差分脉冲编码调制,简称差分脉码调制,是一种对模拟信号的编码模式,与PCM不同每个抽样值不是独立的编码,而是先根据前一个抽样值计算出一个预测值,再取当前抽样值和预测值之差作编码用。此差值称为预测误差。抽样值和预测值非常接近(因为相关性强),预测误差的可能取值范围比抽样值变化范围小,所以可用少几位编码比特来对预测误差编码,从而降低其比特率。这是利用减小冗余度的办法,降低了编码比特率。以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。
所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。
DPCM系统原理框图如下图1所示:
图中
是编码器输入采样值信号,是对重建信号的线性预测值,它是前N个样值得线性加权组合,定义为,式中,是预测系数。当前样值与预测值之间的误差为称为差值。若略去量化误差不计,则上图所示DPCM系统中预测误差滤波器的传输函数
重建信号为
在上图中,DPCM编码器是对差值d(k)进行量化编码。d(k)经量化后输出
,编码器将量化后的每个预测误差进行编码,输出二进制数字序列。DPCM系统的总量化误差
定义为编码器输入信号样值与重建信号之差,即由上式可见,这种DPCM系统的总量化误差仅与差值信号d(k)的量化误差有关系。与都是随机量,因此DPCM系统总的量化信噪比为:是把差值序列作为信号时量化器的量化信噪比,与PCM系统考虑量化误差时所计算的信噪比相当。可以理解为DPCM系统相对于PCM系统而言的信噪比增益,称为预测增益。
由量化信噪比公式可以看出,DPCM系统总的量化信噪比远大于量化器的信噪比。因此要求DPCM系统达到与PCM系统相同的信噪比,则可降低对量化器信噪比的要求,即可减少量化级数,从而减少码位数,降低比特率,减少传输带宽。