INFORME DPCM

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: SEPTIEMBRE 2017- FEBRERO 2018

FORMATO DE TRABAJO FINAL I.

PORTADA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial “Proyecto Académico de Fin de Semestre”

Título:

Modulación por codificación diferencial de  pulsos (DPCM)

Carrera:

Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Comunicaciones

Área Académica:

Comunicaciones Comunicaciones

Línea de Investigación:

Tecnologías de Comunicación

Ciclo Académico y Paralelo:

Séptimo “A”

Alumnos participantes:

Bautista Miguel Cacuango Richard Flores Estefania Orosco Angel Solís Andrés Yumizaca José

Módulo y Docente:

Comunicación Digital Ing. Carlos Serra

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II.

INFORME DEL PROYECTO 1.1 Título Modulación por codificación diferencial de pulsos (DPCM)

1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo General Investigar los principales conceptos acerca de Modulación por codificación diferencial de pulsos (DPCM), así como también sus características y modo de operación.

1.2.2 Objetivos Específicos 

Definir el significado de la Modulación por codificación diferencial de  pulsos (DPCM).



Investigar las características principales de la Modulación por codificación diferencial de pulsos (DPCM) y sus aplicaciones.



Conocer el proceso que realiza la Modulación por codificación diferencial de pulsos (DPCM)

1.3 Resumen La presente investigación muestra la Modulación por Código de Impulsos Diferencial o DPCM, en donde podemos encontrar su definición, características principales, ventajas, desventajas y modo de operación del sistema. La Modulación por Código de Impulsos Diferencial o DPCM se fundamenta en la predicción de muestras mediante la memorización en el tiempo. Se realiza la codificación de la diferencia entre la muestra y la predicción. La predicción es un algoritmo autoadaptativo dependiente de la actividad de la señal.

1.4 Palabras clave: (Modulación, codificación, impulsos) 1.5 Introducción La Modulación por Código de Impulsos Diferencial o DPCM es un procedimiento de conversión de una señal digital en la que se muestrea la señal analógica y entonces la diferencia entre el valor real de la muestra y su valor predicho (el valor predicho se  basa en muestras o muestras anteriores) cuantiados y luego codificados formando un valor digital.

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Las palabras de código DPCM representan diferencias entre muestras a diferencia de PCM, donde las palabras de código representan un valor de muestra.

1.6 Materiales y Metodología 1.6.1 Marco Teórico MODULACION DPCM Para comenzar con la descripción de la Modulación por codificación diferencial de pulsos o DPCM, debemos recordar primero lo que es la Modulación por Impulsos Modificados o PCM. La Modulación por Impulsos Modificados o PCM es una técnica de codificación digital para la transmisión digital de señales analógicas, es la técnica más utilizada  para esta transformación. PCM está compuesta por tres etapas que son:

Muestreo

Cuantificación

Codificación

Ilustración 1 Etapas de PCM

Dentro de todo este proceso lo que se hace es digitalizar la señal para su transmisión. Donde es aplicada una redundancia a la palabra código al momento de digitalizarla. Para luego de realizar un proceso inverso obtener la nuevamente la señal original. La señal codificada en PCM contiene información redundante que no es indispensable para su adecuada recuperación en el receptor, de modo que, si se elimina esta redundancia antes de la codificación, se tendrá una señal codificada más eficiente. Este es el principio subyacente en la modulación por codificación diferencial de pulsos. (Modulación de Pulsos)

DPCM

(MODULACIÓN

POR

CODIFICACIÓN

DE

PULSOS

DIFERENCIAL) En la DPCM la muestra transmitida es la diferencia de dos muestras sucesivas y no la muestra real, como el intervalo de estas muestras es menor se requiere menos  bits para el envío que en la PCM convencional.

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Cuando se muestrean señales de audio o video con frecuencia se encuentran muestras adyacentes cercanas al mismo valor. Esto significa que existe mucha redundancia en las muestras de la señal y, en consecuencia, el ancho de banda y el rango dinámico de un sistema PCM se desperdician cuando se retransmiten estas muestras redundantes. Una manera de minimizar esta transmisión redundante y reducir el ancho de banda es transmitir las señales PCM correspondientes a la diferencia en las muestras adyacentes. Esto, definiéndolo directamente, es la modulación por codificación de  pulsos diferencial (DPCM). En el receptor, el valor de la muestra en el presente se regenera utilizando el valor en el pasado, además del valor diferencial de actualización que se recibe sobre el sistema diferencial. Más aún, el valor en el  presente puede estimarse a partir del valor en el pasado con un filtro de predicción, mismo que puede lograrse usando una línea de retraso con tomas (un dispositivo de transferencia en cadena) para formar un filtro transversal, como se muestra en la Ilustración 2. Cuando las ganancias de cada línea se configuran de tal manera que la salida del filtro predecirá el valor en el presente de los valores en el pasado, entonces tenemos un filtro de predicción lineal. Las óptimas ganancias óptimas de línea son una función de las propiedades de correlación de la señal de audio o de video. Las muestras de salida son

[2]



