Tài liệu Format pptx

Format cho tín hiệu analog• Để chuyển từ dạng sóng analog tương thích trong hệ thống số ta phải qua 2 bước sau 1.. Quantization and encoding Lượng tử hóa và mả hóa 3.. Lượng tử hóa• Lượn

BÀI 3:

Format

Đặng Lê KhoaEmail:danglekhoa@yahoo.com

dlkhoa@fetel.hcmuns.edu.vn

Nội dung trình bày

• Chuyển nguồn thông tin (âm thanh) trong hệ thống

Encode Pulse Transmit

Pulse waveforms Bit stream

Format cho tín hiệu analog

• Để chuyển từ dạng sóng analog tương thích trong hệ

thống số ta phải qua 2 bước sau

1 Sampling (lấy mẫu)

2 Quantization and encoding (Lượng tử hóa và mả

hóa)

3 Baseband transmission (truyền dẫn dải gốc)

)()

()

(t x t x t

| ) (

|X f

| ) (

|Xδ f

| ) (

Chống biệt danh

LP filter

Nyquist rate

aliasing

Định lý lấy mẫu

• Chu kì lấy mẫu phải thõa biểu thức:

Nyquist

Sampling process

Analog

signal

Pulse amplitude modulated (PAM) signal

Lượng tử hóa

• Lượng tử hóa biên độ: Chuyển dạng sóng liên tục

thành một một tập hữu hạn các biên độ

In Out

ƒ Công suất nhiễu lượng tử trung bình

ƒ Công suất đỉnh tín hiệu

ƒ Công suất tín hiệu trên nhiễu lượng

tử trung bình

Encoding (PCM)

• Lượng tử hóa đều được gọi là Pulse Code Modulation(PCM)

• Pulse code modulation (PCM): Mả hóa một tín hiệu

lượng tử đến một chuỗi số (PCM word or codeword)

• Mỗi mẫu lượng tử được số hóa thành từ mã l bits

codeword với L số mức lượng tử và

Quantization error

• Quantizing error: The difference between the input and output of a

quantizer

) ( )

( ˆ )

( ˆ

) (

t x t

x

t e

Model of quantizing noise

• Saturation errors are larger than linear errors

• Saturation errors can be avoided by proper tuning of AGC

• Quantization noise variance:

2 Sat

2 Lin

2 2

2

) ( ) ( }

1 2 /

0

2 2

Lin

q

= σ

Uniform and non-uniform quant.

– Uniform (linear) quantizing:

– No assumption about amplitude statistics and correlation properties of the input.

– Not using the user-related specifications – Robust to small changes in input statistic by not finely tuned to a specific set of input parameters

– Simply implemented

• Application of linear quantizer:

– Signal processing, graphic and display applications, process control applications

– Non-uniform quantizing:

– Using the input statistics to tune quantizer parameters – Larger SNR than uniform quantizing with same number of levels – Non-uniform intervals in the dynamic range with same quantization noise variance

• Application of non-uniform quantizer:

– Commonly used for speech

Sai số lượng tử…

• Sai số lượng tử:

– Lỗi tuyến tính xảy ra khi tín hiệu trong khoảng lượng tử– Lỗi bảo hòa xảy ra khi tín hiệu nằm ngoài khoảng lương tử

Lỗi bảo hòa lớn hơn lỗi tuyến tính Lỗi bão hòa có thể khử bằng bộ AGC

• Phương sai của nhiễu lượng tử:

2 Sat

2 Lin

2 2

2

) ( ) ( }

1 2 /

0

2 2

Lin

q

= σ

Lượng tử hóa đều và không đều

– Lượng tử hóa đều:

+ Không quan tâm đến thuộc tính thống kê và tương quan của ngõ vào

+ Không phát hiện thay đổi nhỏ của tính hiệu

+ Thực hiện đơn giản

Ứng dụng: Xử lý tin hiệu, vẽ và hiển thị ứng dụng, các ưng

dụng điều khiển

– Lượng tử hóa không đều:

+ Sử dụng tính thống kêcủa tham số lượng tử

+ Có SNR lớn hơn lượng tử đều đối với cùng số mức

lượng tử

+ Có cùng phương sai của nhiễu lượng tử

Ứng dụng: Phổ biến trong tiếng nói

Lượng tử hóa không đều

• It is done by uniformly quantizing the “compressed” signal

• At the receiver, an inverse compression characteristic, called “expansion” is employed to avoid signal distortion

Statistical of speech amplitudes

• In speech, weak signals are more frequent than strong ones.

• Using equal step sizes (uniform quantizer) gives low for weak signals and high for strong signals.

– Adjusting the step size of the quantizer by taking into account the speech statistics improves the SNR for the input range

0.0

1.0

0.5

1.0 2.0 3.0Normalized magnitude of speech signal

Baseband transmission

• To transmit information through physical channels, PCM sequences (codewords) are transformed to pulses

(waveforms)

– Each waveform carries a symbol from a set of size M

– Each transmit symbol represents bits of the PCM words.

– PCM waveforms (line codes) are used for binary symbols (M=2).

– M-ary pulse modulation are used for non-binary symbols (M>2).

M

1 0 1 1 0

0 T 2T 3T 4T 5T

+V -V +V -V +V 0 -V

NRZ-L

Unipolar-RZ

Bipolar-RZ

Manchester Miller

Dicode NRZ

PCM waveforms …

• Criteria for comparing and selecting PCM waveforms:

– Spectral characteristics (power spectral density and

bandwidth efficiency)

– Bit synchronization capability

– Error detection capability

– Interference and noise immunity

– Implementation cost and complexity

Spectra of PCM waveforms

M-ary pulse modulation

• M-ary pulse modulations category:

• M-ary pulse-amplitude modulation (PAM)

• M-ary pulse-position modulation (PPM)

• M-ary pulse-duration modulation (PDM)

– M-ary PAM is a multi-level signaling where each symbol

takes one of the M allowable amplitude levels, each

representing bits of PCM words.

– For a given data rate, M-ary PAM (M>2) requires less

bandwidth than binary PCM.

– For a given average pulse power, binary PCM is easier to

detect than M-ary PAM (M>2).

M

PAM example