codificação diferencial dpcm, dm e adm bruno edson [email protected]
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Codificação DiferencialCodificação DiferencialDPCM, DM e ADMDPCM, DM e ADM
Bruno EdsonBruno Edson
[email protected]@cin.ufpe.br
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Codificação DiferencialCodificação Diferencial
Histórico Codificação DiferencialHistórico Codificação Diferencial Definição e Funcionamento:Definição e Funcionamento:
• DPCMDPCM• DMDM• ADM (CVSD)ADM (CVSD)
Vantagens e DesvantagensVantagens e Desvantagens AplicaçõesAplicações ResumoResumo
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Histórico Histórico (Codificação Diferencial)(Codificação Diferencial)
Necessidade A/D - 1930Necessidade A/D - 1930• Alec Harvey Reeves – fidelidade 1’s e 0’s.Alec Harvey Reeves – fidelidade 1’s e 0’s.
PCM (A. H. Reeves) – 1937/1938PCM (A. H. Reeves) – 1937/1938 Codificação com Predição Linear- 1952Codificação com Predição Linear- 1952
• Bell Telephone LaboratoriesBell Telephone Laboratories DPCM (Cutler) e DM (Schouten) - 1952DPCM (Cutler) e DM (Schouten) - 1952 ADM (ADPCM - Barnwell) - 1974 ADM (ADPCM - Barnwell) - 1974
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DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)
O sinal DPCM é a diferença entre o sinal O sinal DPCM é a diferença entre o sinal PCM e sua predição(sinal anterior):PCM e sua predição(sinal anterior):•
Menor nº de bits utilizado (compressão)Menor nº de bits utilizado (compressão) Simples Computacionalmente (Algoritmo)Simples Computacionalmente (Algoritmo)
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DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)
O Sinal Resultante:O Sinal Resultante:
• Valor absoluto da Valor absoluto da amostraamostra
• Diferença entre os Diferença entre os valores das valores das amostrasamostras
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DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)
PCM PCM XX
DPCMDPCM
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DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)
Voz:Voz:• 256=> 8bits => 8bits x 8kHz = 64Kbps256=> 8bits => 8bits x 8kHz = 64Kbps• 64 => 6bits => 6bits x 8kHz = 48Kbps64 => 6bits => 6bits x 8kHz = 48Kbps• G = (64 - 48)/64 = 16/64 = 25%G = (64 - 48)/64 = 16/64 = 25%
Imagem:Imagem:• 8bits => 8bits x (800x600)pxl =480kB8bits => 8bits x (800x600)pxl =480kB• 6bits => 6bits x (800x600)pxl = 360kB6bits => 6bits x (800x600)pxl = 360kB• G = (480-360)/480 = 120/480 = 25%G = (480-360)/480 = 120/480 = 25%
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DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)
Diagrama em Blocos (Codificação)Diagrama em Blocos (Codificação)
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DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)
Diferença Fixa:Diferença Fixa:• Passo, Step ou DeltaPasso, Step ou Delta
Estados:Estados:• Sobe ou Desce (1 e 0)Sobe ou Desce (1 e 0)
Slope-OverloadSlope-Overload Granular ErrorGranular Error Input / OutputInput / Output
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DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)
Saídas:Saídas:
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DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)
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Granular error (DM)Granular error (DM)
Como ou Sobe (1) Como ou Sobe (1) ou Desce(0), o ou Desce(0), o sinal não sinal não permanece em um permanece em um mesmo nível.mesmo nível.
Até mesmo muito Até mesmo muito próximo do valor próximo do valor real.real.
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Slope-Overload (DM)Slope-Overload (DM)
Sobre carga de Sobre carga de InclinaçãoInclinação
A curva Sobe ou A curva Sobe ou Decai mais rápido Decai mais rápido do que os passos do que os passos possam possam acompanhar.acompanhar.
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DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)
Diagrama em Blocos (Codificação)Diagrama em Blocos (Codificação)
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ADMADM
Nomes:Nomes:• ADM ADM (Adaptative Delta Modulation)(Adaptative Delta Modulation)
• CVSD CVSD (Continuos, Variable Slope Delta-(Continuos, Variable Slope Delta-Modulation)Modulation)
Como DM com o tamanho dos passos Como DM com o tamanho dos passos variando com o tempo (adaptativo).variando com o tempo (adaptativo).
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ADM (Codificador)ADM (Codificador)
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ADM (Decodificador)ADM (Decodificador)
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ADMADM
Os passos variam de acordo com o Os passos variam de acordo com o histórico do sinal.histórico do sinal.
Equações:Equações:• Sx(k) = e(k-2) + e(k-1)*Sx(k-1)Sx(k) = e(k-2) + e(k-1)*Sx(k-1)• x^(k) = Sx(k) + Sx(k-1)x^(k) = Sx(k) + Sx(k-1)
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ADMADM Variação do Passo:Variação do Passo:
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ADMADM
Grandes variações no sinalGrandes variações no sinal• Passos MaioresPassos Maiores
Componentes de freqüência altaComponentes de freqüência alta Utilização de Filtros Passa-BaixasUtilização de Filtros Passa-Baixas
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VantagensVantagens
DPCM:DPCM:• Qualidade muito boa, próxima ao PCM.Qualidade muito boa, próxima ao PCM.• Simples ComputacionalmenteSimples Computacionalmente
DM:DM:• Apenas 1 bitApenas 1 bit• Muito Simples de ImplementarMuito Simples de Implementar
ADM:ADM:• Apenas 1 bitApenas 1 bit• Mais fiel que o DM pela adaptatividadeMais fiel que o DM pela adaptatividade
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DesvantagensDesvantagens
DPCM:DPCM:• Número de bits elevado em relação aos demais Número de bits elevado em relação aos demais
formas derivativasformas derivativas• Maior BandaMaior Banda
DM:DM:• Granular ErrorGranular Error• Slope-OverloadSlope-Overload
ADM:ADM:• Granular Error (passos pequenos)Granular Error (passos pequenos)• Mais complexo que o DMMais complexo que o DM
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AplicaçõesAplicações
Codificação DiferencialCodificação Diferencial Compressão de Dados:Compressão de Dados:
• ÁudioÁudio MPEG-3 (.mp3)MPEG-3 (.mp3)
• ImagemImagem JPEG (.jpg, .jpeg)JPEG (.jpg, .jpeg)
• VídeoVídeo MPEG (.mpg)MPEG (.mpg)
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AplicaçõesAplicações
DPCM:DPCM:• Creative Labs Video BlasterCreative Labs Video Blaster• Codificador arquivos (.avi)Codificador arquivos (.avi)
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Resumo Resumo (Recapitulando)(Recapitulando)
DPCMDPCM• Diferença entre os sinaisDiferença entre os sinais• Menos bitsMenos bits
DMDM• Um bits - PassoUm bits - Passo• Sobre-inclinação (Slope Over-load)Sobre-inclinação (Slope Over-load)
ADMADM• Passo do DM variável com o tempoPasso do DM variável com o tempo
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Referências BibliográficasReferências Bibliográficas REEVES, A. H., French Patent No. 49 159/833 929,
July 5, 1937 REEVES, A. H., French Patent No. 852 183, Oct. 3,
1938. CUTLER, C.C., Differential Quantization for
Communication Signals, , 1952, US Patent 2,605,361.
SCHOUTEN, J.S., F.E. DeJAGER, and J.A. GREEFKES, Delta Modulation, a New Modulation System for Telecommunications, 1952, Phillips, pp. 237-245.
BARNWELL, T.P., et al., Adaptive Differential PCM Speech Transmission, 1974, Rome Air Development Center.