WAVEFORM CODING TECHNIQUES

Pulse modulation

Pulse modulation ஆனது analog தகவல்களை (இடைவிடாத பேச்சு அல்லது data) transmit செய்வதில் பயன்படுகிறது. இதில், தொடர்ச்சியாக அலைகள் போன்று இருக்கின்ற signal-கள் (தகவல்கள்) சீரான இடைவெளிகளில் sample செய்யப்படுகின்றது. Sample செய்யப்படுகின்ற தகவலானது synchronizing pulse-உடன் சேர்த்து transmit செய்யப்படுகிறது. Receiver-ல் கிடைக்கப்பெறுகின்ற இந்த signal-லில் உள்ள sampleகளின் மூலம் உண்மையான signalகள் மீண்டும் உருவாக்கப்படுகிறது.

Digital pulse Modulation
Pulse code modulation
Delta modulation
Differential pulse code modulation
Adaptive delta modulation

Pulse code modulation (PCM)

Pulse code modulationஆனது PAM அல்லது PTMகளில் இருந்து வித்தியாசம் கொண்டதாக இருக்கும். PAM மற்றும் PTM modulationகள் AM மற்றும் FM modulation-களில் இருந்து மாறுபட்டு இருக்கும், ஏனெனில் இவைகள் தொடர்ச்சியான modulation தன்மையைப் பெற்றிருக்கும். PCM-ல் signal ஆனது முதலில் sample செய்யப்பட்டு pulse முறையில் transmit செய்யப்படுகிறது.

AM மற்றும் FM முறைகள் analog communication-ல் பயன்படுகிறது. இம்முறையில் modulating voltageக்கு தகுந்தவாறு signalகள் மாற்றம் பெற்றிருக்கும். PCM என்பது ஒரு digital முறையாகும், இதில் signal-கள் தொடர்ச்சியான pulseகளாக இருக்கும். PCM generatorஆனது தொடர்ச்சியான எண் அல்லது digitகளைக் கொண்டிருக்கும். இதில் sample செய்யப்படுகின்ற போது கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் amplitudeக்கு தகுந்தவாறு தகவல்கள் binary codeஆக மாற்றம் பெற்றிருக்கும்.

Principle of PCM

PCM முறையில் signal-ன் மொத்த amplitude அளவும் ஒரு குறிப்பிட்ட தரமான அளவு கொண்ட சிறிய பாகங்களாகப் (அளவுகளாக) பிரிக்கப்படுகின்றது. சிறிய அளவுகளின் எண்ணிக்கையானது 20 என்பதற்கு இணங்க இருக்க வேண்டும். Quantizing முறையில், signal ஆனது sample செய்யப்படுகின்ற போது கிடைக்கப் பெறுகின்ற amplitude-ன் அளவானது அதற்கு அருகாமையில் உள்ள standard அளவிற்கு மாற்றப்படுகின்றது. எனவே quantize செய்யப்பட்ட பின்பு கிடைக்கப் பெறுகின்ற அனைத்து signalகளும் ஏதாவதொரு standard அளவில் இருக்கும்.

PCM PCM-ல் modulating signal ஆனது தொடர்ச்சியாக sample செய்யப்பட்டு, quantize செய்யப்பட்டு, codeகளாக மாற்றப்பட்டு பின்பு transmit செய்யப்படுகின்றது. Sample செயலின் மூலம் கிடைக்கப்பெறுகின்ற signal-ன் amplitude அளவானது பின்பு quantize முறையில் அதன் amplitude அளவிற்கு அருகாமையில் உள்ள standard அளவாக மாற்றப்படுகிறது. பின்பு அதற்குரிய binary codeஆனது back-to-front முறையில் transmit செய்யப்படுகிறது. இவ்வாறு இருந்தால்தான் முதல் signal ஆனது முதலில் கிடைக்கப் பெறும்.

