Trabalho e aplicação da modulação do código de pulso

A modulação do código de pulso diferencial é uma técnica de para conversão de sinal digital . Esta técnica obtém amostras do sinal analógico e quantifica a diferença entre o valor amostrado e seu valor previsto e, em seguida, codifica o sinal para formar um valor digital. Antes de discutir a modulação de código de pulso diferencial, temos que saber os deméritos de PCM (modulação por código de pulso) . As amostras de um sinal são altamente correlacionadas entre si. O valor do sinal da amostra presente para a próxima amostra não difere muito. As amostras adjacentes do sinal carregam a mesma informação com uma pequena diferença. Quando essas amostras são codificadas pelo sistema PCM padrão, o sinal codificado resultante contém alguns bits de informação redundantes. A figura abaixo ilustra isso.

Bits de informação redundantes no PCM

A figura acima mostra um sinal de tempo contínuo x (t) denotado por uma linha pontilhada. Este sinal é amostrado por amostragem de topo plano nos intervalos Ts, 2Ts, 3Ts ... nTs. A frequência de amostragem é selecionada para ser mais alta do que a taxa de Nyquist. Essas amostras são codificadas usando PCM de 3 bits (7 níveis). As amostras são quantizadas para o nível digital mais próximo, conforme mostrado por pequenos círculos na figura acima. O valor binário codificado de cada amostra é escrito na parte superior das amostras. Basta observar a figura acima em amostras tomadas em 4Ts, 5Ts e 6Ts são codificadas com o mesmo valor de (110). Esta informação pode ser transportada apenas por um valor de amostra. Mas três amostras estão carregando os mesmos meios de informação redundantes.

Agora vamos considerar as amostras em 9Ts e 10Ts, a diferença entre essas amostras apenas devido ao último bit e os primeiros dois bits são redundantes, uma vez que não mudam. Então, para tornar o processo essas informações redundantes e ter uma melhor saída. É uma decisão inteligente tomar um valor amostrado predito, assumido de sua saída anterior e resumi-lo com os valores quantizados. Esse processo é chamado de técnica de PCM diferencial (DPCM).

Princípio da modulação do código de pulso diferencial

Se a redundância for reduzida, a taxa de bits geral diminuirá e o número de bits necessários para transmitir uma amostra também será reduzido. Este tipo de técnica de modulação de pulso digital é chamada de modulação de código de pulso diferencial. O DPCM funciona com o princípio da previsão. O valor da amostra atual é predito a partir das amostras anteriores. A previsão pode não ser exata, mas está muito próxima do valor real da amostra.

Modulação de código de pulso diferencial Transmissor

A figura abaixo mostra o transmissor DPCM. O transmissor consiste em um comparador , quantizador, filtro de predição e um codificador.

Modulador de código de pulso diferencial

O sinal amostrado é denotado por x (nTs) e o sinal previsto é indicado por x ^ (nTs). O comparador descobre a diferença entre o valor real da amostra x (nTs) e o valor predito x ^ (nTs). Isso é chamado de erro de sinal e é denotado como e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Aqui, o valor predito x ^ (nTs) é produzido usando um filtro de predição (filtro de processamento de sinal) . O sinal de saída do quantizador eq (nTs) e a predição anterior são adicionados e fornecidos como entrada para o filtro de predição, este sinal é denotado por xq (nTs). Isso torna a previsão mais próxima do sinal realmente amostrado. O sinal de erro quantizado eq (nTs) é muito pequeno e pode ser codificado usando um pequeno número de bits. Assim, o número de bits por amostra é reduzido no DPCM.

A saída do quantizador seria escrita como,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) ... (2)

Aqui q (nTs) é o erro de quantização. A partir do diagrama de blocos acima, a entrada do filtro de predição xq (nTs) é obtida pela soma de x ^ (nTs) e a saída do quantizador eq (nTs).

ou seja, xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

substituindo o valor de eq (nTs) da equação (2) na equação (3), obtemos,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

A equação (1) pode ser escrita como,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

das equações 4 e 5 acima, obtemos,

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

Portanto, a versão quantizada do sinal xq (nTs) é a soma do valor da amostra original e o erro quantizado q (nTs). O erro quantizado pode ser positivo ou negativo. Portanto, a saída do filtro de previsão não depende de suas características.

Modulação de código de pulso diferencial Receptor

A fim de reconstruir o sinal digital recebido, o receptor DPCM (mostrado na figura abaixo) consiste em um decodificador e filtro de previsão. No absenteísmo de ruído, a entrada do receptor codificado será a mesma que a saída do transmissor codificado.

Receptor de modulação por código de pulso diferencial

Como discutimos acima, o preditor assume um valor, com base nas saídas anteriores. A entrada fornecida ao decodificador é processada e essa saída é somada à saída do preditor, para obter uma melhor saída. Isso significa que aqui, em primeiro lugar, o decodificador reconstruirá a forma quantizada do sinal original. Portanto, o sinal no receptor difere do sinal real pelo erro de quantização q (nTs), que é introduzido permanentemente no sinal reconstruído.

Aplicações do DPCM

A técnica DPCM usava principalmente compressão de voz, imagem e sinal de áudio. O DPCM conduzido em sinais com a correlação entre amostras sucessivas leva a boas taxas de compressão. Nas imagens, existe uma correlação entre os pixels vizinhos, nos sinais de vídeo, a correlação é entre os mesmos pixels em frames consecutivos e dentro dos frames (que é a mesma correlação dentro da imagem).

Este método é adequado para aplicativos em tempo real. Para entender a eficiência deste método de compressão médica e aplicação em tempo real de imagens médicas, como telemedicina e diagnóstico online. Portanto, pode ser eficiente para compactação sem perdas e implementação para compactação de imagens médicas sem perdas ou quase sem perdas.

Isso é tudo sobre o funcionamento da Modulação por Código de Pulso Diferencial. Consideramos que as informações prestadas neste artigo são úteis para uma melhor compreensão deste conceito. Além disso, qualquer dúvida sobre este artigo ou qualquer ajuda na implementação projetos elétricos e eletrônicos , você pode nos abordar comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você: Qual é o papel do preditor na técnica DPCM?