Ứng dụng và điều chế mã xung

Điều chế mã xung vi sai là một kỹ thuật tương tự chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số . Kỹ thuật này lấy mẫu tín hiệu tương tự và sau đó lượng hóa sự khác biệt giữa giá trị được lấy mẫu và giá trị dự đoán của nó, sau đó mã hóa tín hiệu để tạo thành giá trị kỹ thuật số. Trước khi thảo luận về điều chế mã xung vi sai, chúng ta phải biết điểm yếu của PCM (Điều chế mã xung) . Các mẫu của tín hiệu có mối tương quan cao với nhau. Giá trị của tín hiệu từ mẫu hiện tại đến mẫu tiếp theo không khác nhau một lượng lớn. Các mẫu tín hiệu liền kề mang cùng một thông tin với sự khác biệt nhỏ. Khi các mẫu này được mã hóa bởi hệ thống PCM tiêu chuẩn, tín hiệu mã hóa thu được chứa một số bit thông tin dư thừa. Hình dưới đây minh họa điều này.

Các bit thông tin dự phòng trong PCM

Hình trên cho thấy một tín hiệu thời gian tiếp tục x (t) được biểu thị bằng một đường chấm. Tín hiệu này được lấy mẫu bằng cách lấy mẫu đỉnh phẳng tại các khoảng Ts, 2Ts, 3Ts… nTs. Tần số lấy mẫu được chọn cao hơn tỷ lệ Nyquist. Các mẫu này được mã hóa bằng cách sử dụng PCM 3-bit (7 cấp). Các mẫu được lượng tử hóa đến mức kỹ thuật số gần nhất như được thể hiện bằng các vòng tròn nhỏ trong hình trên. Giá trị nhị phân được mã hóa của mỗi mẫu được ghi trên đầu các mẫu. Chỉ cần quan sát hình trên ở các mẫu được lấy ở 4T, 5T và 6T được mã hóa thành cùng một giá trị là (110). Thông tin này chỉ có thể được mang theo một giá trị mẫu. Nhưng ba mẫu mang cùng một thông tin có nghĩa là dư thừa.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét các mẫu ở 9T và 10T, sự khác biệt giữa các mẫu này chỉ do bit cuối cùng và hai bit đầu tiên là dư thừa vì chúng không thay đổi. Vì vậy, để làm cho quá trình xử lý thông tin dư thừa này và để có một đầu ra tốt hơn. Đó là một quyết định thông minh khi lấy một giá trị được lấy mẫu dự đoán, được giả định từ đầu ra trước đó và tóm tắt chúng với các giá trị đã lượng tử hóa. Quá trình như vậy được gọi là kỹ thuật PCM vi sai (DPCM).

Nguyên tắc điều chế mã xung vi sai

Nếu giảm độ dư thừa, thì tốc độ bit tổng thể sẽ giảm và số lượng bit cần thiết để truyền một mẫu cũng sẽ giảm. Loại kỹ thuật điều chế xung số này được gọi là điều chế mã xung vi sai. DPCM hoạt động dựa trên nguyên tắc dự đoán. Giá trị của mẫu hiện tại được dự đoán từ các mẫu trước. Dự đoán có thể không chính xác, nhưng nó rất gần với giá trị mẫu thực tế.

Điều chế mã xung vi sai Hệ thống điều khiển

Hình dưới đây cho thấy bộ phát DPCM. Máy phát bao gồm một người so sánh , bộ định lượng, bộ lọc dự đoán và bộ mã hóa.

Bộ điều chế mã xung vi sai

Tín hiệu được lấy mẫu được ký hiệu là x (nTs) và tín hiệu dự đoán được biểu thị bằng x ^ (nTs). Bộ so sánh tìm ra sự khác biệt giữa giá trị mẫu thực tế x (nTs) và giá trị dự đoán x ^ (nTs). Đây được gọi là lỗi tín hiệu và nó được ký hiệu là e (nTs)

e (nTs) = x (nTs) - x ^ (nTs) ……. (1)

Ở đây, giá trị dự đoán x ^ (nTs) được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ lọc dự đoán (bộ lọc xử lý tín hiệu) . Tín hiệu đầu ra của bộ lượng tử eq (nTs) và dự đoán trước đó được thêm vào và đưa ra làm đầu vào cho bộ lọc dự đoán, tín hiệu này được ký hiệu là xq (nTs). Điều này làm cho dự đoán gần hơn với tín hiệu được lấy mẫu thực sự. Tín hiệu lỗi lượng tử hóa eq (nTs) rất nhỏ và có thể được mã hóa bằng cách sử dụng một số lượng bit nhỏ. Do đó, số lượng bit trên mỗi mẫu được giảm trong DPCM.

Đầu ra của bộ định lượng sẽ được viết là,

eq (nTs) = e (nTs) + q (nTs) …… (2)

Ở đây q (nTs) là lỗi lượng tử hóa. Từ sơ đồ khối trên, đầu vào bộ lọc dự đoán xq (nTs) thu được bằng tổng của x ^ (nTs) và đầu ra của bộ lượng tử eq (nTs).

tức là xq (nTs) = x ^ (nTs) + eq (nTs). ………. (3)

bằng cách thay giá trị của eq (nTs) từ phương trình (2) trong phương trình (3), chúng ta nhận được,
xq (nTs) = x ^ (nTs) + e (nTs) + q (nTs) ……. (4)

Phương trình (1) có thể được viết dưới dạng,

e (nTs) + x ^ (nTs) = x (nTs) ……. (5)

từ phương trình 4 và 5 ở trên, chúng ta nhận được,

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

Do đó, phiên bản lượng tử hóa của tín hiệu xq (nTs) là tổng của giá trị mẫu ban đầu và sai số lượng tử hóa q (nTs). Sai số lượng tử hóa có thể dương hoặc âm. Vì vậy đầu ra của bộ lọc dự đoán không phụ thuộc vào đặc tính của nó.

Điều chế mã xung vi sai Người nhận

Để tái tạo lại tín hiệu kỹ thuật số đã nhận, bộ thu DPCM (được hiển thị trong hình bên dưới) bao gồm một người giải mã và bộ lọc dự đoán. Trong trường hợp không có nhiễu, đầu vào máy thu được mã hóa sẽ giống với đầu ra máy phát được mã hóa.

Bộ thu điều chế mã xung vi sai

Như chúng ta đã thảo luận ở trên, công cụ dự đoán đảm nhận một giá trị, dựa trên các kết quả đầu ra trước đó. Đầu vào được cung cấp cho bộ giải mã được xử lý và đầu ra đó được tổng hợp với đầu ra của bộ dự đoán, để có được đầu ra tốt hơn. Điều đó có nghĩa là ở đây trước hết bộ giải mã sẽ tái tạo lại dạng lượng tử hóa của tín hiệu ban đầu. Do đó tín hiệu tại máy thu khác với tín hiệu thực bởi lỗi lượng tử hóa q (nTs), được đưa vào thường xuyên trong tín hiệu được tái tạo.

Các ứng dụng của DPCM

Kỹ thuật DPCM chủ yếu sử dụng giọng nói, hình ảnh và nén tín hiệu âm thanh. DPCM tiến hành dựa trên các tín hiệu có mối tương quan giữa các mẫu liên tiếp dẫn đến tỷ lệ nén tốt. Trong hình ảnh, có mối tương quan giữa các pixel lân cận, trong tín hiệu video, mối tương quan giữa các pixel giống nhau trong các khung liên tiếp và các khung bên trong (giống như mối tương quan bên trong hình ảnh).

Phương pháp này phù hợp với các ứng dụng Thời gian thực. Để hiểu hiệu quả của phương pháp nén y tế này và ứng dụng thời gian thực của hình ảnh y tế như y học từ xa và chẩn đoán trực tuyến. Do đó, nó có thể hiệu quả để nén không mất dữ liệu và thực hiện nén hình ảnh y tế không mất dữ liệu hoặc gần như không mất dữ liệu.

Đây là tất cả về hoạt động của Điều chế mã xung vi sai. Chúng tôi cho rằng thông tin được đưa ra trong bài viết này là hữu ích để bạn hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, bất kỳ truy vấn nào liên quan đến bài viết này hoặc bất kỳ trợ giúp nào trong việc triển khai dự án điện và điện tử , bạn có thể tiếp cận với chúng tôi bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, Vai trò của bộ dự đoán trong kỹ thuật DPCM là gì?