Sampling

Modulating signal ஆனது தொடர்ச்சியாக உள்ள narrow (குறுகலான) தன்மைகொண்ட rectangular pulseகளினால் sample செய்யப்படும். Sampling rate ஆனது அதிக frequency கொண்ட modulating signal-ஐ விட குறைந்தபட்சம் இரண்டு பங்கு அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.9 அவ்வாறு இருந்தால் தான் எவ்வித distortion-ம் இல்லாமல் signalகள் receiver-ல் சிறந்த முறையில் கிடைக்கப் பெறும். பொதுவாக sample செய்யப்படுவதற்கு முன்பாக low pass filter-ன் உதவியால் modulating signal-ல் உள்ள அதிகபட்ச அளவு frequency-ஐ விட அதிக frequency கொண்ட தகவல்கள் நீக்கப்படுகிறது.

Quantizing

தொடர்ச்சியாக மாறுபட்டுக் கொண்டிருக்கின்ற modulating signal-ஐ தரமான அளவுகளைக் கொண்ட digital signal-ஆக மாற்றுகின்ற முறைக்கு quantizing என்று பெயர். இதன் மூலம் தொடர்ச்சியாக உள்ள signalகள் தனித்தனியாக உள்ள signal (digital)-களாக மாற்றப்படுகிறது Sample செய்யப்பட்ட பின்பு கிடைக்கப் பெறுகின்ற signalகள் digital முறையில் இருந்தாலும், அனைத்து signalகளின் amplitudeகளும் தரமான அளவுகளைப் பெற்றிருக்காது. எனவே sample செய்யப்பட்டு கிடைக்கப் பெறுகின்ற signalகளை அதன் amplitudeக்கு தகுந்தவாறு standard signalகளாக மாற்றுகின்ற முறையை Quantizing என்று அழைக்கலாம்.

Modulating signal-ன் மொத்த voltage அளவுகளும் பல்வேறு குறிப்பிட்ட சமமான அளவுகளைக் கொண்ட சிறு சிறு பகுதிகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றது,. இதில் modulating signal ஆனது ஒரேயளவு கொண்ட எட்டு சிறு சிறு பகுதிகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது. ஒவ்வொரு பகுதிக்கும் இடையில் உள்ள voltage அளவானது standard levelகள் எனப்படும். அவை ஒவ்வொன்றிற்கும் மூன்று bitகளைக் கொண்ட binary மதிப்பானது இடப்படுகின்றது. உதாரணமாக, 1.5 Vஆனது 010 எனவும், 42,5Vஆனது 110 எனவும் வழங்கப்படுகிறது.

Modulating signal ஆனது குறிப்பிட்ட கால இடைவெளிகளில் sample செய்யப்படுகிறது. அதாவது modulating signal-ன் முதல் sample-ன் voltage அளவானது 1.7 V ஆகும். இதற்கு தனியான binary code கிடையாது. எனவே quantizing முறையில் அதற்கு அருகாமையில் உள்ள standard அளவான 1.5 V அளவிற்கு அது மாற்றப்படுகிறது. இதன் மூலம் அதற்கு இணையான binary codeஆன 101 பெறப்படுகிறது.இதே போன்று ஒவ்வொரு sample-ன் போதும் கிடைக்கப் பெறுகின்ற voltage அளவானது quantizing முறையில் standard அளவுகளாக மாற்றப்பட்டு அதற்குரிய binary code தேர்வு செய்யப்படுகிறது.Digital telephony-ல் 8-bitகளைக் கொண்ட code word பயன்படுத்தப்படும். இதன் மூலம் 256 standard அளவுகள் கிடைக்கப் பெறும். Quantizing அளவுகளை அதிகரிக்கும் பட்சத்தில், receiverக்கு கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal ஆனது தரமிக்கதாக இருக்கும்.

