รหัสพัลส์ การมอดูเลตเป็นวิธีการหนึ่ง ที่ใช้ในการแปลงไฟล์ สัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อให้สัญญาณอนาล็อกที่แก้ไขแล้วสามารถส่งผ่านเครือข่ายการสื่อสารดิจิทัล PCM อยู่ในรูปแบบไบนารีดังนั้นจะมีเพียงสองสถานะที่เป็นไปได้สูงและต่ำ (0 และ 1) นอกจากนี้เรายังสามารถรับสัญญาณแอนะล็อกของเรากลับมาได้โดยการ demodulation กระบวนการมอดูเลตรหัสพัลส์ทำในสามขั้นตอน Sampling, Quantization และ Coding มีการมอดูเลตรหัสพัลส์เฉพาะสองประเภทเช่นการมอดูเลตรหัสพัลส์ที่แตกต่างกัน (DPCM) และการมอดูเลตรหัสพัลส์ส่วนต่างแบบปรับได้ (ADPCM)

“เครื่องคำนวณตัวกรองความถี่สูงลำดับแรก ”

แผนภาพบล็อกของ PCM

นี่คือแผนภาพบล็อกของขั้นตอนต่างๆที่รวมอยู่ใน PCM

ในการสุ่มตัวอย่างเราใช้ PAM sampler ที่เป็น Pulse Amplitude Modulation Sampler ซึ่งจะแปลงสัญญาณแอมพลิจูดต่อเนื่องเป็นสัญญาณต่อเนื่องแบบไม่ต่อเนื่อง (PAM พัลส์) แผนภาพบล็อกพื้นฐานของ PCM แสดงไว้ด้านล่างเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น

Pulse Code Modulation คืออะไร?

เพื่อให้ได้รูปคลื่นมอดูเลตรหัสพัลส์จากรูปคลื่นอนาล็อกที่ เครื่องส่ง จุดสิ้นสุด (แหล่งที่มา) ของวงจรการสื่อสารความกว้างของตัวอย่างสัญญาณแอนะล็อกในช่วงเวลาปกติ อัตราการสุ่มตัวอย่างหรือจำนวนตัวอย่างต่อวินาทีเป็นหลายเท่าของความถี่สูงสุด สัญญาณข้อความที่แปลงเป็นรูปแบบไบนารีโดยปกติจะอยู่ในจำนวนระดับซึ่งจะมีค่าเป็น 2 เสมอกระบวนการนี้เรียกว่าการหาปริมาณ

องค์ประกอบพื้นฐานของระบบ PCM

ในตอนท้ายของเครื่องรับตัวถอดรหัสรหัสพัลส์จะถอดรหัสสัญญาณไบนารีกลับเป็นพัลส์โดยมีระดับควอนตัมเดียวกันกับที่อยู่ในโมดูเลเตอร์ โดยกระบวนการต่อไปเราสามารถเรียกคืนรูปคลื่นอนาล็อกเดิมได้

ทฤษฎีการมอดูเลตรหัสพัลส์

แผนภาพบล็อกด้านบนนี้อธิบายกระบวนการทั้งหมดของ PCM แหล่งที่มาของเวลาต่อเนื่อง สัญญาณข้อความ จะถูกส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำจากนั้นทำการสุ่มตัวอย่าง Quantization, Encoding เราจะดูรายละเอียดทีละขั้นตอน

การสุ่มตัวอย่าง

การสุ่มตัวอย่างเป็นกระบวนการวัดความกว้างของสัญญาณเวลาต่อเนื่องที่อินสแตนซ์แบบไม่ต่อเนื่องแปลงสัญญาณต่อเนื่องเป็นสัญญาณไม่ต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่นการแปลงคลื่นเสียงเป็นลำดับตัวอย่าง ตัวอย่างคือค่าหรือชุดของค่า ณ ช่วงเวลาหนึ่งหรือสามารถเว้นระยะห่างได้ แซมเพลอร์แยกตัวอย่างของสัญญาณต่อเนื่องซึ่งเป็นระบบย่อยในอุดมคติของแซมเปิลสร้างตัวอย่างที่เทียบเท่ากับค่าทันทีของสัญญาณต่อเนื่องที่จุดต่างๆที่ระบุ กระบวนการสุ่มตัวอย่างจะสร้างสัญญาณ Pulse Amplitude Modulated (PAM) แบบแบนด้านบน

