Tecnicas De Digitalizacion Para Mensajes Analógicos Y Redes

MODULACIÓN POR CODIFICACIÓN DE PULSOS

Es un proceso digital de modulación para convertir una señal analógica en un código digital. La señal analógica se muestrea, es decir, se mide periódicamente. En un convertidor analógico/digital, los valores medidos se cuantifican, se convierten en un número binario y se descodifican en un tren de impulsos. Este tren de impulsos es una señal de alta frecuencia portadora de la señal analógica original.

Este tipo de modulación, sin duda es la más utilizada de todas las modulaciones de pulsos es, básicamente, el método de conversión de señales analógicas a digitales (CAD). En algunos lugares se usa el término: MIC lo que quiere decir, Modulación por impulsos codificados, aunque es de uso común, el término es incorrecto, ya que pulso e impulso son conceptos diferentes, al igual que codificación de pulsos y pulsos codificados.

PCM siempre conlleva modulación previa de amplitud de pulsos. Una señal analógica se caracteriza por el hecho de que su amplitud puede tomar cualquier valor entre un mínimo y un máximo, de forma continua. Una señal PAM también puede tener cualquier valor, pero en intervalos discretos. Esto significa que el posible número de valores de amplitud es infinito. Por otra parte, la amplitud de una señal digital sólo puede tener un número finito de valores, por lo general dos (cero y uno).

Una señal analógica puede convertirse a digital mediante un proceso de muestreo y cuantificación. El muestreo la convierte en una señal PAM, la cuantificación redondea el valor de la amplitud al número permisible más cercano, generalmente en el intervalo (0, 2n) y lo codifica en un cierto número de bits. En realidad, no es estrictamente necesario transmitir con toda exactitud las amplitudes de las muestras.

En el caso de señales de voz o de imagen, el último receptor es el oído o el ojo, que detectan sólo diferencias finitas, de modo que la señal original, continúa, puede aproximarse por una señal formada por un conjunto de amplitudes discretas seleccionadas, de forma tal que el error sea mínimo. Si las muestras de amplitudes distintas están muy cercanas entre sí, la señal aproximada prácticamente no se distinguirá de la señal continua original.

Desde un punto de vista práctico, es deseable una señal binaria, que puede tomar sólo dos valores, por su simplicidad. Para ello, la señal cuantificada a niveles discretos entre 0 y 2n valores, puede codificarse mediante un símbolo de n bits, por lo que generalmente la cuantificación va seguida de un proceso de codificación.

PROCESO MODULACIÓN PCM

El proceso de modulación por codificación de pulso, está conformada por los siguientes pasos:

• Codificación Analógica-Digital Modulación de Amplitud de Pulso(PAM)

• Modulación PCM

• Tasa de prueba

 Codificación Analógica-Digital Modulación de Amplitud de Pulso (PAM)

Este tipo de codificación es la representación de información analógica en una señal digital. Por ejemplo para grabar la voz de un cantante sobre un CD se usan significados digitales para grabar la información analógica. Para hacerlos, se debe de reducir el nº infinito potencial posible de valores en un mensaje analógico, de modo que puedan ser representados como una cadena digital con un mínimo de información posible.

 Modulación PCM

PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente digital, para hacerlo, PCM, en primer lugar, cuantifica los pulsos de PAM.

La cuantificación es un método de asignación de los valores íntegros a un rango específico.

 Tasa de prueba

La exactitud de la reproducción digital de una señal analógica depende del número de pruebas tomadas. Usando PAM y PCM se puede reproducir una onda con exactitud si se toman una infinidad de pruebas, o se puede reproducir de forma más generalizada si se toma 3 pruebas. La cuestión es: ¿cuántas muestras son suficientes?

Actualmente, se requiere poca información para la reconstrucción de señal analógica. En lo referente al Teorema de Nyquist, para asegurarse que la reproducción exacta de una señal analógica original usando PAM, la tasa de prueba debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal original.

De este modo, si deseamos hacer muestra con la información de voz de un teléfono que tiene como frecuencia máxima 3300 HZ, la tasa de muestra debe ser de 6600 pruebas/s. En la práctica, actualmente se toman 8000 muestras para compensar las imperfecciones del proceso.

