Codificacion PCm

13
Objetivo Describir la técnica modulación por codifcación de pulso PCM utilizada para digitalizar señales analógicas. 3 PCM – DIGITALIZACIÓN DE SEÑAL ANALÓGICA

description

teoria de la modulacion PMC

Transcript of Codificacion PCm

Diapositiva 1

ObjetivoDescribir la tcnica de modulacin por codificacin de pulsos PCM utilizada para digitalizar seales analgicas. 3PCM DIGITALIZACINDE SEAL ANALGICA1.- CONVERSIN ANALGICA A DIGITALEl mundo fsico es fundamentalmente analgico (Frenzel, 2003) (Blake, 2004)CONVERSIN ANALGICA A DIGITALDescripcinLas magnitudes fsicas que sirven para representar fenmenos naturales son, por lo general, analgicas, por ejemplo: voz, msica, imgenes, temperatura, radiacin, humedad, etc.

En consecuencia, los sistemas electrnicos de comunicacin, que, en su mayora, procesan datos digitales, deben tratar con estas magnitudes fsicas analgicas en su punto de contacto con el mundo exterior (sus entradas); y para procesarlas las convierten a datos digitales.

El proceso de conversin se resume as: Un transductor (micrfono, cmara de video, sensor, etc.) convierte la magnitud fsica en una seal elctrica analgica. Un acondicionador (amplificador, filtro, etc.) acondiciona la seal elctrica analgica.Un A/D convierte la seal elctrica analgica en dato digital (flujos de 0s y 1s).

Proceso de conversin

El convertidor A/D utiliza habitualmente la tcnica PCM.2.- TCNICA PCMModulacin por Pulsos Codificados PCMTCNICA PCMAlle Reeves, 1937Es la tcnica ms habitual para digitalizar una seal analgica. Consta de 3 procesos que se ejecutan en un codificador PCM: Muestreo, Cuantificacin y Codificacin.

1. MuestreoSe toman muestras de la seal analgica a intervalos de tiempo constantes.2. CuantificacinEn paralelo con el muestreo, se mide el valor de la muestra y se le asigna un valor discreto en una escala de valores posibles.3. CodificacinA cada valor de la muestra se le asigna un cdigo binario.Codificador PCM (Forouzan, 2007)Cada muestra esta representada por un paquete binario. Ejemplo con PCMEl conversor A/D utiliza la tcnica PCMEjemplo 1.- Digitalizacin de seal analgicaUna seal analgica se convierte a datos digitales utilizando la tcnica PCM, con un periodo de muestreo TS, 16 niveles de cuantificacin y una codificacin de 4 bits por muestra. El intervalo de voltaje analgico oscila entre 0 y 15 V.

(Frenzel, 2003)En cada instante de muestreo se generan nmeros binarios.3.- EL PROCESO DE MUESTREOExisten 2 mtodos de muestreo (Blake, 2004)MTODOS DE MUESTREOMuestreo naturalUn conmutador de alta velocidad se enciende por cortos periodos de tiempo. Las muestras siguen el nivel de la seal.Muestreo de cresta planaUn conmutador de alta velocidad se enciende por cortos periodos de tiempo. Las muestras permanecen al nivel de la seal al comienzo de la muestra, gracias a un circuito de muestreo y retencin (S/H). El conmutador de alta velocidad es un MOSFET. El S/H es un amplificador operacional de alta ganancia. Este mtodo es el ms comn.

Mtodos de muestreoCules son las restricciones sobre el periodo de muestreo?FRECUENCIA DE MUESTREOLa seal se muestrea cada tiempo TS (periodo de muestreo). El inverso de TS es la frecuencia o tasa de muestreo fS que se mide en muestras/segundo o Hz.4.- EL PROCESO DE CUANTIFICACIN

Porqu se cuantifica?La diferencia entre valor real y cuantificado produce un error.PORQU SE CUANTIFICA?El muestreo genera pulsos con amplitudes comprendidas entre la mnima y mxima amplitud de la seal. El conjunto de amplitudes puede ser infinito con valores no enteros que no pueden usarse en el proceso de codificacin. Consta de 3 procesos que se ejecutan en un cuantificador.Ejemplo (Forouzan, 2007)1. CuantificacinConsiste en dividir el rango de amplitudes en un nmero limitado de intervalos de cuantificacin.8 intervalos de 5 V de altura. 2. Valor cuantificadoLas amplitudes se normalizan al valor de la altura de los intervalos y las muestras toman los valores cuantificados que se fijan en el punto medio de cada intervalo; las que estn dentro de un mismo intervalo toman el mismo valor cuantificado.

20/5 = 4..15/5 = 3..10/5 = 2. etc.Muestras: 3,50.2,50.1,50.etc.3. CodificacinCada muestra se cambia a un cdigo de cuantificacin con base a su valor de cuantificacin.Muestras: 7.6.5.etc.Niveles de cuantificacinCuntos niveles son necesarios? (Blake, 2004)La cuantificacin produce un error de cuantificacin.NIVELES DE CUANTIFICACINCuntos niveles son necesarios?El nmero de niveles de cuantificacin depende del rango de las amplitudes de la seal analgica y de la precisin con la que se necesite recuperarla.En el ejemplo 10 se han mostrado 8 niveles de cuantificacin.

Si la amplitud de la seal flucta slo entre 2 valores, se necesitan slo 2 niveles.