สัญญาณอนาล็อกและตัวอย่าง

ความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง Fs คือจำนวนตัวอย่างเฉลี่ยต่อวินาทีหรือที่เรียกว่าอัตราการสุ่มตัวอย่าง ตามอัตราการสุ่มตัวอย่างของ Nyquist Theorem ควรมีอย่างน้อย 2 เท่าของความถี่คัตออฟด้านบน ความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง Fs> = 2 * fmax เพื่อหลีกเลี่ยงเอฟเฟกต์นามแฝง หากความถี่ในการสุ่มตัวอย่างสูงกว่าอัตรา Nyquist มากมันจะกลายเป็น Oversampling ในทางทฤษฎีสัญญาณที่ จำกัด แบนด์วิดท์สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้หากสุ่มตัวอย่างที่สูงกว่าอัตรา Nyquist หากความถี่ในการสุ่มตัวอย่างน้อยกว่าอัตรา Nyquist จะกลายเป็น Undersampling

โดยทั่วไปจะใช้เทคนิคสองประเภทสำหรับกระบวนการสุ่มตัวอย่าง ได้แก่ 1. การสุ่มตัวอย่างตามธรรมชาติและ 2. การสุ่มตัวอย่างแบบแบนด้านบน

Quantization

ในการหาปริมาณตัวอย่างอะนาล็อกที่มีแอมพลิจูดที่แปลงเป็นตัวอย่างดิจิทัลที่มีแอมพลิจูดซึ่งรับชุดค่าควอนไทเซชันที่กำหนดไว้โดยเฉพาะ การหาปริมาณทำได้โดยการแบ่งช่วงของค่าที่เป็นไปได้ของตัวอย่างอะนาล็อกออกเป็นระดับต่างๆและกำหนดค่าศูนย์กลางของแต่ละระดับให้กับตัวอย่างใด ๆ ในช่วงการหาปริมาณ Quantization จะประมาณค่าตัวอย่างอะนาล็อกกับค่า quantization ที่ใกล้ที่สุด ดังนั้นตัวอย่างเชิงปริมาณเกือบทั้งหมดจะแตกต่างจากตัวอย่างเดิมเล็กน้อย จำนวนนั้นเรียกว่า quantization error ผลลัพธ์ของข้อผิดพลาดในการหาปริมาณนี้คือเราจะได้ยินเสียงดังฟู่เมื่อเล่นสัญญาณแบบสุ่ม การแปลงตัวอย่างอะนาล็อกเป็นเลขฐานสองที่เป็น 0 และ 1

โดยส่วนใหญ่เราจะใช้ควอนไทเซอร์แบบสม่ำเสมอ การหาปริมาณสม่ำเสมอสามารถใช้ได้เมื่อค่าตัวอย่างอยู่ในช่วง จำกัด (Fmin, Fmax) ช่วงข้อมูลทั้งหมดแบ่งออกเป็น 2 ระดับปล่อยให้เป็นช่วง L พวกมันจะมีความยาวเท่ากัน Q. Q เรียกว่า Quantization interval หรือขนาดขั้นตอนการหาปริมาณ ในการหาปริมาณที่สม่ำเสมอจะไม่มีข้อผิดพลาดในการหาปริมาณ

สัญญาณปริมาณสม่ำเสมอ

อย่างที่เราทราบกันดีว่า
L = 2n แล้วขนาดขั้นตอน Q = (Fmax - Fmin) / L

“แหล่งจ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลงกระแสสูง ”

ช่วงเวลา i ถูกจับคู่กับค่ากลาง เราจะจัดเก็บหรือส่งเฉพาะค่าดัชนีของมูลค่าเชิงปริมาณ

ค่าดัชนีของค่าเชิงปริมาณ Qi (F) = [F - Fmin / Q]

ค่าควอนตัส Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

แต่มีปัญหาบางอย่างที่เกิดขึ้นในการหาปริมาณที่สม่ำเสมอนั่นคือ

เหมาะสมที่สุดสำหรับสัญญาณที่กระจายอย่างสม่ำเสมอเท่านั้น
สัญญาณเสียงจริงมีความเข้มข้นใกล้ศูนย์มากขึ้น
หูของมนุษย์มีความไวต่อข้อผิดพลาดในการหาปริมาณมากกว่าที่ค่าเล็กน้อย

วิธีแก้ปัญหานี้คือการใช้ Non-uniform quantization ในกระบวนการนี้ช่วงเวลาการหาปริมาณจะเล็กลงใกล้ศูนย์

การเข้ารหัส

ตัวเข้ารหัสเข้ารหัสตัวอย่างเชิงปริมาณ ตัวอย่างเชิงปริมาณแต่ละตัวอย่างถูกเข้ารหัสเป็นไฟล์ รหัสรหัส 8 บิต โดยใช้ A-law ในกระบวนการเข้ารหัส

