Đang tải... (xem toàn văn)
Điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulation) là quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (AD), trong đó thông tin đầu vào dưới dạng các tín hiệu tương tự được biến đổi thành tổ hợp mã nối tiếp ở đầu ra.PCM được đặc trưng bởi bốn quá trình lọc hạn băng, lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa ở phía phát để biến đổi AD và quá trình giải mã, lọc thông thấp ở phía bên thu để khôi phục tín hiệu
LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, hệ thống thơng tin số thay hệ thống tương tụ phạm vi toàn cầu Trong năm gần đây, dịch vụ viễn thông phát triển mạnh mẽ tạo nhu cầu to lớn cho hệ thống truyền dẫn thông tin Mặc dù yêu cầu kỹ thuật cho dịch vụ cao Với nhu cầu phát triển đòi hỏi kỹ thuật viễn thơng đại Trong phải đến kỹ thuật điều chế xung mã, kỹ thuật điều chế xung mã ADPCM (Adaptive Delta Pulse Code Modulation) phương pháp mã hóa nối tiếng sử dụng Phương pháp kỹ thuật nhằm giảm băng truyền tín hiệu thơng tin số Đề tài chia thành hai chương: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ADPCM MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ I Khái niệm điều chế xung mã II Các kỹ thuật nhằm giảm băng truyền tin hiệu thông tin số 2.1 Độ rộng băng thông kênh truyền 2.2 Kỹ thuật Delta PCM 2.3 kỹ thuật DPCM CHƯƠNG KỸ THUẬT ADPCM I Giới thiệu kỹ thuật ADPCM II Nguyên lý hoạt động kỹ thuật ADPCM III Ưu, nhược điểm kỹ thuật ADPCM .8 KẾT LUẬN .9 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADPCM: Adaptive Delta Pulse Code Modulation - điều chế xung mã vi sai thích ứng PCM: Pulse Code Modulation – điều chế xung mã PAM: Pulse Amplitude Modulation – điều chế xung biên độ DPCM: Different Pulse Code Modulation – điều chế xung mã vi sai DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Phương pháp ADPCM…………………………………………5 Hình 2.2 DPCM sử dụng lượng tử hóa thích ứng đánh giá mức phía trước…………………………………………………………………………… Hình 2.3 DPCM sử dụng lượng tử hóa thích ứng đánh giá mức phía sau……………………………………………………………………………….6 Hình 2.4 Sơ đồ DPCM sử dụng lượng tử thích ứng dự đốn thích ứng DPCM – APF – AQF………………………………………………………… Hình 2.5 Sơ đồ DPCM sử dụng lượng tử thích ứng dự đốn thích ứng DPCM – APB – AQB………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ I Khái niệm điều chế xung mã Điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulation) q trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (A/D), thơng tin đầu vào dạng tín hiệu tương tự biến đổi thành tổ hợp mã nối tiếp đầu PCM đặc trưng bốn trình lọc hạn băng, lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa phía phát để biến đổi A/D q trình giải mã, lọc thơng thấp phía bên thu để khơi phục tín hiệu II Các kỹ thuật nhằm giảm băng truyền tin hiệu thông tin số 2.1 Độ rộng băng thông kênh truyền Băng thông hệ thống tài nguyên có hạn để khai thác hiệu tài nguyên, băng thơng tín hiệu nhỏ tốt Độ rộng kênh tối thiểu truyền dẫn tín hiệu PCM theo định lý lấy mẫu Nyquist B≥ : tốc độ truyền tín hiệu PCM ( tốc độ truyền từ mã) Mặt khác ta có =.m Mà m = ; B= Như để tiết kiệm băng thông giảm tốc độ từ mã tốc độ băng thông, hay giảm số lượng bit dung để mã hóa, đồng nghĩa với tín hiệu đầu thu giảm ( giảm mức lượng tử) 2.2 Kỹ thuật Delta PCM Các mẫu xung PAM mã hóa truyền độc lập Nhưng tín hiệu thực tế xung gần có độ tương quan định Thay truyền xung độc lập, ta chi cần mã hóa độ chênh lệch hai xung kề Với cách tuyền cần bit để mã hóa phần chênh lệch, nghĩa giảm băng thông hệ thống 2.3 kỹ thuật DPCM Kỹ thuật DPCM gọi kỹ thuật điều chế xung mã vi sai Trong kỹ thuật truyền độ chênh lệch tín hiệu thực tín hiệu tiên đốn Tín hiệu tiên đốn thực phương pháp nội suy từ N tín hiệu trước Bằng cách sử dụng thêm dự đốn, ta cần mã hóa độ sai lệch giá trị thực giá trị dự đốn mẫu tín hiệu CHƯƠNG KỸ THUẬT ADPCM I Giới thiệu kỹ thuật ADPCM PCM vi sai thích ứng (ADPCM) tổ hợp phương pháp DPCM PCM thích ứng ADPCM có nghĩa mức lượng tử hóa thích ứng với dạng tín hiệu đầu vào Kích cỡ bước lượng tử tang lên có liên tiếp dốc đứng tín hiệu kéo đủ dài Trong hình 1.1, số mẫu mơ tả bước lượng tử lớn thay cho 10 mẫu nhỏ Phương pháp có tên từ khả thích ứng nó, tùy thuộc vào giá trị tín hiệu đầu vào mà thay đổi bước lượng tử cho phù hợp, tức tạo khả giảm số lượng mức lượng tử zz zz Mẫu số zz zz zz zz zz zz zz zz Thời gian Hình 2.1 Phương pháp ADPCM Kỹ thuật ADPCM có hai loại Thứ là, lượng tử hóa thích ứng có đánh giá mức phía trước DPCM-AQF đánh giá mức phía sau DPCMAQB (hình 2.2) Thứ hai là, phương pháp DPCM sử dụng lượng tử thích ứng dự đốn thích ứng Phương pháp thứ hai dung đánh giá trước gọi DPCM-APF-AQF đánh giá phía sau DPCM-APB-AQB (hình 2.3) II Ngun lý hoạt động kỹ thuật ADPCM Sơ đồ khối: Xung lấy mẫu Bộ nhớ Bộ đánh giá mức Bộ mã hóa Kênh Bộ giải mã Tín hiệu tương tự Lọc thơng thấp Kênh Hình 2.2 DPCM sử dụng lượng tử hóa thích ứng đánh giá mức phía trước Nguyên lí hoạt động kỹ thuật DPCM sử dụng lượng tử hóa thích ứng có đánh giá mức phía trước (hình 2.2), có ngun lí hoạt động sau: Xung lấy mẫu đưa vào nhớ.Xung đếm sau so sánh với xung trước đó.Độ chênh lệch hai xung lượng tử khối mã hóa.Đồng thời, độ chênh lệch đưa vào đánh giá để đưa xung điều khiển mã hóa thay đổi bước lượng tử cho phù hợp với mức tăng tín hiệu.Thơng tin kết đánh giá truyền đến giải mã đầu thu thông qua từ mã pha Phía thu nhận thơng tin tăng bước lượng tử đầu phát, mã hóa lặp lại bước lượng tử có kích thước tương ứng DPCM sử dụng phương pháp lượng tử hóa thích ứng có đánh giá mức phía sau (hình 2.3) có ngun lí hoạt động sau: Sơ đồ khối: Tín hiệu tương tự Xung lấy mẫu Bộ nhớ Bộ giải mã Kênh Bộ đánh giá mức Lọc thông thấp Bộ đánh giá mức Hình 2.3 DPCM sử dụng lượng tử hóa thích ứng đánh giá mức phía sau Căn vào từ mã đầu mã hóa mà đánh giá mức biết tín hiệu tăng nhanh hay chậm.Đánh giá đưa vào mã hóa để điều khiển mã hóa tiếp số gia xung xung trước đó.Đầu thu vào từ mã nhận mà đánh giá đưa tín hiệu điều khiển giải mã lặp lại bậc thang có kích thước tương ứng.Ưu điểm sơ đồ phương pháp khơng cần truyền thơng báo kích thước bước lượng tử đầu phát Sơ đồ khối: Xung lấy mẫu Bộ nhớ xung lâý mẫu đánh giá giá x(n) (n) e(n) Đến mã hóa Lượng tử hố Bộ dự đốn (n) APF Thơng báo độ dốc sườn Hình 2.4 Sơ đồ DPCM sử dụng lượng tử thích ứng dự đốn thích ứng DPCM – APF - AQF AQF: Thơng tin mức tín hiệu truyền đnế mã hóa xa sử dụng 5-6 bit cho xung lấy mẫu cỡ bước cho phép bảo vệ thông tin cỡ bước phía phát cách thêm bit dư Độ trễ đánh giá tạo hoạt động mã hóa u cầu chèn mẫu vào “khơng lượng tử hóa” Tự thích nghi khối tự thích nghi định kỳ; nghĩa cỡ bước ∆ đổi khối giữ không đổi suốt thời gian khối N mẫu Đánh giá dự sở mẫu khơng lượng tử Sơ đồ khối hình phương pháp DPCM-APF-AQF (hình 2.2.3), có ngun lí hoạt động sau:Xung lấy mẫu thời điểm t o có biên độ xo đưa vào trừ.Độ chênh lệch hàm bậc thang xung lấy maauxtaij thời điểm trước e(n) đưa vào lượng tử.Trị số tròn e(n) đầu lượng tử đưa vào cộng.Đầu vào bên trái độ cong có biên độ xung lượng tử tính theo biểu thức: Trong đó, L tổng số xung lấy mẫu từ thời điểm to trở trước Đầu vào dự báo xung lượng tử chưa có dự báo.