Nộn tớn hiệu audio đó được số hoỏ
2.3.3.Phương phỏp mó dự đoỏn (DPCM).
Phương phỏp mó dự đoỏn hay cũn gọi là điều xung mó vi sai (DPCM- Differential Pulse Code Modulation) khụng mó hoỏ thụng tin cú biờn độ ở mỗi mẫu, mà chỉ mó hoỏ thụng tin cú biờn độ vi sai (biờn độ chờnh lệch) giữa mẫu đó cho và trị dự bỏo (được tạo từ cỏc mẫu trước đú). Sơ đồ khối đơn giản của bộ điều chế mó xung vi sai được vẽ trờn hỡnh 2.6.
Tớn hiệu vàoSai lệch Tớn hiệu DPCMTớn hiệu khụi phục Sai lệch
Tín hiệu DPCM Tín hiệu khôi phục
Tớn hiệu nhịpTớn hiệu nhịp Tín
hiệu nhịp
Khụi phục
Hỡnh 2.6. Cấu trỳc mó hoỏ và giải mó DPCM.
Bộ mã hoá PCM Σ Bộ giải mã PCM Bộ giải mã PCM
Những õm thanh chuẩn chu kỳ tạo ra những õm thanh rất tương quan trong õm thanh hữu thanh. Ngược lại, những õm thanh vụ thanh thỡ cú xu hướng khụng tương quan. Sự trội hơn hẳn của cỏc õm thanh cú nghĩa là tớnh tương quan trong cỏc tớn hiệu audio cú thể khai thỏc được một cỏch cú hiệu quả. Do tớnh tương quan cao của cỏc mẫu audio, sai lệch giữa 2 mẫu kề nhau thường khỏ nhỏ so với giỏ trị của từng mẫu:
S n - S n-1 < S n . (2.4)
trong đú : S n = S[n/fS] - là giỏ trị mẫu của tớn hiệu vào tại nhịp lấy mẫu thứ n.
Vỡ vậy thay vỡ mó hoỏ cỏc giỏ trị mẫu audio như với PCM, chỉ cần mó hoỏ sai lệch giữa cỏc mẫu audio liờn tiếp và chỉ cần một số bớt ít hơn để mó.
Do độ tương quan giữa cỏc mẫu audio khỏ lớn nờn cú thể thực hiện dự đoỏn một cỏch gần đỳng một giỏ trị mẫu nào đú từ một số mẫu trước đú. Do đú người ta cú thể xõy dựng được phương phỏp: “Điều chế mó xung vi sai với bộ dự đoỏn”.
Trong quỏ trỡnh mó hoỏ cú dự đoỏn, ước lượng về mẫu tiếp theo cú thể dựa trờn mối tương quan giữa cỏc phần tử, cỏc đoạn hay cỏc mẫu tớn hiệu. khi ước lượng này khỏ phự hợp thỡ sai lệch giữa một giỏ trị mẫu n và giỏ trị mẫu dự đoỏn của nú cũn nhỏ hơn nữa so với sai lệch giữa cỏc mẫu kế tiếp. Vỡ vậy, bằng cỏch sử dụng thờm bộ dự đoỏn ta cú thể chỉ cần mó giỏ trị sai lệch giữa gỏi trị thực và giỏ trị dự đoỏn của mẫu tớn hiệu và số bớt cần sử dụng để mó cũn cú thể giảm hơn nữa so với DPCM khụng cú bộ dự đoỏn. Sơ đồ cấu trỳc mó và giải mó DPCM với bộ dự đoỏn trờn hỡnh 2.7.
Sn(t) +R + Rn Sn(t)-Xn S Sn(t) 45 Bộ mã hoá PCM Σ Bộ giải mã PCM Bộ dự đoán Σ Bộ dự đoán
Xn Xn
Hỡnh 2.7. Cấu trỳc mó và giải mó DPCM với bộ dự đoỏn.
Theo cấu trỳc mó và giải mó như trờn hỡnh 2.7, một bộ dự đoỏn được sử dụng để tạo ra giỏ trị ước lượng của mẫu tiếp theo và sai lệch của sự ước lượng này với giỏ trị thực của mẫu tớn hiệu kế tiếp được mó hoỏ PCM. Tớn hiệu ở lối vào của bộ dự đoỏn được hỡnh thành từ một bộ mó giải mó PCM. Phớa nhận cỏc thuật toỏn ngược lại được thực hiện. Tớn hiệu lối vào của bộ mó hoỏ PCM phớa phỏt là:
Rn = Sn(t) - Xn. (2.5) trong đú chỉ số n phớa trờn biểu thị nhịp lấy mẫu thứ n.
Giỏ trị ước lượng của mẫu tiếp theo (tớn hiệu lối ra của bộ dự đoỏn) được xỏc định (ngoại suy) từ L mẫu trước đú theo biểu thức:
(2.6)
Cỏc hệ số ai là hệ số trọng số của thuật toỏn dự đoỏn, được lựa chọn một cỏch thớch hợp. Phần tử được sử dụng rộng rói trong thực hiện bộ dự đoỏn là bộ lọc giàn bao gồm cỏc đoạn dõy giữ chậm T (là khoảng cỏch giữa cỏc mẫu) và mạng kết hợp trọng số như hỡnh 2.8. Lối vào T T T a 1 a 2 a n
Σ
Lối ra
Hỡnh 2.8. Bộ lọc giàn dựng mạch dự đoỏn.
Bậc của bộ dự đoỏn thường được giới hạn tới 3 hoặc 4 và tăng ích của cỏc bộ dự đoỏn tiờu biểu là 15dB.
Việc trả giỏ cho sự giảm phổ chiếm của tớn hiệu, cú được nhờ giảm độ dư thừa trong tớn hiệu, là mức độ nhạy cảm đối với lỗi truyền dẫn tỷ lệ với mức độ dư thừa. Do tớn hiệu thực sự được mó chỉ là sai số giữa tớn hiệu thực và tớn hiệu dự đoỏn, nếu cú sai lỗi trong truyền dẫn thỡ sai lỗi này sẽ được cộng vào tớn hiệu khụi phục trong suốt qỳa trỡnh khụi phục, bởi vỡ phần thu chỉ thực hiện giải mó độ chờnh, tớch phõn lại và cộng kết quả với mẫu tớn hiệu đó được khụi phục trước đú, và cứ vậy sai lỗi cú thể lan ra toàn tớn hiệu được khụi phục.
DCPM đựa trờn tiền đề là cỏc mẫu tớn hiệu liờn tiếp, núi chung độ chờnh nhỏ, nhờ vậy chỉ cần ít bit để mó. Điều này đỳng với cỏc loại tớn hiệu biến thiờn tương đối chậm. Với cỏc tớn hiệu biến thiờn khỏ nhanh thỡ việc sử dụng tương đối ít bit để mó độ chờnh sẽ gõy mộo tớn hiệu, hiện tượng này gọi là quỏ tải sườn.