CUANTIFICACION DIGITAL

El proceso de cuantificación es uno de los pasos que se siguen para lograr la digitalización de una señal analógica. Básicamente, la cuantificación lo que hace es convertir una sucesión de muestras de amplitud continua en una sucesión de valores discretos preestablecidos según el código utilizado.

Durante el proceso de cuantificación se mide el nivel de tensión de cada una de las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les atribuye un valor finito (discreto) de amplitud, seleccionado por aproximación dentro de un margen de niveles previamente fijado.

Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificación se eligen en función de la propia resolución que utilice el código empleado durante la codificación. Si el nivel obtenido no coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior más próximo.

En este momento, la señal analógica (que puede tomar cualquier valor) se convierte en una señal digital, ya que los valores que están preestablecidos, son finitos. No obstante, todavía no se traduce al sistema binario. La señal ha quedado representada por un valor finito que durante la codificación (siguiente proceso de la conversión analógico digital) será cuando se transforme en una sucesión de ceros y unos.

Así pues, la señal digital que resulta tras la cuantificación es diferente a la señal eléctrica analógica que la originó, algo que se conoce como error de cuantificación. El error de cuantificación se interpreta como un ruido añadido a la señal tras el proceso de decodificación digital. Si este ruido de cuantificación se mantiene por debajo del ruido analógico de la señal a cuantificar (que siempre existe), la cuantificación no tendrá ninguna consecuencia sobre la señal de interés.

La señal original se compone de un grupo de valores continuos en el tiempo, para discretizar dicha señal, se divide en un grupo finito de magnitudes discretas entre un límite superior e inferior. Además una señal cuantificada es una aproximación de la señal analógica.

RUIDO DE CUANTIFICACION

La cuantificación de una señal introduce un error de cuantificación, definido como la diferencia entre el valor real de la señal y el valor de la señal cuantificada, es decir, la diferencia entre la magnitud de la señal de entrada y la de salida. Supóngase que los niveles de cuantificación corresponden a valores de 0, 1, 2,... volts y que la señal de entrada es de 1.2 V. La señal cuantificada de salida es, por ejemplo 1 V, con lo que el error de cuantificación es de 0.2 V. Si la entrada es de 1.7 V y la salida se cuantifica a 2 V, el error es de 0.3 V.

El cuantificador redondea el valor de la señal de entrada al valor más cercano de los posibles niveles de cuantificación. El nivel de decisión para el redondeo hacia arriba o hacia abajo, suele tomarse a la mitad del intervalo de cuantificación. El tipo de redondeo para un nivel de entrada igual al nivel de decisión se define en el diseño.

El error de cuantificación representa, el ruido adicional que depende del número de niveles de cuantificación. Cuanto menor sea éste, mayor será el ruido.

Las diferencias entre los niveles de las señales analógicas y cuantificadas conducen a una incertidumbre que se conoce como ruido de cuantificación. Este ruido solo puede reducirse utilizando un número mayor de niveles, y sin embargo al aumentar el número de niveles se requiere también un mayor ancho de banda.

CUANTIFICACIÓN NO UNIFORME

La cuantificación no uniforme o no lineal se aplica cuando se procesan señales no homogéneas que se sabe que van a ser más sensibles en una determinada banda concreta de frecuencias.

Se estudia la propia entropía de la señal analógica y se asignan niveles de cuantificación de manera no uniforme (bit rate variable), de tal modo que se asigne un mayor número de niveles para aquellos márgenes en que la amplitud de la tensión cambia más rápidamente.

En este caso, lo que se hace es estudiar la propia entropía de la señal y asignar niveles de cuantificación de manera no uniforme (utilizando un bit rate variable), de tal modo que se asigne un mayor número de niveles para aquellos márgenes en que la amplitud cambia más rápidamente (contienen mayor densidad de información).

Cuando durante la digitalización se ha usado una cuantificación no uniforme, se debe utilizar el mismo circuito no lineal durante la decodificación, para poder recomponer la señal de forma correcta.

CUANTIFICACIÓN NO UNIFORME Y COMPANSION

El algoritmo Ley µ basa su funcionamiento en un proceso de compresión y expansión llamado compansión. Se aplica una compresión/expansión de las amplitudes y posteriormente una cuantificación uniforme. Las amplitudes de la señal de audio pequeñas son expandidas y las amplitudes más elevadas

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