差分パルス符号変調はアナログ技術ですデジタル信号変換へ。この手法では、アナログ信号をサンプリングし、サンプリングされた値とその予測値の差を量子化し、信号をエンコードしてデジタル値を形成します。差分パルス符号変調について説明する前に、のデメリットを知っておく必要があります。 PCM（パルス符号変調）。信号のサンプルは互いに高度に相関しています。現在のサンプルから次のサンプルへの信号の値は、大きな違いはありません。信号の隣接するサンプルは、わずかな違いで同じ情報を運びます。これらのサンプルが標準のPCMシステムでエンコードされている場合、結果のエンコードされた信号には冗長な情報ビットが含まれています。次の図はこれを示しています。

PCMの冗長情報ビット

上の図は、点線で示された継続時間信号x（t）を示しています。この信号は、Ts、2Ts、3Ts…nTsの間隔でフラットトップサンプリングによってサンプリングされます。サンプリング周波数は、ナイキストレートよりも高くなるように選択されています。これらのサンプルは、3ビット（7レベル）PCMを使用してエンコードされます。上の図の小さな円で示されているように、サンプルは最も近いデジタルレベルに量子化されます。各サンプルのエンコードされたバイナリ値は、サンプルの上部に書き込まれます。 4T、5T、および6Tで取得されたサンプルが（110）の同じ値にエンコードされている場合は、上の図を観察してください。この情報は、1つのサンプル値でのみ伝達できます。しかし、3つのサンプルが同じ情報を運んでいるということは冗長であることを意味します。

ここで、9Tと10Tのサンプルについて考えてみましょう。これらのサンプルの違いは、最後のビットと最初の2ビットだけが変化しないため、冗長です。したがって、プロセスをこの冗長な情報にし、より良い出力を得るために。以前の出力から想定された予測サンプル値を取得し、それらを量子化された値で要約することは賢明な決定です。このようなプロセスは、差分PCM（DPCM）技術と呼ばれます。

差分パルス符号変調の原理

冗長性が低下すると、全体的なビットレートが低下し、1つのサンプルを送信するために必要なビット数も低下します。このタイプのデジタルパルス変調技術は、差分パルス符号変調と呼ばれます。 DPCMは、予測の原則に基づいて動作します。現在のサンプルの値は、前のサンプルから予測されます。予測は正確ではないかもしれませんが、実際のサンプル値に非常に近いです。

差分パルス符号変調送信機

次の図は、DPCM送信機を示しています。送信機はで構成されていますコンパレータ、量子化器、予測フィルター、およびエンコーダー。

差動パルス符号変調器

サンプリングされた信号はx（nTs）で示され、予測された信号はx ^（nTs）で示されます。コンパレータは、実際のサンプル値x（nTs）と予測値x ^（nTs）の差を見つけます。これは信号エラーと呼ばれ、e（nTs）として表されます。

e（nTs）= x（nTs）-x ^（nTs）……。（1）

“コンデンサを確認するにはどうすればよいですか ”

ここで、予測値x ^（nTs）は、予測フィルター（信号処理フィルター）。量子化器の出力信号eq（nTs）と前の予測が追加され、予測フィルターへの入力として与えられます。この信号はxq（nTs）で表されます。これにより、予測が実際にサンプリングされた信号に近くなります。量子化されたエラー信号eq（nTs）は非常に小さく、少数のビットを使用してエンコードできます。したがって、DPCMではサンプルあたりのビット数が削減されます。

量子化器の出力は、次のように記述されます。

eq（nTs）= e（nTs）+ q（nTs）……（2）

ここで、q（nTs）は量子化誤差です。上記のブロック図から、予測フィルター入力xq（nTs）は、x ^（nTs）と量子化器出力eq（nTs）の合計によって取得されます。

つまり、xq（nTs）= x ^（nTs）+ eq（nTs）。………。（3）

式（3）の式（2）からeq（nTs）の値を代入すると、次のようになります。
xq（nTs）= x ^（nTs）+ e（nTs）+ q（nTs）……。（4）

式（1）は次のように書くことができます。

e（nTs）+ x ^（nTs）= x（nTs）……。（5）

上記の式4と5から、次のようになります。

xq（nTs）= x（nTs）+ x（nTs）

したがって、信号xq（nTs）の量子化バージョンは、元のサンプル値と量子化誤差q（nTs）の合計です。量子化されたエラーは、正または負の場合があります。したがって、予測フィルターの出力はその特性に依存しません。

差分パルス符号変調レシーバー

受信したデジタル信号を再構築するために、DPCM受信機（下図に表示）は、デコーダーおよび予測フィルター。ノイズがない場合、エンコードされた受信機の入力はエンコードされた送信機の出力と同じになります。

差分パルス符号変調受信機

上で説明したように、予測子は前の出力に基づいて値を引き受けます。デコーダーに与えられた入力が処理され、その出力が予測子の出力と合計されて、より良い出力が得られます。つまり、ここではまず、デコーダーが元の信号の量子化された形式を再構築します。したがって、受信機での信号は、再構成された信号に永続的に導入される量子化誤差q（nTs）によって実際の信号とは異なります。

S.いいえ	パラメーター	パルス符号変調（PCM）	差分パルス符号変調（DPCM）
1	ビット数	サンプルごとに4、8、または16ビットを使用します
二	レベル、ステップサイズ	ステップサイズを修正しました。変更できません	固定数のレベルが使用されます。
3	ビット冗長性	現在	永久に削除できます
4	量子化誤差と歪み	使用するレベルの数によって異なります	スロープ過負荷歪みと量子化ノイズが存在しますが、PCMと比較して非常に少ないです
5	伝送チャネルの帯域幅	ビット数がないため、より高い帯域幅が必要です	PCM帯域幅よりも低い
6	フィードバック	TxとRxにフィードバックはありません	フィードバックが存在します
7	表記の複雑さ	繁雑	シンプル
8	信号対雑音比（SNR）	良い	フェア

DPCMのアプリケーション

DPCM技術は、主に音声、画像、音声信号の圧縮を使用していました。連続するサンプル間の相関関係がある信号に対して実行されるDPCMは、良好な圧縮率につながります。画像では、隣接するピクセル間に相関関係があり、ビデオ信号では、相関関係は、連続するフレームとフレーム内の同じピクセル間です（これは画像内の相関関係と同じです）。

この方法は、リアルタイムアプリケーションに適しています。この医療圧縮方法の効率と、遠隔医療やオンライン診断などの医療画像のリアルタイムアプリケーションを理解する。したがって、ロスレス圧縮およびロスレスまたはほぼロスレスの医用画像圧縮の実装に効率的である可能性があります。

これはすべて、差分パルス符号変調の動作に関するものです。この記事に記載されている情報は、この概念をよりよく理解するのに役立つと考えています。さらに、この記事に関する質問や実装のヘルプ電気および電子プロジェクト、下のコメントセクションにコメントすることで私たちにアプローチすることができます。ここにあなたへの質問があります、DPCM技術における予測子の役割は何ですか？