บิต 1 เป็นบิตที่สำคัญที่สุด (MSB) ซึ่งแสดงถึงขั้วของตัวอย่าง “ 1” แทนขั้วบวกและ“ 0” หมายถึงขั้วลบ
บิต 2,3 และ 4 จะกำหนดตำแหน่งของค่าตัวอย่าง บิตทั้งสามนี้รวมกันเป็นเส้นโค้งเชิงเส้นสำหรับตัวอย่างเชิงลบหรือเชิงบวกระดับต่ำ
บิต 5,6,7 และ 8 เป็นบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด (LSB) ซึ่งแสดงถึงค่าเชิงปริมาณกลุ่มหนึ่ง แต่ละส่วนแบ่งออกเป็น 16 ระดับควอนตัม

PCM คือการมอดูเลต Differential Pulse Code (DPCM) สองประเภทและ Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM)

ใน DPCM มีการเข้ารหัสเฉพาะความแตกต่างระหว่างตัวอย่างและค่าก่อนหน้าเท่านั้น ความแตกต่างจะน้อยกว่าค่าตัวอย่างทั้งหมดมากดังนั้นเราจึงต้องการบิตเพื่อให้ได้ความแม่นยำเช่นเดียวกับ PCM ทั่วไป เพื่อให้อัตราบิตที่ต้องการลดลงด้วย ตัวอย่างเช่นในรหัส 5 บิต 1 บิตใช้สำหรับขั้วและอีก 4 บิตที่เหลือสำหรับ 16 ระดับควอนตัม

ADPCM ทำได้โดยการปรับระดับการหาปริมาณให้เข้ากับลักษณะสัญญาณอนาล็อก เราสามารถประมาณค่าด้วยค่าตัวอย่างก่อนหน้า การประมาณข้อผิดพลาดทำได้เช่นเดียวกับใน DPCM ในความแตกต่างของวิธี ADPCM 32Kbps ระหว่างค่าที่คาดการณ์และตัวอย่างค่าจะถูกเข้ารหัสด้วย 4 บิตดังนั้นเราจะได้ระดับควอนตัม 15 ระดับ ในวิธีนี้อัตราข้อมูลเป็นครึ่งหนึ่งของ PCM ทั่วไป

Pulse Code Demodulation

Pulse Code Demodulation จะทำเช่นเดียวกัน กระบวนการมอดูเลต ในทางกลับกัน Demodulation เริ่มต้นด้วยกระบวนการถอดรหัสในระหว่างการส่งสัญญาณ PCM จะได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวน ดังนั้นก่อนที่สัญญาณ PCM จะส่งไปยัง PCM demodulator เราต้องกู้คืนสัญญาณให้อยู่ในระดับเดิมเพื่อที่เราจะใช้ตัวเปรียบเทียบ สัญญาณ PCM เป็นสัญญาณคลื่นพัลส์แบบอนุกรม แต่สำหรับการดีมอดูเลตเราต้องใช้คลื่นที่จะขนานกัน

ด้วยการใช้ตัวแปลงแบบอนุกรมเป็นแบบขนานสัญญาณพัลส์เวฟซีรีส์จะถูกแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลแบบขนาน หลังจากนั้นสัญญาณจะผ่านตัวถอดรหัส n-bits ควรเป็นตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก ตัวถอดรหัสจะกู้คืนค่า quantization ดั้งเดิมของสัญญาณดิจิทัล ค่าปริมาณนี้ยังรวมถึงฮาร์โมนิกความถี่สูงจำนวนมากพร้อมสัญญาณเสียงดั้งเดิม เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณที่ไม่จำเป็นเราใช้ตัวกรองความถี่ต่ำในส่วนสุดท้าย

ข้อดีของการปรับรหัสพัลส์

สัญญาณอนาล็อกสามารถส่งผ่านระบบดิจิตอลความเร็วสูง ระบบสื่อสาร .
ความน่าจะเป็นของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นจะลดลงโดยใช้วิธีการเข้ารหัสที่เหมาะสม
PCM ใช้ในระบบ Telkom, การบันทึกเสียงดิจิทัล, เทคนิคพิเศษของวิดีโอดิจิทัล, วิดีโอดิจิทัล, วอยซ์เมล
PCM ยังใช้ในชุดควบคุมวิทยุเป็นเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับสำหรับรถยนต์เรือเครื่องบินที่ควบคุมระยะไกล
สัญญาณ PCM ทนต่อสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าสัญญาณปกติ

ทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ Pulse Code Modulation และ Demodulation . เราเชื่อว่าข้อมูลที่ให้ไว้ในบทความนี้มีประโยชน์สำหรับคุณเพื่อให้เข้าใจแนวคิดนี้ได้ดีขึ้น นอกจากนี้ข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับบทความนี้หรือความช่วยเหลือในการนำไปใช้ โครงการไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ คุณสามารถติดต่อเราได้โดยการแสดงความคิดเห็นในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณแอพพลิเคชั่น Pulse Code Modulation คืออะไร?

เครดิตภาพ: