差分脉冲编码调制原理解析

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：差分脉冲编码调制的系统原理如图 5-6-1 所示。图5-6-1差分脉冲编码调制的系统原理图图 5-6-1 中，发送端编码器中的预测器与接收端解码器中的预测器是完全一样的，因此，在信道传输无误码的情况下，接收端解码器输出的重构信号Sr与编码器的Sr信号是完全相同的。例如，在较好图像质量的情况下，每一抽样值只需 4 bit 缩码即可，因此大大压缩了传送的比特率。

在 PCM 编码中，每个抽样值都要进行独立的编码，这样就需要较多的编码位数。而在DPCM 中，只将前 1 个抽样值当作预测值，再取当前抽样值与预测值之差进行编码并传输，由于此预测误差的变化范围较小，因此它包含的冗余信息也大大减少，同时也可用较少的编码比特来对预测误差编码，从而降低了编码比特率。

通信系统中的话音等连续变化信号，其相邻抽样值之间有一定的相关性，这个相关性使信号中含有冗余信息，通过上述方案，可大大降低编码比特率。差分脉冲编码调制的系统原理如图 5-6-1 所示。

图5-6-1　差分脉冲编码调制的系统原理图

图 5-6-1 中，发送端编码器中的预测器与接收端解码器中的预测器是完全一样的，因此，在信道传输无误码的情况下，接收端解码器输出的重构信号Sr(k)与编码器的Sr(k)信号是完全相同的。在DPCM系统中的总量化误差e(k)如下式所示。

由上式可知，在 DPCM 系统中的总量化误差只与发送端差值量化器的量化误差有关。因此，在相同码元速率的条件下，DPCM 的量化噪声明显小于PCM的量化噪声。故当DPCM系统与PCM系统抗噪性能相当时，DPCM 系统可以降低对量化器的信噪比要求，即量化器可以减少量化电平数，达到减少编码位数、降低传输速率的目的。

由于 DPCM 中只将前一个抽样值当作预测值，图 5-6-1 中的预测器就可以简化为一个延时电路，其延时时间为一个抽样时间间隔。

综上所述，DPCM 与 PCM 的区别是：PCM 是用信号抽样值进行量化、编码后传输，而DPCM则是用信号抽样值与信号预测值的差值进行量化、编码后传输。由于差值信号的动态范围一般比信号小，如果输入信号的统计特性已知，则进行适当预测可使差值信号范围更为缩小，这样就可以采用较少的位数对差值信号进行编码。例如，在较好图像质量的情况下，每一抽样值只需 4 bit 缩码即可，因此大大压缩了传送的比特率。另外，如果比特速率相同，则DPCM比PCM信噪比可改善 14～17 dB。DPCM 与 DM 的区别是：DPCM 是用 n 位二进制码表示增量，DM 只用 1 位，由于 DPCM 增加了量化级，系统的信噪比要优于DM，但DPCM的缺点是较易受到传输线路噪声的干扰，即在抑制信道噪声方面不如DM。因此，DPCM 很少独立使用，一般要结合其他的编码方法使用。

差分脉冲编码调制原理解析

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