Modulacion

Modulación por codificación de pulsos diferencial adaptativa, es un codificador de forma de onda que funciona en base a DPCM (modulación por codificación de pulsos diferencial). Su funcionamiento es básicamente el siguiente:

Antes de la señal ser digitalizada, la señal análoga se divide en bandas de frecuencia por medio de los filtros QMF, que lo que hacen es dividir la señal de entrada en una superior y una inferior. Posteriormente a este proceso de filtrado se procede con las operaciones propias de DPCM para la digitalización, como lo son el muestreo, cuantificación del error de predicción y codificación.

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Durante el proceso de cuantificación y predicción, ADPCM lo que hace es adaptarse a los cambios del residuo de predicción. Hay dos métodos para adaptar los cuantificadores y los predictores, llamados adaptación en feedforward y adaptación en feedbackward. En la adaptación feedforward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan en el emisor, usando un bloque de voz. Después son cuantificados y transmitidos al receptor como información lateral. Tanto el emisor como el receptor usan estos valores cuantificados para hacer las predicciones y cuantificar el residuo.

En la adaptación feedbackward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan a partir de la señal codificada. Puesto que la señal es conocida tanto por el emisor como por el receptor, no hay necesidad de transmitir información lateral, así el predictor y el cuantificador pueden actualizarse para cada muestra. La adaptación feedbackward puede dar menores bitrates1, pero es más sensible a los errores de transmisión que la adaptación feedforward.

Lo anterior lleva a concluir que se podría usar la adaptación feedbackward para tener menos bit rates y así comprimir más al filtrar las sub bandas, pero el precio serían más errores en la transmisión. Esto depende del servicio que tenga que prestarse, si la transmisión es de importancia vital, o que no pueda haber errores por ningún motivo, es mejor no usar esta adaptación.

ADPCM es muy útil para codificar voz a bit rates medios. La CCITT propone un estándar de codificación de voz telefónica a una velocidad de 32 kb/s. Es el estándar G.721.

Por último, una vez hecho todo el proceso anterior, se multiplexan los resultados para ser almacenados o transmitidos. El proceso en el decodificador es inverso, primero demultiplexa y luego decodifica cada sub banda.

En la figura podemos observar el codificador y el decodificador, el primero con la señal de entrada, y el decodificador recibe la señal comprimida y luego la saca reconstruida, después de haber pasado por todos los procesos como la cuantización y la adaptación del predictor.

1. INTRODUCCIÓN

En la actualidad son muchas las razones por las cuales preferible utilizar un sistema digital a un sistema analógico, es por su velocidad, economía, flexibilidad y funcionalidad que muchos sistemas analógicos se han convertido en sistemas digitales como por ejemplo fotografías, grabaciones de video, grabaciones de audio e incluso el sistema telefónico. Existen diferentes maneras de transformar señales analógicas a señales digitales entre ellas están los codificadores de forma de onda, estos intentan reproducir la forma de onda de la señal de entrada y se pueden dividir segun la forma de onda en dos grupos: en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Entre los codificadores de forma de onda de una señal en el dominio del tiempo encontramos PCM, DPCM Y ADPCM.

En PCM (Pulse Code Modulation-Modulación por impulsos codificados) se representa una señal analógica en una señal digital, utilizando la magnitud de la onda, esta es muestreada y cuantificada en un determinado nivel entre un conjunto finito de niveles de reconstrucción, estos niveles corresponden con una secuencia binaria la cual es enviada al receptor. DPCM (Differential Pulse Code Modulation-Modulación por codificación de impulsos diferencial) aprovecha la forma de onda de la señal utilizando la correlación entre muestras adyacentes de manera que en esta modulación solo se transmite las diferencias entre lasmuestras. Finalmente ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation-Modulación por codificación de impulsos diferencial adaptativa) es un codificador de onda basado en DPCM el cual antes de digitalizar toma la señal analógica y la divide en bandas de frecuencia. Este tipo de codificación es muy utilizada en compresión de datos tanto en codificación de voz como de imagen.

2 MARCO TEORICO

2.1. Adaptive Differential Pulse Code Modulation (Modulación por codificación de impulsos diferencial adaptativa)

La modulación por codificación de impulsos diferencial adaptativa (ADPCM), es una forma de modulación por codificación de impulsos (PCM) que produce una menor tasa de bits que PCM. Utiliza un predictor adaptativo, el cual se ajusta de acuerdo al valor de cada muestra de entrada y por ende reduce el número de bits de necesarios para representar los datos.

Este tipo de modulación se basa en tomar palabras de ocho bits producidas de manera convencional, que representan señales analógicas y compararlas con una estimación de lo que será esa palabra de ocho bits. La diferencia entre estas dos señales (la real y la estimada) es lo que se trasmite. Si la señal estimada es lo suficientemente buena, la diferencia entre ambas palabras será poca, de tal manera que el número de bits para representar cada señal será menor.

En DPCM tanto el predictor como el cuantificador permanecen fijos en eltiempo. Se podría conseguir una mayor eficiencia si el cuantificador se adaptase a los cambios del residuo de predicción. Además, también se podría hacer que la predicción se adaptase a la señal de la voz. Esto aseguraría que la raíz cuadrada del error de predicción se minimice continuamente, con independencia de la señal de voz y de quién la emita.

En pocas palabras, un ADPCM es un codificador de ondas que en vez de cuantificar la señal directamente, como los codificadores PCM, cuantifican la diferencia entre la señal y una predicción hecha a partir de la señal, por lo que se trata de una codificación diferencial adaptativa; en la que la diferencia de la muestra codificada respecto a la muestra anterior se cuantifica con un paso de cuantificación adaptativo. Este paso de cuantificación es adaptativo porque se va incrementando o decrementando en función de la magnitud de las diferencias previamente codificadas.

Señal de Entrada Señal de Salida del sistema ADPCM

2.2. ¿Cómo funciona ADPCM?

Es un codificador de forma de onda que funciona en base a DPCM (modulación

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