Pulzní kód modulace je metoda který se používá k převodu souboru analogový signál na digitální signál takže modifikovaný analogový signál může být přenášen přes digitální komunikační síť. PCM je v binární formě, takže budou existovat pouze dva možné stavy vysoký a nízký (0 a 1). Můžeme také získat zpět náš analogový signál demodulací. Proces modulace pulzního kódu se provádí ve třech krocích: vzorkování, kvantizace a kódování. Existují dva specifické typy modulace pulzního kódu, jako je diferenční pulzní kódová modulace (DPCM) a adaptivní diferenční pulzní kódová modulace (ADPCM)

“jednopólový a dvoupólový spínač světel ”

Blokové schéma PCM

Zde je blokové schéma kroků, které jsou obsaženy v PCM.

Při vzorkování používáme PAM vzorkovač, kterým je Pulse Amplitude Modulation Sampler, který převádí spojitý amplitudový signál na diskrétní časově spojitý signál (PAM pulsy). Níže je uvedeno základní blokové schéma PCM pro lepší pochopení.

Co je pulzní kódová modulace?

Chcete-li získat pulzní kód modulovaný průběh z analogového průběhu v vysílač konec (zdroj) komunikačního obvodu, amplituda vzorků analogového signálu v pravidelných časových intervalech. Rychlost vzorkování nebo počet vzorků za sekundu je několikanásobek maximální frekvence. Signál zprávy převedený do binární formy bude obvykle v počtu úrovní, který je vždy na síle 2. Tento proces se nazývá kvantování.

Základní prvky systému PCM

Na konci přijímače demodulátor pulzního kódu dekóduje binární signál zpět na impulsy se stejnými kvantovými úrovněmi jako v modulátoru. Dalšími procesy můžeme obnovit původní analogový průběh.

Teorie modulace pulzního kódu

Toto blokové schéma výše popisuje celý proces PCM. Zdroj nepřetržitého času signál zprávy prochází nízkoprůchodovým filtrem a poté bude provedeno vzorkování, kvantizace, kódování. Uvidíme podrobně krok za krokem.

Vzorkování

Vzorkování je proces měření amplitudy signálu spojitého času v diskrétních okamžicích, převádí spojitý signál na diskrétní signál. Například převod zvukové vlny na sekvenci vzorků. The Sample je hodnota nebo sada hodnot v určitém časovém okamžiku, nebo může být rozmístěna. Sampler extrahuje vzorky spojitého signálu, jedná se o subsystém ideální vzorkovač produkující vzorky, které jsou ekvivalentní okamžité hodnotě spojitého signálu ve specifikovaných různých bodech. Proces vzorkování generuje plochý signál pulzní amplitudové modulace (PAM).

Analogový a vzorkovaný signál

Vzorkovací frekvence, Fs je počet průměrných vzorků za sekundu, známý také jako vzorkovací frekvence. Podle Nyquistovy věty by vzorkovací frekvence měla být alespoň 2násobkem horní mezní frekvence. Vzorkovací frekvence, Fs> = 2 * fmax, aby nedocházelo k Aliasing Effect. Pokud je vzorkovací frekvence velmi vyšší než Nyquistova frekvence, stane se převzorkováním, teoreticky lze rekonstruovat signál omezený na šířku pásma, pokud se vzorkuje nad Nyquistovou rychlostí. Pokud je vzorkovací frekvence nižší než Nyquistova frekvence, stane se z ní podvzorkování.

Pro proces vzorkování se v zásadě používají dva typy technik. Jedná se o 1. Přirozený odběr vzorků a 2. Plochý odběr vzorků.

Kvantování

V kvantizaci analogový vzorek s amplitudou, který se převede na digitální vzorek s amplitudou, která přebírá jednu ze specificky definované sady kvantovacích hodnot. Kvantování se provádí rozdělením rozsahu možných hodnot analogových vzorků do několika různých úrovní a přiřazením střední hodnoty každé úrovně libovolnému vzorku v kvantizačním intervalu. Kvantizace aproximuje hodnoty analogového vzorku s nejbližšími kvantizačními hodnotami. Takže téměř všechny kvantované vzorky se budou od původních vzorků lišit v malém množství. Tato částka se nazývá chyba kvantizace. Výsledkem této chyby kvantizace je, že při přehrávání náhodného signálu uslyšíme syčivý zvuk. Převod analogových vzorků na binární čísla, která jsou 0 a 1.

Ve většině případů použijeme jednotné kvantizátory. Jednotná kvantizace je použitelná, pokud jsou hodnoty vzorku v konečném rozsahu (Fmin, Fmax). Celkový rozsah dat je rozdělen na 2n úrovně, ať už jde o L intervaly. Budou mít stejnou délku Q. Q se nazývá kvantizační interval nebo velikost kvantovacího kroku. Při jednotné kvantizaci nedojde k žádné chybě kvantování.

