Differentiell pulskodmodulering är en analog teknik till digital signalomvandling . Denna teknik samplar den analoga signalen och kvantifierar sedan skillnaden mellan det samplade värdet och dess förutsagda värde och kodar sedan signalen för att bilda ett digitalt värde. Innan vi diskuterar differentiell pulskodsmodulering måste vi känna till nackdelarna med PCM (Pulse Code Modulation) . Samplens sampel är starkt korrelerade med varandra. Signalens värde från nuvarande sampel till nästa sampel skiljer sig inte så mycket. De intilliggande samplen av signalen bär samma information med en liten skillnad. När dessa sampel kodas av standard PCM-systemet innehåller den resulterande kodade signalen några överflödiga informationsbitar. Nedanstående figur illustrerar detta.
Redundanta informationsbitar i PCM
Ovanstående figur visar en kontinuerlig tidssignal x (t) betecknad med en prickad linje. Denna signal samplas med platta samplingar med intervaller Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. Samplingsfrekvensen är vald att vara högre än Nyquist-frekvensen. Dessa prover kodas med hjälp av 3-bitars (7 nivåer) PCM. Proverna kvantiseras till närmaste digitala nivå som visas av små cirklar i figuren ovan. Det kodade binära värdet för varje prov skrivs överst på exemplen. Observera ovanstående bild vid prover som tagits vid 4T, 5T och 6T är kodade till samma värde (110). Denna information kan endast bäras med ett provvärde. Men tre prover bär samma informationsmedel överflödiga.
Låt oss nu överväga samplen vid 9T och 10T, skillnaden mellan dessa sampel bara på grund av den sista biten och de första två bitarna är överflödiga eftersom de inte ändras. Så för att göra processen till denna överflödiga information och få bättre resultat. Det är ett intelligent beslut att ta ett förutsagt samplat värde, antaget från dess tidigare output och summera dem med de kvantiserade värdena. En sådan process kallas DPCM-teknik (Differential PCM).
Principen för differentiell pulskodsmodulering
Om redundansen minskas kommer den totala bithastigheten att minska och antalet bitar som krävs för att sända ett sampel minskar också. Denna typ av digital pulsmodulationsteknik kallas differentiell puls-kodmodulering. DPCM arbetar på principen om förutsägelse. Värdet av det aktuella provet förutses från de tidigare proverna. Förutsägelsen kanske inte är exakt, men den ligger mycket nära det faktiska samplingsvärdet.
Differentiell pulskodsmodulering Sändare
Nedanstående figur visar DPCM-sändaren. Sändaren består av en komparator , kvantiserare, prediktionsfilter och en kodare.
Differential Pulse Code Modulator
Den samplade signalen betecknas med x (nTs) och den förutsagda signalen indikeras av x ^ (nTs). Jämföraren hittar skillnaden mellan det faktiska samplingsvärdet x (nTs) och det förutspådda värdet x ^ (nTs). Detta kallas signalfel och det betecknas som e (nTs)
e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)
Här produceras det förutspådda värdet x ^ (nTs) med hjälp av ett prediktionsfilter (signalbehandlingsfilter) . Kvantiseringsutsignalen eq (nTs) och den tidigare förutsägelsen adderas och ges som ingång till prediktionsfiltret, denna signal betecknas med xq (nTs). Detta gör förutsägelsen närmare den faktiskt samplade signalen. Den kvantiserade felsignalen eq (nTs) är mycket liten och kan kodas med hjälp av ett litet antal bitar. Således reduceras antalet bitar per sampel i DPCM.
Kvantiseringsutgången skulle skrivas som,
eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)
Här är q (nTs) kvantiseringsfel. Från ovanstående blockschema erhålls prediktionsfilteringången xq (nTs) med summan av x ^ (nTs) och kvantiseringsutgångsekvensen (nTs).
dvs xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)
genom att ersätta värdet på eq (nTs) från ekvationen (2) i ekvation (3) får vi,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)
Ekvation (1) kan skrivas som,
e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)
från ovanstående ekvationer 4 och 5 får vi,
xq (nTs) = x (nTs) + x (nTs)
Därför är den kvantiserade versionen av signalen xq (nTs) summan av det ursprungliga samplingsvärdet och det kvantiserade felet q (nTs). Det kvantiserade felet kan vara positivt eller negativt. Så beräkningsfiltrets utgång beror inte på dess egenskaper.
Differentiell pulskodsmodulering Mottagare
För att rekonstruera den mottagna digitala signalen består DPCM-mottagaren (visas i figuren nedan) av en avkodare och prediktionsfilter. I frånvaro av brus kommer den kodade mottagaringången att vara densamma som den kodade sändarutgången.
Mottagare för modulering av differentiell pulskod
Som vi diskuterade ovan utför prediktorn ett värde baserat på tidigare resultat. Ingången som ges till avkodaren bearbetas och den utgången summeras med utsignalen från prediktorn för att erhålla bättre utdata. Det betyder att här först och främst kommer avkodaren att rekonstruera den kvantiserade formen av originalsignalen. Därför skiljer sig signalen vid mottagaren från den faktiska signalen genom kvantiseringsfel q (nTs), som införs permanent i den rekonstruerade signalen.
| S. NEJ | Parametrar | Pulskodsmodulering (PCM) | Differential Pulse Code Modulation (DPCM) |
| 1 | Antal bitar | Den använder 4, 8 eller 16 bitar per prov | |
| två | Nivåer, stegstorlek | Fast stegstorlek. Kan inte variera | Ett fast antal nivåer används. |
| 3 | Lite redundans | Närvarande | Kan tas bort permanent |
| 4 | Kvantiseringsfel och distorsion | Beror på antalet använda nivåer | Lutningsöverbelastningsförvrängning och kvantiseringsbrus förekommer men mycket mindre jämfört med PCM |
| 5 | Sändningskanalens bandbredd | Högre bandbredd har krävts eftersom antalet bitar saknas | Lägre än PCM-bandbredd |
| 6 | Respons | Ingen feedback i Tx och Rx | Feedback finns |
| 7 | Notationens komplexitet | Komplex | Enkel |
| 8 | Signal / brusförhållande (SNR) | Bra | Rättvist |
Tillämpningar av DPCM
DPCM-tekniken använde huvudsakligen komprimering av tal, bild och ljudsignal. DPCM som utförs på signaler med korrelationen mellan på varandra följande sampel leder till goda kompressionsförhållanden. I bilder finns det en korrelation mellan angränsande pixlar, i videosignaler är korrelationen mellan samma pixlar i på varandra följande bildrutor och inuti bildrutor (vilket är detsamma som korrelation inuti bilden).
Denna metod är lämplig för realtidsapplikationer. För att förstå effektiviteten i denna metod för medicinsk komprimering och realtidsanvändning av medicinsk bildbehandling, såsom telemedicin och onlinediagnos. Därför kan det vara effektivt för förlustfri komprimering och implementering för förlustfri eller nästan förlustfri medicinsk bildkomprimering.
Det här handlar om att Differential Pulse Code Modulation fungerar. Vi anser att informationen i den här artikeln är till hjälp för dig att bättre förstå detta koncept. Dessutom är alla frågor angående denna artikel eller någon hjälp med att implementera el- och elektronikprojekt kan du kontakta oss genom att kommentera i kommentarfältet nedan. Här är en fråga till dig. Vilken roll har prediktorn i DPCM-tekniken?