PCM generator (PCM transmitter)

PCM transmitter ஆனது sampling, quantizing மற்றும் encoding என்கிற தேவையான செயல்களை கண்டிப்பாக கொண்டிருக்க வேண்டும். Sampling, quantizing மற்றும் encoding செயல்கள் பொதுவாக ஒரே circuit-ல் நடைமுறைப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த circuit ஆனது analog to digital converter (ADC) என அழைக்கப்படுகிறது. இதில் input signal ஆனது முதலில் wHz என்கிற cut off frequency கொண்ட ஒரு low pass filter-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. இந்த low pass filter ஆனது 0 Hz-ஐ விடவும் அதிக frequency கொண்ட அனைத்து signal-களையும் தடுக்கின்றது. இதன் மூலம், கொடுக்கப்படுகின்ற input signal ஆனது 0 Hz-க்கு band limit செய்யப்படுகிறது. அதன் பின்பு sample and hold circuit ஆனது, இந்த signal-ஐ f என்கிற அளவில் sample செய்கின்றது. Aliasing தன்மை எதுவும் ஏற்படாமல் இருக்க வேண்டுமென்றால் தேர்வு செய்யப்படுகின்ற sampling freqeuncy ஆனது Nyquist அளவை விடவும் போதுமான அளவு அதிகமாக (f ≥ 20 ) இருக்க வேண்டும்.

Sample and hold circuit-ன் output ஆனது நேரத்தைப் பொறுத்து விட்டு விட்டு இருக்கின்றவாறும் மற்றும் amplitude-ஐப் பொறுத்து தொடர்ச்சியாக இருக்கின்றவாறும் அமையப் பெற்றிருக்கும். Quantizer ஆனது input-ஐ நிலையான digital level-களுடன் ஒப்பிடுகின்றது. அதன் பின்பு ஏதாவதொரு digital level-ஐ sample and hold circuit-ன் output உடன் நிர்ணயம் செய்கின்றது. இதன் காரணமாக distortion மற்றும் error-களின் அளவுகள் மிகவும் குறைகின்றது. எனவே quantizer-ன் output ஆனது digital signal ஆக இருக்கும் Quantize செய்யப்பட்ட signal ஆனது binary encoder-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. Encoder ஆனது input signal-ஐ binary word ஆக மாற்றுகின்றது. இந்த encoder-ஐ digitizer எனவும் அழைக்கலாம்.

Binary word-ன் ஒவ்வொரு bit-ஐயும் தனித்தனியாக transmission line வழியாக transmit செய்வது என்பது முடியாத காரியமாகும். எனவே binary digit-கள் “parallel to serial converter" மூலமாக வரிசையான serial bit-களாக மாற்றப்படுகின்றது.) இதன் மூலம் ஒரு தனி baseband signal கிடைக்கப் பெறுகின்றது. Parallel to serial conversion செயலானது shift register-ஐப் பயன்படுத்தி செயல்படுத்தப்படுகிறது. எனவே PCM generator-ன் output ஆனது binary bit-களைக் கொண்ட ஒரு தனி baseband signal ஆக இருக்கும். இதில் உள்ள oscillator ஆனது sample and hold circuit மற்றும் parallel to serial converter-க்கு தேவையான clock-களை உருவாக்குகின்றது.

PCM receiver

இதன் தொடக்கத்தில் உள்ள regenerator ஆனது pulse-களை திரும்பவும் சரி செய்கின்றது மற்றும் அதில் உள்ள noise-களை நீக்குகின்றது. இந்த signal ஆனது பின்பு serial to parallel converter-ன் மூலம் ஒவ்வொரு sample-க்காகவும் அதற்குரிய parallel digital word-களாக மாற்றப்படுகிறது.Digital word ஆனது sample and hold circuit உடன் சேர்ந்து analog மதிப்பாக மாற்றப்படுகிறது. S/H-ன் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal ஆனது ஒரு low pass filter-க்கு கொடுக்கப்பட்டு உண்மையான signal ஆனது உருவாக்கப்படுகிறது.

Transmitter-ல் நடைபெறுகின்ற quantization செயலினால் நிரந்தரமாக ஏற்படுகின்ற quantization error காரணமாக, திரும்ப ருவாக்கப்படுகின்ற signal ஆனது உண்மையான signal போன்று மிகச் சரியாக இருப்பதில்லை. இந்த quantization error-ஐ குறைப்பதற்கு binary level-களை அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும் இதற்காக ஒவ்வொரு sample-க்கான binary digit-களை (bit-களை) அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும் (Bit-களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கின்ற போது sampling rate-ம் அதிகரிக்கும், அதே போன்று transmission bandwidth-ம் அதிகரிக்கும்.

Uniform Quantization (Linear Quantization)

Uniform quantization முறையில், முழு amplitude அளவின் போதும் quanlization-step அல்லது இரண்டு quantization level-களுக்கு இடைப்பட்ட அளவு நிலையாக இருக்கும்.Transfer characteristics-ஐப் பொறுத்து uniform அல்லது linear quantizer ஆனது மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றது. அவையாவன, midtread quantizer, midriser quantizer மற்றும் biased quantizer.

Non-uniform Quantization

Non-uniform quantization முறையில் step அளவானது நிலையாக இருக்காது. Step அளவானது குறிப்பிட்ட law-வைப் பொறுத்து அல்லது input signal-ன் amplitude அளவைப் பொறுத்து மாறுபடும்.) சிறிய step அளவுகளில் quantization error ஆனது குறைவாக காணப்படும். எனவே quantizer-ன் dynamic range முழுவதும், signal-க்கும் மற்றும் noise-க்கும் உள்ள power விகிதம் நிலையாக இருக்கும். )Cமி

Companding

அதிக amplitude-ஐக் கொண்ட signal-களை விடவும் குறைவான amplitude-ஐக் கொண்ட signal-களில் quantizing noise (quantizing error) ஆனது அதிக அளவில் இருக்கும். அதாவது noise -கள் random spike signal-களாகவோ அல்லது voltage impulse-களாகவோ இருக்கும். இத்தகைய signal-கள் எளிதாக குறைவான amplitude கொண்ட signal-களுடன் சேர்ந்து தடங்கல்களை ஏற்படுத்திவிடும்.

companding என்பது signal-களை compress (சுருக்குகின்ற) மற்றும் expand (விரிவாக்குகின்ற) செய்கின்ற முறையாகும். இதன் மூலம் quantizing noise அல்லது error ஆனது தவிர்க்கப்படுகிறது.) Companding செயலின் மூலம், transmit செய்யப்படுகின்ற signal-களின் தரமானது சிறந்த முறையில் அதிகரிக்கப்படுகின்றது.

இதில் transmit செய்யப்பட வேண்டிய signal ஆனது transmit செய்யப்படுவதற்கு முன்பாக compress செய்யப்படுகிறது. அதாவது அதன் dynamic range ஆனது குறைக்கப்படுகின்றது. இதன் காரணமாக low level கொண்ட signal-கள் emphasis செய்யப்படுகிறது மற்றும் high level கொண்ட signal-கள் de-emphasis செய்யப்படுகிறது. இத்தகைய compression செயலானது quantizing செயலுக்கு முன்பாக நடைபெறுகின்றது.

Compression and expansion curves

Receiver பக்கத்தில், receive செய்யப்படுகின்ற signal-ஆனது ஒரு expander circuit-க்கு கொடுக்கப்படுகிறது. இது transmitter-ல் நடைபெறுகின்ற செயலுக்கு எதிர்மறையான செயலை செய்கின்றது. அதாவது low level கொண்ட signal-கள் de-emphasis செய்யப்படுகிறது மற்றும் high level கொண்ட signal-கள் emphasis செய்யப்படுகிறது. இத்தகைய செயலின் மூலம் உண்மையான signal-ஆனது எளிதில் திரும்பக் கிடைக்கப்பெறுகிறது (பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றது.

Compression circuit-ஆனது ஒரு non-linear amplifier ஆகும். இது low level கொண்ட signal-களை high level கொண்ட signal-களை, விடவும் அதிக அளவிற்கு amplify செய்கின்றது. Companding செயலானது கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.த curve ஆனது compander-ன் input மற்றும் output-களுக்கு இடையில் உள்ள தொடர்பினை காட்டுகின்றது. அதாவது குறைவான input voltage-களில், amplifier-ன் gain-ஆனது அதிகமாக இருக்கும். இதன் மூலம் அதிக voltage கொண்ட output signal கிடைக்கப்பெறும். அதே போன்று input voltage-ன் அளவு அதிகமாக இருக்கின்ற போது curve ஆனது தட்டையாக ஒரே திசையில் இருக்கும். இந்நிலையில் amplifier தருகின்ற gain-ன் அளவு குறைவாக இருக்கும்.