La seal de audio, como la de voz, tiene muchos valores de amplitud, por eso necesita ms niveles, normalmente 256.

En video, normalmente se necesitan miles de niveles.

Numero de nivelesNMERO DE NIVELESEl nmero de niveles disponibles depende del nmero de bits utilizados para expresar el valor de la muestra. Ejemplo 11.- Niveles de cuantificacinCalcule el nmero de niveles si el nmero de bits por muestra es: a) 8 como en telefona, b) 16 como en los sistemas de audio de CD.Ejemplo 12.- Nmero de bits por muestraSe est muestreando una seal, y cada muestra necesita al menos 12 niveles de precisin. Cuntos bits se necesitan?Respuesta Ejemplo 124 bits.Respuesta Ejemplo 11a) 256.b) 65.536.Error de cuantificacinEl error produce ruido de cuantificacin (Blake, 2004)ERROR DE CUANTIFICACINCundo se produce?La cuantificacin es un proceso de aproximacin. Los valores de entrada del cuantificador son reales, los de salida son aproximados.

Si el valor de entrada se encuentra en la mitad del intervalo no hay error de cuantificacin, en otro caso s.

El error disminuye si se aumentan los intervalos de cuantificacin y se eliminara totalmente si el nmero de intervalos fuera infinito, lo cual no es posible.

El error de cuantificacin deforma la seal reconstruida y causa una distorsin que se denomina ruido de cuantificacin.

(Forouzan, 2007)RUIDO DE CUANTIFICACINQu es?El nivel de ruido de cuantificacin afecta a la relacin seal a ruido S/N del sistema o su equivalente el intervalo dinmico, que se entiende como el cociente entre la seal ms fuerte que puede transmitirse y la seal discernible ms dbil.

Se puede demostrar que la relacin S/N mxima para un sistema lineal de PCM depende del nmero de niveles de cuantificacin o de bits por muestra.

Relacin S/NEl nivel de ruido de cuantificacin disminuye al incrementar el nmero de niveles.Caractersticas de la cuantificacin uniformeSus intervalos tienen la misma altura. (Blake, 2004) (Forouzan, 2007)CUANTIFICACIN UNIFORMECaractersticasAs se llama la cuantificacin cuyos intervalos tienen la misma altura.

En esta cuantificacin el error generado es similar para cualquier amplitud de muestra; lo cual es un problema para las muestras de amplitud pequea, porque el error es casi tan grande como la muestra, pudiendo malograr la relacin S/N.

En seales analgicas, como las seales de voz, los cambios en la amplitud ocurren ms frecuentemente en las amplitudes ms pequeas que en las grandes, por lo que esta cuantificacin no es la recomendable.

Ejemplo 16.- Cuantificacin uniformeEl intervalo de voltaje de un convertidor A/D que usa palabras de 14 bits es de 6 a +6 V. Calcule:

El nmero de niveles de cuantificacin que estn representados.La altura que tiene cada intervalo de cuantificacin.La relacin S/N para dicho convertidor A/D. Respuesta Ejemplo 16a) N = 16.384.b) altura = 732,4 V.c) S/N = 86,04 dB.Seal de vozPara tener una S/N del mismo valor para cualquier amplitud de muestra se utiliza la cuantificacin no uniforme..Caractersticas de la cuantificacin no uniforme (Blake, 2004)La cuantificacin no uniforme se consigue con Companding.CUANTIFICACIN NO UNIFORMECaractersticasEn esta cuantificacin, los intervalos se distribuyen de forma no uniforme: son ms angostos para las muestras de amplitudes pequeas y ms amplios para las de amplitudes grandes.

Para las pequeas es como si se utilizase un nmero alto de intervalos, reduciendo el error de cuantificacin.

Para las grandes el nmero de intervalos disminuye, aumentando el error de cuantificacin, pero conservando una calidad suficiente.

La cuantificacin no uniforme tambin se puede conseguir utilizando el proceso denominado compresin-expansin (Companding).

Sus intervalos no tienen la misma altura.COMPANDINGUsa un amplificador compresor a la entrada, con mayor ganancia para las amplitudes pequeas de la seal que para las grandes. El compresor reduce el error de cuantificacin para amplitudes pequeas.

El efecto de la compresin se invierte por expansin en el receptor, con una ganancia que es el inverso de la del transmisor.

Para las seales de voz, existen 2 mtodos de compresin: el de ley (EE.UU y Japn) y ley A (Europa y resto del mundo).

Cuantificacin no uniformeCompanding en telefonaExisten dos mtodos de compresin (Blake, 2004)Ley y Lay A son mtodos de compresin usados en telefona. Ley de compresin - Funcin de transferencia

FINReferencias bibliogrficasCules son las referencias bibliogrficas?REFERENCIAS BIBLIOGRFICASBateman, A. (2003). Comunicaciones digitales. Sevilla: Marcombo.

Blake, Roy (2004). Sistemas electrnicos de comunicaciones . Mxico: Thomson.

Coimbra, E. (18 de Agosto de 2013). Datos y seales analgicas y digitales. Obtenido de http://es.slideshare.net/edisoncoimbra/21datos-y-seales-analogicas-y-digitales

Forouzan, B. A. (2007). Transmisin de datos y redes de comunicaciones. Madrid: McGraw-Hill.

Frenzel (2003). Sistemas Electrnicos de Comunicaciones. Madrid: Alfaomega.