Codificação Diferencial DPCM, DM e ADM

1. Codificação DiferencialDPCM, DM e ADM Bruno Edson bemaf@cin.ufpe.br www.bemaf.cjb.net

2. Codificação Diferencial • Histórico Codificação Diferencial • Definição e Funcionamento: • DPCM • DM • ADM (CVSD) • Vantagens e Desvantagens • Aplicações • Resumo

3. Histórico (Codificação Diferencial) • Necessidade A/D - 1930 • Alec Harvey Reeves – fidelidade 1’s e 0’s. • PCM (A. H. Reeves) – 1937/1938 • Codificação com Predição Linear- 1952 • Bell Telephone Laboratories • DPCM (Cutler) e DM (Schouten) - 1952 • ADM (ADPCM - Barnwell) - 1974

4. DPCM(Diferencial Pulse Code Modulation) • O sinal DPCM é a diferença entre o sinal PCM e sua predição(sinal anterior): • Menor nº de bits utilizado (compressão) • Simples Computacionalmente (Algoritmo)

5. DPCM(Diferencial Pulse Code Modulation) • O Sinal Resultante: • Valor absoluto da amostra • Diferença entre os valores das amostras

6. DPCM(Diferencial Pulse Code Modulation) • PCM X DPCM

7. DPCM(Diferencial Pulse Code Modulation) • Voz: • 256=> 8bits => 8bits x 8kHz = 64Kbps • 64 => 6bits => 6bits x 8kHz = 48Kbps • G = (64 - 48)/64 = 16/64 = 25% • Imagem: • 8bits => 8bits x (800x600)pxl =480kB • 6bits => 6bits x (800x600)pxl = 360kB • G = (480-360)/480 = 120/480 = 25%

8. DPCM(Diferencial Pulse Code Modulation) • Diagrama em Blocos (Codificação)

9. DM (Delta Modulation) • Diferença Fixa: • Passo, Step ou Delta • Estados: • Sobe ou Desce (1 e 0) • Slope-Overload • Granular Error • Input / Output

10. DM (Delta Modulation) • Saídas:

11. DM (Delta Modulation)

12. Granular error (DM) • Como ou Sobe (1) ou Desce(0), o sinal não permanece em um mesmo nível. • Até mesmo muito próximo do valor real.

13. Slope-Overload (DM) • Sobre carga de Inclinação • A curva Sobe ou Decai mais rápido do que os passos possam acompanhar.

14. DM (Delta Modulation) • Diagrama em Blocos (Codificação)

15. ADM • Nomes: • ADM (Adaptative Delta Modulation) • CVSD (Continuos, Variable Slope Delta-Modulation) • Como DM com o tamanho dos passos variando com o tempo (adaptativo).

16. ADM (Codificador)

17. ADM (Decodificador)

18. ADM • Os passos variam de acordo com o histórico do sinal. • Equações: • Sx(k) = e(k-2) + e(k-1)*Sx(k-1) • x^(k) = Sx(k) + Sx(k-1)

19. ADM • Variação do Passo:

20. ADM • Grandes variações no sinal • Passos Maiores • Componentes de freqüência alta • Utilização de Filtros Passa-Baixas

21. Vantagens • DPCM: • Qualidade muito boa, próxima ao PCM. • Simples Computacionalmente • DM: • Apenas 1 bit • Muito Simples de Implementar • ADM: • Apenas 1 bit • Mais fiel que o DM pela adaptatividade

22. Desvantagens • DPCM: • Número de bits elevado em relação aos demais formas derivativas • Maior Banda • DM: • Granular Error • Slope-Overload • ADM: • Granular Error (passos pequenos) • Mais complexo que o DM

23. Aplicações • Codificação Diferencial • Compressão de Dados: • Áudio • MPEG-3 (.mp3) • Imagem • JPEG (.jpg, .jpeg) • Vídeo • MPEG (.mpg)

24. Aplicações • DPCM: • Creative Labs Video Blaster • Codificador arquivos (.avi)

25. Resumo (Recapitulando) • DPCM • Diferença entre os sinais • Menos bits • DM • Um bits - Passo • Sobre-inclinação (Slope Over-load) • ADM • Passo do DM variável com o tempo

26. Referências 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.