Introducción a los codificadores de la forma de onda


Los codificadores de la forma de onda intentan reproducir la forma de la onda de la seņal de entrada. Generalmente se diseņan para ser independientes a la seņal, de tal forma que pueden ser usados para codificar una gran variedad de seņales. Presentan una degradación aceptable en presencia de ruido y errores de transmisión. Sin embargo, para que sean efectivos, sólo se deben usar a bit-rates medios. La codificación se puede llevar a cabo tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia.

Los codificadores de forma de onda dividen en dos grupos:



Codificadores en el dominio del tiempo


Dentro de este grupo tenemos los siguientes codificadores:


Modulación por codificación de impulsos (PCM)

La modulación por codificación de impulsos es la codificación de forma de onda más sencilla. Básicamente, consiste en el proceso de cuantificación. Cada muestra que entra al codificador se cuantifica en un determinado nivel de entre un conjunto finito de niveles de reconstrucción. Cada uno de estos niveles se hace corresponder con una secuencia de dígitos binarios, y ésto es lo que se envía al receptor. Se pueden usar distintos criterios para llevar a cabo la cuantificación, siendo el más usado el de la cuantificación logarítmica.


Modulación por codificación de impulsos diferencial (DPCM)

Puesto que PCM no tiene en cuenta la forma de la onda de la seņal a codificar, funciona muy bien con seņales que no sean las de la voz, sin embargo, cuando se codifica voz hay una gran correlación entre las muestras adyacentes.

Esta correlación puede aprovecharse para reducir el bit-rate. Una forma sencilla de hacerlo sería transmitir solamente las diferencias entre las muestras. Esta seņal de diferencia tiene un rango dinámico mucho menor que el de la voz original, por lo que podrá ser cuantificada con un número menor de niveles de reconstrucción. En la figura siguiente se muestra el funcionamiento de DPCM,donde la muestra anterior se usa para predecir el valor de la muestra actual:

Sistema DPCM (a) codificador (b) decodificador

Normalmente, el valor predicho,s'n, es una combinación lineal de un número finito de muestras anteriores, sn:

y

La seņal de diferencia, dn, se denomina residuo y es el residuo lo que se cuantifica y se envía al receptor. Los coeficientes de predicción , {ak}, se eligen para minimizar el error cuadrático medio, E:



Modulación por codificación de impulsos diferencial adaptativa (ADPCM)

En DPCM tanto el predictor como el cuantificador permanecen fijos en el tiempo. Se podría conseguir una mayor eficiencia si el cuantificador se adaptase a los cambios del residuo de predicción. Además, también se podría hacer que la predicción se adaptase a la seņal de la voz. Esto aseguraría que la raíz cuadrada del error de predicción se minimice contínuamente, con independencia de la seņal de voz y de quién la emita.

La siguiente figura muestra un codificador/decodificador ADPCM:

Hay dos métodos para adaptar los cuantificadores y los predictores, llamados adaptación en feedforward y adaptación en feedbackward. En la adaptación feedforward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan en el emisor, usando un bloque de voz. Después son cuantificados y transmitidos al receptor como información lateral. Tanto el emisor como el receptor usan estos valores cuantificados para hacer las predicciones y cuantificar el residuo. En la adaptación feedbackward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan a partir de la seņal codificada. Puesto que la seņal es conocida tanto por el emisor como por el receptor, no hay necesidad de transmitir información lateral, así el predictor y el cuantificador pueden actualizarse para cada muestra. La adaptación feedbackward puede dar menores bir rates, pero es más sensible a los errores de transmisión que la adaptación feedforward.

ADPCM es muy útil para codificar voz a bit rates medios.La CCITT propone un estandar de codificación de voz telefónica a una velocidad de 32 kb/s. Es el estandar G.721. Usa un esquema de adaptación feedbackward tanto para el cuantificador como para el predictor. El predictor tiene dos polos y seis ceros, por lo que produce una calidad de salida aceptable para seņales que no son de voz.


En el ejemplo audiovisual podrá ver el efecto de aplicar codificación ADPCM a una seņal de voz.


En el siguiente punto estudiará el segundo subgrupo dentro del grupo de los codificadores de la forma de la onda, los codificadores en el dominio en el dominio de la frecuencia.


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