impulsa koda modulācijas princips

Ja atlaišana tiek samazināta, tad kopējais bitu pārraides ātrums samazināsies un samazināsies arī nepieciešamo bitu skaits viena parauga pārsūtīšanai. Šāda veida digitālo impulsu modulācijas tehniku ​​sauc par diferenciālā impulsa koda modulāciju. DPCM darbojas pēc prognozēšanas principa. Pašreizējā parauga vērtība tiek prognozēta no iepriekšējiem paraugiem. Prognoze, iespējams, nav precīza, taču tā ir ļoti tuvu faktiskajai izlases vērtībai.

Diferenciālā impulsa koda modulācija Raidītājs

Zemāk redzamajā attēlā parādīts DPCM raidītājs. Raidītājs sastāv no salīdzinātājs , kvantatoru, prognozēšanas filtru un kodētāju.

Diferenciālā impulsa koda modulators

Atlasīto signālu apzīmē ar x (nTs), un paredzamo signālu norāda ar x ^ (nTs). Salīdzinātājs uzzina atšķirību starp faktisko izlases vērtību x (nTs) un paredzēto vērtību x ^ (nTs). To sauc par signāla kļūdu, un to apzīmē kā e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Šeit paredzētā vērtība x ^ (nTs) tiek iegūta, izmantojot prognozēšanas filtrs (signāla apstrādes filtrs) . Kvantatora izejas signāls eq (nTs) un iepriekšējā prognoze tiek pievienota un dota kā ievads prognozēšanas filtrā, šo signālu apzīmē ar xq (nTs). Tas padara prognozi tuvāku faktiski atlasītajam signālam. Kvantētais kļūdas signāls ekv (nTs) ir ļoti mazs, un to var kodēt, izmantojot nelielu skaitu bitu. Tādējādi DPCM tiek samazināts bitu skaits vienā paraugā.

Kvantatora izeja tiks ierakstīta kā

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Šeit q (nTs) ir kvantēšanas kļūda. No iepriekš minētās blokshēmas prognozes filtra ieeju xq (nTs) iegūst, summējot x ^ (nTs) un kvantatora izejas eq (nTs).

t.i., xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

aizstājot eq (nTs) vērtību no vienādojuma (2) vienādojumā (3),
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Vienādojumu (1) var rakstīt kā

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs)…. (5)

no iepriekšminētajiem 4. un 5. vienādojuma mēs iegūstam

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

Tāpēc signāla xq (nTs) kvantētā versija ir sākotnējās izlases vērtības un kvantētās kļūdas q (nTs) summa. Kvantitatīvā kļūda var būt pozitīva vai negatīva. Tātad prognozes filtra izeja nav atkarīga no tā īpašībām.

Diferenciālā impulsa koda modulācija Uztvērējs

Lai rekonstruētu saņemto digitālo signālu, DPCM uztvērējs (parādīts zemāk redzamajā attēlā) sastāv no dekoders un prognožu filtrs. Trokšņa neesamības gadījumā kodētā uztvērēja ieeja būs tāda pati kā kodētā raidītāja izeja.

Diferenciālā impulsa koda modulācijas uztvērējs

Kā mēs apspriedām iepriekš, prognozētājs uzņemas vērtību, pamatojoties uz iepriekšējiem rezultātiem. Dekoderam ievadītā ieeja tiek apstrādāta un šī izeja tiek summēta ar prognozētāja izeju, lai iegūtu labāku izvadi. Tas nozīmē, ka vispirms dekoders rekonstruēs sākotnējā signāla kvantēto formu. Tāpēc signāls uztvērējā atšķiras no faktiskā signāla ar kvantēšanas kļūdu q (nTs), kas pastāvīgi tiek ievadīta rekonstruētajā signālā.

DPCM lietojumi

DPCM tehnikā galvenokārt tika izmantota runas, attēlu un audio signālu saspiešana. DPCM, kas tiek veikts signāliem ar korelāciju starp secīgiem paraugiem, nodrošina labu saspiešanas koeficientu. Attēlos pastāv korelācija starp blakus esošajiem pikseļiem, video signālos korelācija ir starp tiem pašiem pikseļiem secīgos kadros un iekšējos kadros (kas ir tāda pati kā korelācija attēla iekšienē).

Šī metode ir piemērota reāllaika lietojumprogrammām. Lai saprastu šīs medicīniskās saspiešanas metodes efektivitāti un medicīniskās attēlveidošanas, piemēram, telemedicīnas un tiešsaistes diagnostikas, izmantošanu reāllaikā. Tāpēc tas var būt efektīvs bezzudumu saspiešanai un bezzudumu vai gandrīz bezzudumu medicīnisko attēlu saspiešanai.

Tas viss ir par diferenciālā impulsa koda modulācijas darbību. Mēs uzskatām, ka šajā rakstā sniegtā informācija ir noderīga, lai jūs labāk izprastu šo jēdzienu. Turklāt visi jautājumi par šo rakstu vai palīdzība ieviešanā elektrotehnikas un elektronikas projekti , varat vērsties pie mums, komentējot komentāru sadaļā zemāk. Šeit ir jautājums jums: kāda ir prognozētāja loma DPCM tehnikā?