Codificação Diferencial DPCM, DM e ADM

Codificação DiferencialCodificação DiferencialDPCM, DM e ADMDPCM, DM e ADM

Bruno EdsonBruno Edson

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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

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

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)


O Sinal Resultante:O Sinal Resultante:

• Valor absoluto da Valor absoluto da amostraamostra

• Diferença entre os Diferença entre os valores das valores das amostrasamostras


PCM PCM XX

DPCMDPCM


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%


Diagrama em Blocos (Codificação)Diagrama em Blocos (Codificação)

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


Saídas:Saídas:


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.

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.


Diagrama em Blocos (Codificação)Diagrama em Blocos (Codificação)

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).

ADM (Codificador)ADM (Codificador)

ADM (Decodificador)ADM (Decodificador)

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)

ADMADM Variação do Passo:Variação do Passo:

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

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

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

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)

AplicaçõesAplicações

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

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

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.

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