Trabajo y aplicación de modulación de código de pulso

Trabajo y aplicación de modulación de código de pulso

La modulación de código de pulso diferencial es una técnica de a conversión de señal digital . Esta técnica muestrea la señal analógica y luego cuantifica la diferencia entre el valor muestreado y su valor predicho, luego codifica la señal para formar un valor digital. Antes de discutir la modulación diferencial de código de pulso, tenemos que conocer las desventajas de PCM (modulación de código de pulso) . Las muestras de una señal están altamente correlacionadas entre sí. El valor de la señal de la muestra actual a la siguiente muestra no difiere en gran medida. Las muestras adyacentes de la señal llevan la misma información con una pequeña diferencia. Cuando estas muestras están codificadas por el sistema PCM estándar, la señal codificada resultante contiene algunos bits de información redundantes. La siguiente figura ilustra esto.

Bits de información redundantes en PCM

Bits de información redundantes en PCM

La figura anterior muestra una señal de tiempo continua x (t) indicada por una línea de puntos. Esta señal se muestrea mediante muestreo de superficie plana a intervalos Ts, 2Ts, 3Ts… nTs. La frecuencia de muestreo se selecciona para que sea más alta que la frecuencia de Nyquist. Estas muestras se codifican mediante PCM de 3 bits (7 niveles). Las muestras se cuantifican al nivel digital más cercano como se muestra mediante pequeños círculos en la figura anterior. El valor binario codificado de cada muestra se escribe en la parte superior de las muestras. Simplemente observe la figura anterior en las muestras tomadas a 4T, 5T y 6T que están codificadas con el mismo valor de (110). Esta información solo puede ser transportada por un valor de muestra. Pero tres muestras llevan los mismos medios de información redundantes.




Ahora consideremos las muestras en 9T y 10T, la diferencia entre estas muestras solo debido al último bit y los dos primeros bits son redundantes ya que no cambian. Entonces, para que el proceso tenga esta información redundante y tenga un mejor resultado. Es una decisión inteligente tomar un valor muestreado pronosticado, asumido de su salida anterior y resumirlos con los valores cuantificados. Este proceso se denomina técnica PCM diferencial (DPCM).

Principio de modulación diferencial de impulsos codificados

Si se reduce la redundancia, la tasa de bits general disminuirá y el número de bits necesarios para transmitir una muestra también se reducirá. Este tipo de técnica de modulación de pulso digital se denomina modulación de código de pulso diferencial. El DPCM funciona según el principio de predicción. El valor de la muestra actual se predice a partir de las muestras anteriores. Es posible que la predicción no sea exacta, pero se acerca mucho al valor real de la muestra.

Modulación de código de pulso diferencial Transmisor

La siguiente figura muestra el transmisor DPCM. El transmisor consta de un comparador , cuantificador, filtro de predicción y un codificador.

Modulador de código de pulso diferencial

Modulador de código de pulso diferencial

La señal muestreada se indica mediante x (nTs) y la señal predicha se indica mediante x ^ (nTs). El comparador encuentra la diferencia entre el valor de muestra real x (nTs) y el valor predicho x ^ (nTs). Esto se llama error de señal y se denota como e (nTs)


e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Aquí el valor predicho x ^ (nTs) se produce usando un filtro de predicción (filtro de procesamiento de señales) . La señal de salida del cuantificador eq (nTs) y la predicción anterior se suma y se da como entrada al filtro de predicción, esta señal se denota por xq (nTs). Esto hace que la predicción se acerque más a la señal realmente muestreada. La señal de error cuantificada eq (nTs) es muy pequeña y se puede codificar utilizando una pequeña cantidad de bits. Por tanto, el número de bits por muestra se reduce en DPCM.

La salida del cuantificador se escribiría como,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Aquí q (nTs) es un error de cuantificación. A partir del diagrama de bloques anterior, la entrada del filtro de predicción xq (nTs) se obtiene mediante la suma de x ^ (nTs) y la salida del cuantificador eq (nTs).

es decir, xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

sustituyendo el valor de eq (nTs) de la ecuación (2) en la ecuación (3) obtenemos,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

La ecuación (1) se puede escribir como,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

de las ecuaciones 4 y 5 anteriores obtenemos,

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

Por lo tanto, la versión cuantificada de la señal xq (nTs) es la suma del valor de muestra original y el error cuantificado q (nTs). El error cuantificado puede ser positivo o negativo. Entonces, la salida del filtro de predicción no depende de sus características.

Modulación de código de pulso diferencial Receptor

Para reconstruir la señal digital recibida, el receptor DPCM (mostrado en la siguiente figura) consta de un decodificador y filtro de predicción. En caso de ausencia de ruido, la entrada codificada del receptor será la misma que la salida codificada del transmisor.

Receptor de modulación de código de pulso diferencial

Receptor de modulación de código de pulso diferencial

Como comentamos anteriormente, el predictor toma un valor, basado en los resultados anteriores. La entrada dada al decodificador se procesa y esa salida se suma con la salida del predictor, para obtener una mejor salida. Eso significa que aquí, en primer lugar, el decodificador reconstruirá la forma cuantificada de la señal original. Por tanto, la señal en el receptor se diferencia de la señal real por el error de cuantificación q (nTs), que se introduce de forma permanente en la señal reconstruida.

S. NO Parámetros Modulación de código de pulso (PCM) Modulación de código de pulso diferencial (DPCM)
1 Número de bitsUtiliza 4, 8 o 16 bits por muestra
2 Niveles, tamaño de pasoTamaño de paso fijo. No puede variarSe utiliza un número fijo de niveles.
3 Redundancia de bitsRegaloPuede eliminar permanentemente
4 Error de cuantificación y distorsiónDepende del número de niveles utilizadosLa distorsión por sobrecarga de pendiente y el ruido de cuantificación están presentes, pero son muy inferiores en comparación con PCM
5 El ancho de banda del canal de transmisión.Se ha requerido un mayor ancho de banda ya que no hay un número de bitsMenor que el ancho de banda de PCM
6 RealimentaciónSin comentarios en Tx y RxExiste retroalimentación
7 Complejidad de la notaciónComplejoSimple
8 Relación señal / ruido (SNR)BienJusta

Aplicaciones de DPCM

La técnica DPCM utiliza principalmente compresión de señales de voz, imagen y audio. El DPCM realizado en señales con la correlación entre muestras sucesivas conduce a buenas relaciones de compresión. En las imágenes, existe una correlación entre los píxeles vecinos, en las señales de video, la correlación es entre los mismos píxeles en cuadros consecutivos y dentro de los cuadros (que es lo mismo que la correlación dentro de la imagen).

Este método es adecuado para aplicaciones en tiempo real. Comprender la eficiencia de este método de compresión médica y la aplicación en tiempo real de imágenes médicas como la telemedicina y el diagnóstico en línea. Por lo tanto, puede ser eficaz para la compresión sin pérdidas y la implementación para la compresión de imágenes médicas sin pérdidas o casi sin pérdidas.

Se trata de trabajar con modulación de código de pulso diferencial. Consideramos que la información proporcionada en este artículo es útil para comprender mejor este concepto. Además, cualquier consulta relacionada con este artículo o cualquier ayuda para implementar proyectos eléctricos y electrónicos , puede acercarse a nosotros comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí tiene una pregunta: ¿Cuál es el papel del predictor en la técnica DPCM?