இந்த nonliner curve-ஆனது high level கொண்ட signal-களை compress செய்கின்றது. Low level கொண்ட signal-களை high amplitude level-க்கு கொண்டு செல்கின்றது. இத்தகைய compression செயல் மூலமாக audio signal-ன் dynamic range-ஆனது குறைக்கப்படுகிறது. Expander circuit ஆனது low level signal-களை high level signal-களை விடவும் குறைவான அளவு amplify செய்கின்றது.Compression மற்றும் expansion ஆகிய இரண்டு curve-களும் சமமாக மற்றும் எதிரெதிராக இருந்தால் உண்மையான signal-ஆனது சிறந்த முறையில் அப்படியே output-ல் கிடைக்கும்.

Applications

பல channelகளைக் கொண்ட telephone தகவல் தொடர்பில் அதிகம் பயன்படுகிறது.
விண்வெளி தகவல் தொடர்பிலும் பயன்படுகிறது.

Delta modulation (DM or A)

Delta modulation ஆனது analog signal-களை digital முறையில் transmit செய்வதற்கு ஒரு தனி bit கொண்ட PCM code-ஐப் பயன்படுத்துகின்றது. Delta modulation-னில் ஒவ்வொரு sample-க்கும் ஒரே ஒரு bit மட்டுமே transmit செய்யப்படுகிறது. அதாவது தற்போதைய sample ஆனது முந்தைய sample உடன் ஒப்பிட்டு பார்க்கப்படுகிறது. இதன் மூலம் கிடைக்கப் பெறுகின்ற amplitude-ன் அளவு அதிகமாக உள்ளதா அல்லது குறைவாக உள்ளதா என்பதைப் பொறுத்து அதற்குரிய bit ஆனது transmit செய்யப்படுகிறது. Delta modulation-க்கான algorithm ஆனது மிகவும் எளிமையாக இருக்கும். அதாவது தற்போதைய sample ஆனது முந்தைய sample-ஐ விடவும் குறைவாக இருந்தால் logic '0' ஆனது transmit செய்யப்படும். அதே போன்று தற்போதைய sample ஆனது முந்தைய sample-ஐ விடவும் அதிகமாக இருந்தால் logic '1' ஆனது transmit செய்யப்படும்.

Delta modulation transmitter

Delta modulation-னில் message signal-க்கான தற்போதைய sample x (nTg) ஆனது முந்தைய sample x (nT) உடன் ஒப்பிட்டு பார்க்கப்படுகிறது. இந்த இரண்டு signal-களின் வித்தியாசம் ஆனது error signal எனப்படும் இது one bit quantizer-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது.Signal-களை ஒப்பிட்டு பார்க்கின்ற போது output ஆனது positive ஆக இருந்தால் quantizer ஆனது +A-ஐயும் மற்றும் output ஆனது negative ஆக இருந்தால் quantizer ஆனது -A-ஐயும் தருகின்றது. அதன் magnitude அளவுகள் கருத்தில் எடுத்துக் கொள்ளப்படுவதில்லை.

அதாவது ஒப்பிட்டு பார்க்கின்ற போது அதன் magnitude அளவு எவ்வாறு இருந்தாலும் output ஆனது positive ஆக இருந்தால் quantizer-ன் output ஆனது +A என இருக்கும். அதே போன்று ஒப்பிட்டு பார்க்கின்ற போது அதன் magnitude அளவு எவ்வாறு இருந்தாலும் output ஆனது negative-ஆக இருந்தால் quantizer-ன் output ஆனது -A என இருக்கும். One bit quantizer-ன் output-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal-ன் sign-ஐப் பொறுத்து, step அளவானது +A என இருந்தால் '1' என்கிற binary bit-ம் மற்றும் step அளவானது -A என இருந்தால் '0' என்கிற binary bit-ம் transmit செய்யப்படும்.Accumulator-ல் உள்ள summer ஆனது quantizer output-ஐ (+A) முந்தைய sample-க்கான மதிப்புடன் add செய்கின்றது. இதன் மூலம் தற்போதைய sample-க்கான approximation கிடைக்கப் பெறுகின்றது. முந்தைய sample-க்கான approximation ஆனது ஒரு sample கால அளவு 1% delay-க்கு பின்பு restore செய்யப்படுகிறது.

