La modulazione differenziale del codice a impulsi è una tecnica analogica alla conversione del segnale digitale . Questa tecnica campiona il segnale analogico e quindi quantizza la differenza tra il valore campionato e il suo valore previsto, quindi codifica il segnale per formare un valore digitale. Prima di parlare della modulazione differenziale del codice a impulsi, dobbiamo conoscere i demeriti di PCM (Pulse Code Modulation) . I campioni di un segnale sono altamente correlati tra loro. Il valore del segnale dal campione presente al campione successivo non differisce di molto. I campioni adiacenti del segnale trasportano le stesse informazioni con una piccola differenza. Quando questi campioni vengono codificati dal sistema PCM standard, il segnale codificato risultante contiene alcuni bit di informazioni ridondanti. La figura seguente lo illustra.
Bit di informazioni ridondanti in PCM
La figura sopra mostra un segnale orario continuo x (t) indicato da una linea tratteggiata. Questo segnale viene campionato tramite campionamento flat-top a intervalli Ts, 2Ts, 3Ts… nTs. La frequenza di campionamento viene selezionata per essere superiore alla frequenza di Nyquist. Questi campioni sono codificati utilizzando PCM a 3 bit (7 livelli). I campioni vengono quantizzati al livello digitale più vicino come mostrato da piccoli cerchi nella figura sopra. Il valore binario codificato di ogni campione viene scritto sopra i campioni. Basta osservare la figura sopra ai campioni prelevati a 4T, 5T e 6T sono codificati allo stesso valore di (110). Questa informazione può essere trasportata solo da un valore campione. Ma tre campioni stanno portando le stesse informazioni significa ridondanti.
Consideriamo ora i campioni a 9T e 10T, la differenza tra questi campioni dovuta solo all'ultimo bit e ai primi due bit sono ridondanti poiché non cambiano. Quindi, al fine di rendere il processo queste informazioni ridondanti e avere un output migliore. È una decisione intelligente prendere un valore campionato previsto, assunto dal suo output precedente e riassumerlo con i valori quantizzati. Tale processo è chiamato tecnica PCM differenziale (DPCM).
Principio della modulazione differenziale del codice a impulsi
Se la ridondanza viene ridotta, il bitrate complessivo diminuirà e anche il numero di bit necessari per trasmettere un campione si ridurrà. Questo tipo di tecnica di modulazione digitale a impulsi è chiamata modulazione differenziale del codice a impulsi. Il DPCM funziona sul principio della previsione. Il valore del presente campione è previsto dai campioni precedenti. La previsione potrebbe non essere esatta, ma è molto vicina al valore effettivo del campione.
Modulazione del codice a impulsi differenziali Trasmettitore
La figura seguente mostra il trasmettitore DPCM. Il trasmettitore è composto da un comparatore , quantizzatore, filtro di previsione e un codificatore.
Modulatore di codice a impulsi differenziali
Il segnale campionato è indicato da x (nTs) e il segnale previsto è indicato da x ^ (nTs). Il comparatore rileva la differenza tra il valore campione effettivo x (nTs) e il valore previsto x ^ (nTs). Questo è chiamato errore di segnale ed è indicato come e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Qui il valore previsto x ^ (nTs) viene prodotto utilizzando un filtro di previsione (filtro di elaborazione del segnale) . Il segnale di uscita del quantizzatore eq (nTs) e la previsione precedente vengono aggiunti e forniti come input al filtro di predizione, questo segnale è indicato da xq (nTs). Ciò rende la previsione più vicina al segnale effettivamente campionato. Il segnale di errore quantizzato eq (nTs) è molto piccolo e può essere codificato utilizzando un piccolo numero di bit. Pertanto, il numero di bit per campione viene ridotto in DPCM.
L'output del quantizzatore verrebbe scritto come,
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Qui q (nTs) è un errore di quantizzazione. Dallo schema a blocchi sopra, l'ingresso del filtro di predizione xq (nTs) è ottenuto dalla somma di x ^ (nTs) e dell'uscita del quantizzatore eq (nTs).
cioè xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
sostituendo il valore di eq (nTs) dall'equazione (2) nell'equazione (3) otteniamo,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
L'equazione (1) può essere scritta come,
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
dalle precedenti equazioni 4 e 5 otteniamo,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Pertanto, la versione quantizzata del segnale xq (nTs) è la somma del valore campione originale e dell'errore quantizzato q (nTs). L'errore quantizzato può essere positivo o negativo. Quindi l'output del filtro di previsione non dipende dalle sue caratteristiche.
Modulazione del codice a impulsi differenziali Ricevitore
Per ricostruire il segnale digitale ricevuto, il ricevitore DPCM (mostrato nella figura sotto) è costituito da un decodificatore e filtro di previsione. In assenza di rumore, l'ingresso del ricevitore codificato sarà lo stesso dell'uscita del trasmettitore codificato.
Ricevitore di modulazione del codice a impulsi differenziali
Come abbiamo discusso in precedenza, il predittore assume un valore, in base agli output precedenti. L'input fornito al decoder viene elaborato e tale output viene sommato all'output del predittore, per ottenere un output migliore. Ciò significa che qui prima di tutto il decodificatore ricostruirà la forma quantizzata del segnale originale. Pertanto il segnale al ricevitore differisce dal segnale effettivo per l'errore di quantizzazione q (nTs), che viene introdotto permanentemente nel segnale ricostruito.
| S. NO | Parametri | Modulazione del codice a impulsi (PCM) | Modulazione differenziale del codice a impulsi (DPCM) |
| 1 | Numero di bit | Utilizza 4, 8 o 16 bit per campione | |
| Due | Livelli, dimensione del passo | Dimensione del gradino fissa. Non può variare | Viene utilizzato un numero fisso di livelli. |
| 3 | Ridondanza di bit | Presente | Può rimuovere definitivamente |
| 4 | Errore di quantizzazione e distorsione | Dipende dal numero di livelli utilizzati | La distorsione da sovraccarico della pendenza e il rumore di quantizzazione sono presenti ma molto meno rispetto al PCM |
| 5 | La larghezza di banda del canale di trasmissione | È stata richiesta una larghezza di banda maggiore poiché il numero di bit è assente | Larghezza di banda inferiore a PCM |
| 6 | Risposta | Nessun feedback in Tx e Rx | Il feedback esiste |
| 7 | Complessità della notazione | Complesso | Semplice |
| 8 | Rapporto segnale / rumore (SNR) | Buono | Giusto |
Applicazioni di DPCM
La tecnica DPCM utilizzava principalmente la compressione del segnale vocale, dell'immagine e del segnale audio. Il DPCM condotto su segnali con la correlazione tra campioni successivi porta a buoni rapporti di compressione. Nelle immagini, c'è una correlazione tra i pixel vicini, nei segnali video, la correlazione è tra gli stessi pixel in frame consecutivi e all'interno di frame (che è la stessa correlazione all'interno dell'immagine).
Questo metodo è adatto per applicazioni in tempo reale. Comprendere l'efficienza di questo metodo di compressione medica e l'applicazione in tempo reale di immagini mediche come la telemedicina e la diagnosi online. Pertanto, può essere efficiente per la compressione senza perdita e l'implementazione per la compressione di immagini mediche senza perdita o quasi senza perdita.
Questo è tutto sul funzionamento della modulazione differenziale del codice a impulsi. Riteniamo che le informazioni fornite in questo articolo siano utili per una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo articolo o qualsiasi aiuto nell'implementazione progetti elettrici ed elettronici , puoi avvicinarti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te: qual è il ruolo del predittore nella tecnica DPCM?
