Codificação DiferencialCodificação DiferencialDPCM, DM e ADMDPCM, DM e ADM

Bruno EdsonBruno Edson

bemaf@cin.ufpe.brbemaf@cin.ufpe.br

www.bemaf.cjb.netwww.bemaf.cjb.net

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)

DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)

O Sinal Resultante:O Sinal Resultante:

• Valor absoluto da Valor absoluto da amostraamostra

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

DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)

PCM PCM XX

DPCMDPCM

DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)

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%

DPCMDPCM(Diferencial Pulse Code Modulation)(Diferencial Pulse Code Modulation)

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

DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)

Saídas:Saídas:

DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)

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.

DM DM (Delta Modulation)(Delta Modulation)

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.