Delta modulation receiver

Tnput ஆனது '1' என்கிற binary bit ஆக இருந்தால் அது முந்தைய (delay செய்யப்பட்ட) output உடன் + என்கிற step அளவினை add செய்கின்றது. Input ஆனது ‘0' என்கிற binary bit ஆக இருந்தால் அது முந்தைய (delay செய்யப்பட்ட) output-ல் இருந்து A என்கிற step அளவினை கழிக்கின்றது. Low pass filter-ன் cut off frequency ஆனது input signal-ன் அதிகபட்ச frequency-க்கு சமமாக இருக்க வேண்டும் இந்த filter ஆனது staircase வடிவம் கொண்ட signal-களை மாற்றி உண்மையான signal கிடைப்பதற்கு வழி செய்கின்றது.

Advantages

DM transmitter மற்றும் receiver ஆகியவற்றிற்கு எளிய மற்றும் விலை குறைவாக உள்ள hardware போதுமானது.
குறைவான signalling rate-ம் மற்றும் transmission channel width-ம் கொண்டது.
Delta modulation-க்கு ADC எதுவும் தேவையில்லை.

Disadvantages

Slope overhead distortion அதிகளவில் உருவாகும். Granular noise உருவாகும்.
Transmission channel noise உருவாகும்.
Slope overload distortion

Analog signal-க்கான slope ஆனது delta modulator தருகின்ற slope-ஐ விட அதிகமாக இருந்தால் slope overload எனப்படும். இதனை குறைப்பதற்கு clock frequency-ஐ அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும் அல்லது குறைந்தபட்ச step அளவிற்கான magnitude-ஐ அதிகரிக்கச் செய்ய வேண்டும்.

Granular Noise

Delta modulation-க்கான உண்மையான signal-ம் மற்றும் திரும்ப உருவாக்கப்பட்ட signal-ம் fig.2.8-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. உண்மையான analog input signal ஆனது நிலையான amplitude-ஐக் கொண்டிருந்தால், திரும்ப உருவாக்கப்படுகின்ற signal ஆனது, உண்மையான signal-லில் இல்லாத மாற்றங்களைக் கொண்டிருக்கலாம். இத்தகைய மாற்றமானது granular noise எனப்படும்.Granular noise ஆனது சாதாரண PCM-ல் உருவாகின்ற quantization noise போன்றே இருக்கும். Step size-க்கான அளவினை குறைப்பதன் மூலம் granular noise-ஐ குறைத்துக் கொள்ளலாம்.அதாவது granular noise-ஐ குறைப்பதற்கு சிறிய resolution தேவைப்படுகிறது, மற்றும் slope overhead-ஐ குறைப்பதற்கு அதிக resolution தேவைப்படுகிறது. எனவே இரண்டு பிரச்சினைகளையும் குறைக்கின்ற பொருட்டு, பொருத்தமான resolution தேர்ந்தெடுக்கப்பட வேண்டும்.

Adaptive delta modulation

Slope overhead மற்றும் granular noise போன்றவற்றினால் ஏற்படுகின்ற quantization error-களை சரிசெய்வதற்கு, input signal x(t)-ன் மாற்றத்திற்கு தகுந்தவாறு step-ன் அளவானது adaptive ஆக இருக்கச் செய்ய வேண்டும். Adaptive modulation என்பதும் ஒரு delta modulation முறை தான், இதில் DAC-ன் step அளவானது, input signal-ன் amplitude தன்மைகளைப் பொறுத்து தானாகவே மாறுபடுகின்றது.ஒரு adaptive delta modulation-னில் message signal-ன் steepness மாற்றத்தைப் பொறுத்து step அளவானது தொடர்ச்சியாக அல்லது விட்டு விட்டு மாற்றம் செய்யப்படுகிறது. இரண்டு வகைகளிலும் message signal-லின் steepness ஆனது ஒரே முறையில் கண்டுணரப்படுகின்றது.Adaptive delta modulation-input signal- steep segment நிலையில் step அளவானது அதிகரிக்கின்றது. Input ஆனது மெதுவாக மாறினால் step அளவு குறைகின்றது. இந்த அமைப்பில், transmitter-ல் ஒரு logic circuit ஆனது பயன்படுத்தப்பட்டு step அளவானது discrete முறையில் இருக்கின்றவாறு உருவாக்கப்படுகின்றது. இதே முறைதான் receiver-யிலும் பயன்படுத்தப்பட்டு step அளவானது control செய்யப்படுகிறது.

Adaptive delta modulation transmitter

Step அளவினை control செய்வதற்காக பயன்படுத்தப்படுகின்ற logic circuit ஆனது input signal-லில் உள்ள steepness மாற்றத்தை sense செய்து கண்டுபிடிக்கின்றது. One bit quantizer-ன் output-ஐப் பொறுத்து, குறிப்பிட்ட rate-ஐப் பயன்படுத்தி step அளவானது அதிகரிக்கின்றது அல்லது குறைகின்றது.உதாரணமாக, one bit quantizer-ன் output ஆனது high (1) ஆக இருந்தால், அடுத்த sample-லில் step அளவானது இரண்டு பங்காக அதிகரிக்கின்றது. One bit quantizer-ன் output ஆனது low (O) ஆக இருந்தால் step அளவானது ஒரு step அளவாக குறைகின்றது.

ஒருவேளை தொடர்ச்சியாக இருக்கின்ற இரண்டு binary pulse-களுக்கான Output ஆனது ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், இத்தகைய தன்மையானது input signal ஆனது செங்குத்தாக மாறுபடுகின்றது என்பதை அடையாளம் காட்டுகின்றது. இதன் மூலம் அதன் முந்தைய மதிப்புடன் ஒப்பிடுகின்ற போது step அளவானது'K' என்கிற factor அளவு அதிகரிக்கின்றது. Speech மற்றும் image signal-களில் K-ன் மதிப்பானது பொதுவாக 1.5 என இருக்கும். மாறாக, அடுத்தடுத்து வருகின்ற இரண்டு binary pulse-களுக்கான output-கள் ஒரே மாதிரியாக இல்லையென்றால், input signal ஆனது மெதுவாக மாறுபடுகின்றது என கண்டுணரப்படுகின்றது. இதன் மூலம் step அளவானது K என்கிற factor அளவு குறைகின்றது.

delta modulation Receiver

இதில் முதல் பகுதியானது, உள்ளே வருகின்ற ஒவ்வொரு bit-ல் இருந்தும் step அளவை உருவாக்குகின்றது. Transmitter-ல் செய்யப்படுகின்ற அதே செயல்தான், சரியான முறையில் receiver-ல் பின்பற்றப்படுகிறது. மந்தைய input-ம் மற்றும் தற்போதைய input-ம் சேர்ந்து step அளவை கின்றது. இது பின்பு accumulator-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. இதன் மூலம் staircase வடிவம் கொண்ட waveform ஆனது உருவாகின்றது. கடைசியில் ஒரு low pass filter-ஐப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் staircase waveform ஆனது ஓரளவு மாற்றப்பட்டு உண்மையான signal ஆனது திரும்பவும் கிடைக்கப்பெறுகின்றது.

Advantages of adaptive delta modulation

Slope overhead குறைவதன் காரணமாக "signal to noise ratio" ஆனது சாதாரண delta modulation-ஐ விடவும் சிறந்ததாக இருக்கும். Step-ன் அளவு மாறுபடுவதன் காரணமாக,ADM-க்கான dynamic range ஆனது அதிகமாக இருக்கும். Bandwidth ஆனது சிறந்த முறையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. Differential PCM (DPCM)

சாதாரண pulse code modulation-னில், அடுத்தடுத்த sample-களின் amplitude-கள் குறைவான அளவு வித்தியாசத்தை மட்டுமே கொண்டிருக்கும். இதன் காரணமாக ஒரே மாதிரியாக உள்ள பலதரப்பட்ட PCM code-களை திரும்ப திரும்ப transmit செய்ய வேண்டிய சூழ்நிலை உருவாகும். (DPCM-ல், உண்மையான sample ஆனது transmit செய்யப்படுவதற்குப் பதிலாக அடுத்தடுத்த sample-களுக்கு இடைப்பட்ட amplitude வித்தியாசமானது transmit செய்யப்படுகிறது. Sample வித்தியாசத்தின் அளவானது ஒவ்வொரு தனித்தனி sample-களின் அளவை விடவும் குறைவாக இருப்பதன் காரணமாக, DPCM-ல் transmit செய்வதற்கு PCM-ஐ விடவும் குறைவான bit-களே தேவைப்படுகிறது. (DPCM ஆனது prediction என்கிற கொள்கையின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றது. தற்போதைய sample-ன் மதிப்பானது ஏற்கனவே உள்ள sample-களில் இருந்து predict செய்யப்படுகிறது அதாவது வருவது உரைக்கப்படுகிறது தற்போது sample செய்யப்பட்ட signal ஆனது x (nTஓ) எனவும், மற்றும் predict செய்யப்பட்ட signal ஆனது x(nTஓ) எனவும் எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது தற்போதைய sample ஆனது predict செய்யப்பட்ட மதிப்புடன் ஒப்பிடப்படுகின்றது. இரண்டிற்கும் இடைப்பட்ட வித்தியாசம் ஆனது error என அழைக்கப்படுகிறது.இது e(nT ) என எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது.

DPCM transmitter

Quantizer-ன் output signal-ம் மற்றும் predict செய்யப்பட்ட முந்தைய signal-ம் add செய்யப்பட்டு, கிடைக்கப் பெறுகின்ற அந்த signal ஆனது prediction filter-ன் input-க்கு கொடுக்கப்படுகின்றது. signal ஆனது xq(nTg) என அழைக்கப்படுகிறது. இதன் காரணமாக prediction ஆனது sample செய்யப்பட்ட உண்மையான signal-க்கு மிகவும் அருகாமையில் அமையப் பெற்றிருக்கும்.Quantize செய்யப்பட்ட signal ஆனது உண்மையான sample மற்றும் quantization error ஆகியவற்றின் கூட்டுத் தொகையாக இருக்கும். இதில் quantization error ஆனது positive ஆக அல்லது negative ஆக இருக்கும் (Quantize செய்யப்பட்ட signal ஆனது பின்பு encode செய்யப்பட்டு, binary pulse-களாக transmit செய்யப்படுகிறது.)

Differential pulse code modulation receiver

Differential pulse code modulation receiver-க்கான block diagram ஆனது fig.2.12-ல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இதில் உள்ள decoder ஆனது, அதற்கு கொடுக்கப்படுகின்ற DPCM input signal-ஐ decode செய்கின்றது. அதாவது இது உள்ளே வருகின்ற binary signal-லில் இருந்து quantize செய்யப்பட்ட error signal-களை திரும்பவும் உருவாக்குகின்றது.

DPCM receiver

Prediction filter-ன் output-ம் மற்றும் quantize செய்யப்பட்ட error signal-களும் add செய்யப்பட்டு உண்மையான signal-ன் quantize செய்யப்பட்ட தகவலை தருகின்றது.இதன் மூலம், quantization error காரணமாக receiver-ல் கிடைக்கப் பெறுகின்ற signal ஆனது உண்மையான signal-லில் இருந்து வித்தியாசம் கொண்டதாக காணப்படும். இது பொதுவாக திரும்பவும் உருவாக்கப்படுகின்ற signal-லில் நிரந்தரமாக காணப்படும்

Advantages of DPCM

PCM-ஐ விட குறைவான bandwidth தேவைப்படும். இதன் signal to noise ratio-ன் அளவானது delta modulation om adaptive delta modulation ஆகியவற்றினை விடவும் சிறந்ததாக காணப்படும்.

Limitations of DPCM