()  ∑ (  ) =

Modulación por codificación de pulsos diferencial

Ilustración 2 Filtro Transversal

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Donde

− denota la muestra a la entrada del filtro a un tiempo de t = (n  –  1)Ts

y existe un número de K dispositivos de retraso en el filtro transversal. El filtro de  predicción lineal puede utilizarse en una configuración diferencial para producir la DPCM. Se examinarán dos posibles configuraciones. La primera configuración de DPCM, mostrada en la Ilustración 3, utiliza al predictor para obtener una señal modulada en amplitud por pulso diferencial (DPAM) que está cuantificada y codificada para producir la señal DPCM. La señal analógica recuperada a la salida del receptor será la misma que aquella a la entrada del sistema, pero con la adición del ruido de cuantización acumulado. Se puede eliminar el efecto de acumulación con la configuración para el transmisor de la Ilustración 3. En la segunda configuración de DPCM, mostrada en la ilustración 4, el predictor opera sobre los valores cuantificados tanto en el transmisor como en el receptor para minimizar el ruido de cuantización en la señal analógica recuperada. La salida analógica en el receptor es la misma que la señal analógica de entrada al transmisor, excepto por el ruido de cuantización; más aún, el ruido de cuantización no se acumula, como era el caso en la primera configuración. Se puede mostrar que la DPCM, al igual que la PCM, sigue la regla de 6 dB

 6.02+  (1) Donde

3 <  < 15     (2) Donde

 cuantificación uniforme y n es el número de bits de cuantificación (  

2 ). A diferencia de la PCM modulada y expandida, la para la DPCM varía sobre un amplio rango, dependiendo de las propiedades de la señal analógica de entrada. [2]

La ecuación (2) proporciona el rango de

 para una señal de calidad telefónica de

frecuencia de voz (300 a 3400 Hz). Este rendimiento de la DPCM puede compararse al de la PCM. Como alternativa, para la misma SNR (1), la DPCM  puede requerir de 3 o 4 bits menos que la modulación y expansión por PCM. Esta es la razón por la cual los sistemas DPCM telefónicos a menudo operan a una velocidad de bit de R = 32 kbits/s o R = 24 kbits/s en lugar de los 64 kbits/s

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estándares requeridos para la modulación y expansión por PCM. El Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico ( CCITT) ha adoptado un estándar de DPCM de 32 kbits/s que utiliza una cuantización de 4 bits a una velocidad de 8 kmuestras/s para codificar señales VF con ancho de banda de 3.2 kHz. Más aún, se ha adoptado un estándar DPCM CCITT de 64 kbits/s (cuantificación de 4 bits y 16 kmuestras/s) para la codificación de señales de audio que tienen un ancho de banda de 7 kHz. Un análisis detallado de los sistemas DPCM es complicado, y depende del tipo de señal de entrada presente, la velocidad de muestreo, el número de niveles de cuantificación empleados, el número de etapas en el filtro de predicción y los coeficientes de ganancias del predictor.

[2]

DPCM UTILIZANDO PREDICCIÓN A PARTIR DE LA MUESTRAS DE LA SEÑAL DE ENTRADA

Ilustración 3 DPCM utilizando predicción a partir de la muestras de la señal de entrada[2]

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DPCM UTILIZANDO PREDICCIÓN A PARTIR DE UNA SEÑAL DIFERENCIAL CUANTIFICADA

Ilustración 4 DPCM utilizando predicción a partir de una señal diferencial cuantificada [2]

El proceso que realiza DPCM son los siguientes: 

Se limita la señal analógica en su ancho de banda.



La muestra actual se resta con la muestra anterior que se había acumulado.



La salida del diferenciador se codifica como PCM y se transmite.

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Ilustración 5. Esquema del sistema de Modulación por codificación diferencial de pulsos o DPCM

Los diagramas representan funciones implementadas tanto en hardware como en software.

Ventajas Un menor número de bits de cuantización implica una mejor velocidad de transmisión y por lo tanto ocupa un menor ancho de banda.

Aplicaciones DPCM tiene gran aplicación en compresión de voz e imagen (sistemas de vigilancia son un clásico ejemplo de aplicación).

1.7 Resultados y Discusión La modulación de pulsos codificados diferenciales (DPCM) está diseñada específicamente para aprovechar las redundancias de muestra a muestra .La diferencia en la amplitud en las dos muestras sucesivas se transmite en vez de la muestra verdadera. Para el análisis detallado de los sistemas DPCM es complicado, y depende del tipo de señal de entrada presente, la velocidad de muestreo, el número de niveles de

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cuantificación empleados, el número de etapas en el filtro de predicción y los coeficientes de ganancias del predictor.

1.8 Conclusiones 

Definiéndolo directamente DPCM, una manera de minimizar esta transmisión redundante y reducir el ancho de banda, es transmitir las señales PCM correspondientes a la diferencia en las muestras adyacente, es la modulación por codificación de pulsos diferencial (DPCM).



DPCM (modulación por codificación de pulsos diferencial) puede requerir de 3 o 4 bits menos que la modulación y expansión por PCM.



En la DPCM la muestra transmitida es la diferencia de dos muestras sucesivas y no la muestra real, como el intervalo de estas muestras es menor se requiere menos bits para el envío que en la PCM convencional.



La DPCM está diseñada específicamente para aprovechar las redundancias de muestra a muestra.



Con DPCM la diferencia en la amplitud en las dos muestras sucesivas se trasmiten en vez de la muestra verdadera (real)

1.9 Referencias bibliográficas

Bibliografía [1](s.f.). Modulación de Pulsos. Pag 25-251 [2] Leon-W-Couch. (s.f.). Sistemasde comunicacion digital y analogico (7ma-edicion ed., Vols. 7ma-edicion). Florida: Pearson Education . pag 188-192