Jednotně kvantovaný signál

Jak víme,
L = 2n, pak velikost kroku Q = (Fmax - Fmin) / L

“jak testovat kondenzátory v obvodu ”

Interval i je mapován na střední hodnotu. Uložíme nebo odešleme pouze hodnotu indexu kvantované hodnoty.

Hodnota indexu kvantované hodnoty Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Kvantovaná hodnota Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Ale v jednotné kvantizaci vyvstávají některé problémy

Optimální pouze pro rovnoměrně distribuovaný signál.
Skutečné zvukové signály jsou koncentrovanější poblíž nul.
Lidské ucho je citlivější na chyby kvantování při malých hodnotách.

Řešením tohoto problému je použití nejednotné kvantizace. V tomto procesu je interval kvantování menší než nula.

Kódování

Kodér kóduje kvantované vzorky. Každý kvantovaný vzorek je zakódován do 8bitové kódové slovo použitím A-zákona v procesu kódování.

Bit 1 je nejvýznamnější bit (MSB), představuje polaritu vzorku. „1“ představuje kladnou polaritu a „0“ představuje zápornou polaritu.
Bit 2,3 a 4 definuje umístění hodnoty vzorku. Tyto tři bity společně tvoří lineární křivku pro negativní nebo pozitivní vzorky nízké úrovně.
Bit 5,6,7 a 8 jsou nejméně významné bity (LSB), které představují jeden z kvantovaných hodnot segmentů. Každý segment je rozdělen do 16 kvantových úrovní.

PCM jsou dva typy diferenciální pulzní kódové modulace (DPCM) a adaptivní diferenciální pulzní kódové modulace (ADPCM).

V DPCM je zakódován pouze rozdíl mezi vzorkem a předchozí hodnotou. Rozdíl bude mnohem menší než celková hodnota vzorku, takže potřebujeme nějaké bity pro získání stejné přesnosti jako v běžném PCM. Takže se sníží také požadovaná přenosová rychlost. Například v 5bitovém kódu je 1 bit pro polaritu a zbývající 4 bity pro 16 kvantových úrovní.

ADPCM se dosahuje přizpůsobením kvantizačních úrovní charakteristikám analogového signálu. Hodnoty můžeme odhadnout s předchozími hodnotami vzorku. Odhad chyb se provádí stejně jako v DPCM. V rozdílu metody ADPCM 32 kb / s mezi predikovanou hodnotou a vzorkem je hodnota kódována 4 bity, takže získáme 15 kvantových úrovní. V této metodě je rychlost přenosu dat poloviční oproti běžnému PCM.

Demodulace pulzního kódu

Stejně bude postupovat i demodulace pulzního kódu modulační proces opačně. Demodulace začíná procesem dekódování, během přenosu bude signál PCM ovlivněn interferencí šumu. Než tedy signál PCM odešle do demodulátoru PCM, musíme signál obnovit na původní úroveň, proto používáme komparátor. Signál PCM je signál sériové pulzní vlny, ale pro demodulaci potřebujeme, aby vlna byla paralelní.

Použitím převodníku sériového na paralelní bude signál sériové pulzní vlny převeden na paralelní digitální signál. Poté signál projde dekodérem n-bitů, měl by to být převodník z digitálního na analogový. Dekodér obnovuje původní kvantizační hodnoty digitálního signálu. Tato kvantizační hodnota zahrnuje také mnoho vysokofrekvenčních harmonických s původními zvukovými signály. Abychom se vyhnuli zbytečným signálům, používáme v poslední části dolní propust.

Výhody modulace pulzního kódu

Analogové signály lze přenášet vysokorychlostním digitálem komunikační systém .
Pravděpodobnost výskytu chyby se sníží použitím vhodných metod kódování.
PCM se používá v systému Telkom, nahrávání digitálního zvuku, speciální efekty digitalizovaného videa, digitální video, hlasová pošta.
PCM se také používá v rádiových řídicích jednotkách jako vysílače a také přijímač pro dálkově ovládaná auta, lodě, letadla.
Signál PCM je odolnější vůči rušení než normální signály.

To je všechno o Pulzní kódová modulace a demodulace . Věříme, že informace uvedené v tomto článku jsou užitečné pro lepší pochopení tohoto konceptu. Dále jakékoli dotazy týkající se tohoto článku nebo pomoc při implementaci elektrické a elektronické projekty , můžete nás kontaktovat komentováním v sekci komentářů níže. Zde je otázka, jaké jsou aplikace pulzní kódové modulace?

Fotografické kredity: