Η μετατροπή του σήματος αναλογικού σε ψηφιακό είναι ευεργετική για πολλές εφαρμογές, επειδή τα ψηφιακά σήματα είναι λιγότερο ευαίσθητα στον θόρυβο. Το ψηφιακό σύστημα επικοινωνίας παρέχει καλύτερες επιδόσεις, αξιοπιστία, ασφάλεια, αποδοτικότητα και ολοκλήρωση του συστήματος. Το PCM και το DPCM είναι οι ξεχωριστές τεχνικές κωδικοποίησης πηγής, ας καταλάβουμε τη διαφορά μεταξύ τους με το διάγραμμα σύγκρισης.
Συγκριτικό διάγραμμα
| Βάση σύγκρισης | PCM | DPCM |
|---|---|---|
| Αριθμός συμμετεχόντων bit | 4, 8 ή 16 bit ανά δείγμα. | Περισσότερο από ένα αλλά λιγότερο από PCM. |
| Σφάλμα ποσοτικοποίησης και παραμόρφωση | Εξαρτάται από τον αριθμό των επιπέδων. | Μπορεί να παρουσιαστεί παραμόρφωση υπερβολικού φορτίου και θόρυβος κβαντισμού. |
| Εύρος ζώνης του καναλιού μετάδοσης | Απαιτήστε μεγάλο εύρος ζώνης. | Χρειάζεστε λιγότερο εύρος ζώνης σε σύγκριση με το PCM. |
| Ανατροφοδότηση | Δεν παρέχει κανένα σχόλιο. | Τα σχόλια παρέχονται. |
| Πολυπλοκότητα της συμβολής | Συγκρότημα | Απλός |
| Αναλογία σήματος προς θόρυβο | Καλός | Μέση τιμή |
| Περιοχή εφαρμογής | Ήχος, βίντεο και τηλεφωνία. | Ομιλία και βίντεο. |
| Bits / δείγμα | 7/8 | 4/6 |
| Ποσοστό bits | 56-64 | 32-48 |
Ορισμός του PCM
Το PCM (Pulse Code Modulation) είναι μια στρατηγική κωδικοποίησης πηγής όπου η ακολουθία του κωδικοποιημένου παλμού χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύει το σήμα μηνύματος με τη βοήθεια να σχεδιάζει το σήμα σε χρόνο και πλάτος στη διακριτή μορφή. Περιλαμβάνει δύο βασικές λειτουργίες - διακριτική εξέταση χρόνου και διακριτοποίηση πλάτους. Η χρονική διακριτοποίηση πραγματοποιείται με δειγματοληψία και η διακριτοποίηση πλάτους επιτυγχάνεται με κβαντισμό. Περιλαμβάνει επίσης ένα επιπλέον βήμα που κωδικοποιεί όπου τα κβαντοποιημένα πλάτη παράγουν απλά πρότυπα παλμών.
Η διαδικασία PCM χωρίζεται σε τρία μέρη, πρώτα είναι η μετάδοση στο τέλος της πηγής, δεύτερον η αναγέννηση στη διαδρομή μετάδοσης και το άκρο λήψης.
Οι λειτουργίες που εκτελούνται στην πηγή που μεταδίδει το άκρο -
- Δειγματοληψία - Η δειγματοληψία είναι μια διαδικασία μέτρησης του σήματος σε ίσα διαστήματα κατά τα οποία το σήμα (ζώνη βάσης) λαμβάνει δείγματα με τη γραμμή ορθογωνικών παλμών. Αυτοί οι παλμοί είναι εξαιρετικά περιορισμένοι για να εξαγάγουν προσεκτικά τη στιγμιαία διαδικασία δειγματοληψίας. Η ακριβής ανακατασκευή του σήματος βασικής ζώνης επιτυγχάνεται όταν ο ρυθμός δειγματοληψίας πρέπει να είναι μεγαλύτερος από το διπλάσιο της συνιστώσας της υψηλότερης συχνότητας που είναι γνωστή ως ρυθμός Nyquist .
- Κβαντοποίηση - Μετά τη δειγματοληψία το σήμα μηνυμάτων υφίσταται κβαντισμό που παρέχει διακριτή αναπαράσταση τόσο στον χρόνο όσο και στο εύρος. Στη διαδικασία κβαντοποίησης, οι δειγματοληπτικές περιπτώσεις είναι ομαδοποιημένες ολοκληρωμένες τιμές σε συγκεκριμένο εύρος.
- Κωδικοποίηση - Το μεταδιδόμενο σήμα γίνεται πιο ισχυρό έναντι της παρεμβολής και του θορύβου του κβαντισμένου σήματος μετατρέποντάς το σε μια πιο κατάλληλη μορφή σήματος και αυτή η μετάφραση είναι γνωστή ως κωδικοποίηση.