Đầu dự báo xung lượng tử có dự báo độ dốc sườn tín hiệu thể hệ số dự báo ci.Hệ số thay đổi tùy thuộc kết đánh giá từ đánh giá đưa đến.Nhờ có thay đổi hệ số đánh trị số chênh lệch xung lấy mẫu xung lượng tử đầu trừ có giá trị bé.Do đó, khơng có tượng tải sườn.Thông báo độ dốc sườn truyền đến đầu thu Sơ đồ khối: Xung lấy mẫu Bộ nhớ xung lâý mẫu đanh giá giá x(n) (n) e(n) Đến mã hóa Lượng tử hoá Bộ dự đoán Thuật toán Logic (n) APB Hình 2.5 Sơ đồ DPCM sử dụng lượng tử thích ứng dự đốn thích ứng DPCM – APB - AQB AQB: Thông tin cỡ bước ∆ tách từ trạng thái trước lượng tử hóa Khơng có trễ đánh giá Tạp âm lượng tử giảm đạt tính bám sát mức giảm đặc tính tăng kích cỡ bước Đây hệ thống phi tuyến có hồi tiếp khơng tránh khỏi vấn đề ổn định Các hệ thống AQF đòi hỏi khối đệm đắc tiền có cấu trúc phức tạp gây trễ, hệ thống DPCM phức tạp thường đùn mạch AQB nên có lợi chỗ khơng cần bit ngồi để cung cấp thơng tin cỡ bước Hoạt động DPCM-APB-AQB với sơ đồ hình 2.5 tương tự hình 2.4, khác hình 2.5 đánh giá độ dốc sườn hình thành qua khối algorithm logic.Trị số lượng tử đầu lượng tử hóa được đưa vào khối 6.Mặt khác, trị số xung lượng tử x’(n) đưa vào khối này.So sánh hai giá trị đó, khối đưa vào dự báo tín hiệu điều khiển để thay đổi hệ số dự báo ci.Ưu điểm sơ đồ 2.5 truyền thông báo từ phát sang thu III Ưu, nhược điểm kỹ thuật ADPCM Trong q trình ADPCM, sau tín hiệu vào tương tự qua mã hóa PCM thơng thường, luồng mẫu bit gửi tiếp tới mã hóa ADPCM.Trong mã hóa này, thuật tốn với 15 mức lượng tử sử dụng để giảm độ dài từ bit xuống bit.4 bit không biểu diễn thành biên độ mẫu nữa, nhờ có mã hóa vi sai mà bit chứa đủ thơng tin phép tín hiệu gốc tái tạo thu Mức mẫu dự đoán dựa mức mẫu đứng trước.Sự khác mẫu dự đoán thực tế nhỏ.Vì vậy, mã hóa bit.Nếu có vài mẫu thay đổi lớn, bước lượng tử thích ứng mơ tả Khác biệt thích ứng xung mã điều chế (ADPCM) biến thể vi phân điều chế mã xung (DPCM) mà thay đổi kích thước bước lượng tử hóa, cho phép giảm bang thơng liệu cần thiết Thơng thường, thích ứng với tín hiệu thống kê ADPCM đơn giản bao gồm yếu tố quy mơ thích nghi trước lượng tử hóa khác biệt mã DPCM Các thuật toán ADPCM tận dụng cao tương quan mẫu biểu liên tiếp,ncho phép giá trị mẫu tương lai dự đốn.Thay mã hóa mẫu biểu, ADPCM mã hóa khác biệt mẫu dự đoán mẫu biểu Phương pháp cung cấp nén hiệu với việc giảm số lượngbit cho mẫu, chưa bảo toàn chất lượng tổng thể tín hiệu KẾT LUẬN Đề tài làm rõ số khái niệm liên quan, đưa số phương pháp điều chế xung mã Đề tài tập trung nghiên cứu kỹ thuật ADPCM Giới thiệu kỹ thuật ADPCM, làm rõ nguyên lý hoạt động Trên sở nguyên lý hoạt động kỹ thuật ADPCM, đưa số ưu, nhược điểm kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Viết Kính – Trịnh Anh Vũ, Thơng tin số, nxb Giáo dục, 2007 Báo cáo tập lớn, http://123doc.org/document/2268972-bao-cao-baitap-lon-nghien-cuu-adpcm.htm?page=7 Phân công nhiệm vụ: ... tử tang lên có liên tiếp dốc đứng tín hiệu kéo đủ dài Trong hình 1.1, số mẫu mơ tả bước lượng tử lớn thay cho 10 mẫu nhỏ Phương pháp có tên từ khả thích ứng nó, tùy thuộc vào giá trị tín hiệu đầu... dựa mức mẫu đứng trước.Sự khác mẫu dự đoán thực tế nhỏ.Vì vậy, mã hóa bit.Nếu có vài mẫu thay đổi lớn, bước lượng tử thích ứng mơ tả Khác biệt thích ứng xung mã điều chế (ADPCM) biến thể vi phân... TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Viết Kính – Trịnh Anh Vũ, Thơng tin số, nxb Giáo dục, 2007 Báo cáo tập lớn, http://123doc.org/document/2268972-bao-cao-baitap-lon-nghien-cuu-adpcm.htm?page=7 Phân công