Λειτουργίες που εκτελούνται τη στιγμή της αναγέννησης κατά μήκος της διαδρομής μετάδοσης -
Οι λειτουργίες που εκτελούνται κατά τη λήψη τελικών -
- Αποκωδικοποίηση και επέκταση - Μετά την αναγέννηση, οι καθαρές παλμοί του σήματος στη συνέχεια συνδυάζονται σε μια λέξη κώδικα. Στη συνέχεια, η κωδική λέξη αποκωδικοποιείται σε κβαντισμένο σήμα ΡΑΜ (Ρυθμιστική Πλάση Ρυθμού). Αυτά τα αποκωδικοποιημένα σήματα αντιπροσωπεύουν την προβαλλόμενη ακολουθία συμπιεσμένων δειγμάτων.
- Ανακατασκευή - Σε αυτή τη λειτουργία, το αρχικό σήμα ανακτάται στο άκρο λήψης.
Ορισμός DPCM
Η DPCM (διαφορική κωδικοποίηση παλμού κώδικα) δεν είναι παρά μια παραλλαγή του PCM. Το PCM δεν είναι αποδοτικό καθώς παράγει πολλά κομμάτια και καταναλώνει περισσότερο εύρος ζώνης. Έτσι, για να ξεπεραστεί το παραπάνω πρόβλημα το DPCM σχεδιάστηκε. Παρόμοια με το PCM, το DPCM αποτελείται από διαδικασίες δειγματοληψίας, ποσοτικοποίησης και κωδικοποίησης. Όμως, το DPCM διαφέρει από το PCM επειδή ποσοτικοποιεί τη διαφορά του πραγματικού δείγματος και της προβλεπόμενης τιμής. Αυτός είναι ο λόγος που καλείται ως διαφορικός PCM.
Το DPCM χρησιμοποιεί την κοινή ιδιότητα του PCM, στην οποία χρησιμοποιείται ο υψηλός βαθμός συσχέτισης μεταξύ παρακείμενων δειγμάτων. Αυτή η συσχέτιση δημιουργείται όταν το σήμα δειγματίζεται με ρυθμό μεγαλύτερο από τον ρυθμό Nyquist. Η συσχέτιση σημαίνει ότι το σήμα δεν προσαρμόζει γρήγορα την αλλαγή από το ένα δείγμα στο άλλο.
Η κωδικοποίηση του εξαιρετικά συσχετισμένου σήματος στο τυπικό σύστημα PCM παράγει περιττές πληροφορίες. Μέσω της εξάλειψης του πλεονασμού μπορεί να παραχθεί πιο αποτελεσματικό σήμα.
Βασικές διαφορές μεταξύ PCM και DPCM
- Ο αριθμός των δυαδικών ψηφίων που περιλαμβάνονται στο PCM είναι 4, 8 ή 16 bit ανά δείγμα. Από την άλλη πλευρά, το DPCM περιλαμβάνει bits περισσότερα από ένα, αλλά λιγότερο από τον αριθμό των bits που χρησιμοποιούνται στο PCM
- Και οι τεχνικές PCM και DPCM υποφέρουν από σφάλμα ποσοτικοποίησης και στρέβλωση αλλά σε διαφορετικό βαθμό.
- Το DPCM απαιτεί μικρότερο εύρος ζώνης ενώ το PCM λειτουργεί σε υψηλότερο εύρος ζώνης.
- Το PCM δεν παρέχει κανένα σχόλιο. Αντίθετα, η DPCM παρέχει ανατροφοδότηση.
- Το PCM αποτελείται από περίπλοκο συμβολισμό. Αντιθέτως, η DPCM έχει έναν απλό συμβολισμό.
- Το DPCM έχει έναν μέσο λόγο σήματος προς θόρυβο. Αντίθετα, ο PCM έχει καλύτερη σχέση σήματος προς θόρυβο.
- Το PCM χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ήχου, βίντεο και τηλεφωνίας. Αντιστρόφως, το DPCM χρησιμοποιείται στην εφαρμογή λόγου και βίντεο.
- Αν μιλάμε για αποτελεσματικότητα, η DPCM είναι ένα βήμα μπροστά από το PCM.
συμπέρασμα
Η διαδικασία του PCM κάνει δειγματοληψία και μετατρέπει την αναλογική κυματομορφή σε ψηφιακό κώδικα απευθείας με τη βοήθεια αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα. Από την άλλη πλευρά, το DPCM κάνει το παρόμοιο έργο αλλά χρησιμοποιεί την τιμή διαφοράς multibit.
