Akwizycja sygnału cyfrowego jest procesem zamiany (konwersji) 

sygnału analogowego (

określonego dla kaŜdej chwili czasowej w przedziale 

obserwacji

) na sygnał cyfrowy  (

ciąg liczb których wartości są (w przybliŜeniu) 

wartościami sygnału analogowego w pewnych stałych odstępach czasowych

).

Proces zamiany sygnału analogowego na cyfrowy nosi nazwę 

konwersji analogowo-cyfrowej (konwersja A/C). Proces odwrotny jest 
nazywany konwersją cyfrowo-analogową (konwersja C/A).

Proces akwizycji , ze względu na istotę stosowanego podejścia jest teŜ 

nazywany modulacją.

Akwizycja sygnału obejmuje następujące procesy: próbkowanie, 

kwantyzację, kodowanie (kodowanie z kompresją).

Akwizycja sygnału moŜe być prowadzona na potrzeby transmisji 

cyfrowej lub przetwarzania (archiwizacji).

Akwizycja sygnału cyfrowego

Akwizycja sygnału cyfrowego

W dalszej części wykładu zostaną omówione następujące 
metody akwizycji sygnałów:

Modulacja PCM

Modulacja DPCM

Modulacja Delta

Liniowe kodowanie predykcyjne (kodowanie LPC)

Modulacja PCM

Kwantyzacja amplitudy –

pojęcia podstawowe

Ilustracja procesu modulacji PCM

Układ  z kwantyzacją logarytmiczną

Układ modulacji z kwantyzacją logarytmiczną

Modulacja DPCM

Idea  modulacji DPCM– zmniejszenie zakresu dynamiki (zawęŜenie zakresu roboczego)

Modulacja DPCM

Modulacja Delta (DM)

Modulacja Delta (DM)

a) nadajnik , b) odbiornik

Modulacja Delta (DM)

Ilustracja błędu kwantyzacji w 
modulacji Delta

Liniowe kodowanie predykcyjne LPC

Podstawową przesłanką do stworzenia modelu kodowania LPC było zasadne załoŜenie 
Ŝ

e są próbki sygnału ( np. dźwiękowego są skorelowane, zaleŜne).

Liniowe kodowanie predykcyjne

Liniowe Kodowanie Predykcyjne

Liniowe kodowanie predykcyjne

Liniowe kodowanie predykcyjne

Porównanie metod DPCM i LPC

Modulacja DPCM jest szczególnym przypadkiem kodowania LPC, dla rzędu 
predykcji p=1 i wartości współczynnika            .

Liniowe kodowanie predykcyjne

Przykładowe sygnały szczątkowe (linia ciągła) na tle sygnałów 
analizowanych (linia przerywana) wyznaczone metodą najmniejszych 
kwadratów, częstotliwość próbkowania 11kHz, kwantyzacja 8-bitowa

Liniowe kodowanie predykcyjne

0

200

400

600

800

-1

-0.5

0

0.5

1

t[ms]

  t [ms]

n

r 

w

s

p

ó

łc

z

y

n

n

ik

a

0

200

400

600

2

4

6

8

10

12

0

200

400

600

800

-0.5

0

0.5

t[ms]

n

r 

w

s

p

ó

łc

z

y

n

n

ik

a

0

200

400

600

2

4

6

8

10

12

Przebiegi czasowe i odpowiadające im mapy wspó

ł

czynników LPC s

ł

owa 

szczęście dwóch osób

Liniowe kodowanie predykcyjne

Wyznaczanie współczynników predykcji

Współczynniki predykcji moŜna wyznaczać następującymi metodami:

kowariancyjną       

korelacyjną

najmniejszych kwadratów

Durbina

Punktem wyjścia wszystkich metod jest warunek minimalizacji błędu 
predykcji:

Liniowe kodowanie predykcyjne

Ocena dokładności aproksymacji

Przyjmijmy 2 wskaźniki:

Liniowe kodowanie predykcyjne

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0,22

4

6

9 12 15 18 25 45

p

e

0,46

0,51

0,56

0,61

0,66

0,71

4

6

9

12 15 18 25 45

p

d

Wykresy zaleŜności wskaźników e oraz d w funkcji rzędu predykcji p

Liniowe kodowanie predykcyjne

Standardy kodowania oparte na LPC stosowane w telefonii GSM

Standard LPC-10

Pierwszy opis metody pojawił się w 1979 r., a za standard została uznana w 1984 

r. pod nazwą “US federal standard 1015” (standard amerykański). 
Do transmisji mowy w tym standardzie wystarcza przepustowość 2,4 Kb/s. Dyskretny sygnał
mowy poddawany jest analizie w tzw. ramkach. Próbkowanie sygnału mowy odbywa się z 
częstotliwością 8 kHz.
KaŜda ramka zawiera 180 próbek, (44,4 ramki na sekundę).

Transmisji podlegają:

Po stronie odbiornika następuje odtworzenie sygnału. Stosuje się dwa typy filtracji: 
długoterminową i krótkoterminową. W ramach filtracji krótkoterminowej (rys) odbywa się
rekonstrukcja pojedynczej ramki. Na wejście filtru syntezującego podawany jest sztucznie 
wygenerowany sygnał, pobudzenie, przeskalowany zgodnie z częstotliwością tonu podstawowego 
oraz wzmocnieniem dla danej ramki. W przypadku generowania faz bezdźwięcznych na wejście 
układu podawany jest szum. Filtracja długoterminowa pozwala na wygładzanie sygnału.

Liniowe kodowanie predykcyjne

Standardy kodowania oparte na LPC stosowane w telefonii GSM

Standard LPC-10

Liniowe kodowanie predykcyjne

Standardy kodowania oparte na LPC stosowane w telefonii GSM

0

5

10

15

20

25

-1000

-500

0

500

1000

Pobudzenie wykorzystywane do generowania mowy dźwięcznej w standardzie 

LPC-10

Liniowe kodowanie predykcyjne

Standardy kodowania oparte na LPC stosowane w telefonii GSM

Standard CELP

Metoda  CELP  dzia

ł

a  na  podobnej  zasadzie  jak  metoda  LPC-10,  z  tą

róŜnicą,  Ŝe  w  standardzie  CELP  wykorzystuje  się nie  sztucznie  generowany  sygna

ł

pobudzenia lecz jeden ze zgromadzonych w banku sygna

ł

ów. 

Transmitowany  jest  jedynie  kod  sygna

ł

u  najlepiej  dopasowanego  do 

danej  ramki.  Stąd  jego  nazwa  Code  Excited  Linear  Prediction Standard  CELP  zosta

ł

przyjęty w 1991 roku (figuruje pod nazwą „US federal standard 1016”).

Wymagana  przepustowość kana

ł

u  transmisji  dlatego  standardu  wynosi  4,8 

Kb/s. Na wejściu uk

ł

adu sygna

ł

mowy jest próbkowany z częstotliwością 8kHz. 

D

ł

ugość ramki wynosi 240 próbek (30ms).

Część parametrów  jest  transmitowana  częściej  i  wyróŜnia  się dodatkowo  4 

krótsze  ramki    (ang.  subframe)  w  ramach  ramki  30  ms.  Zarówno  ten  jak  inne  bardziej 
szczegó

ł

owe  zabiegi  w  czasie  analizy  i  syntezy  sygna

ł

u  mowy  mają na  celu  jak 

najwierniejsze odtworzenie sygna

ł

u wejściowego podczas syntezy w odbiorniku. 

Liniowe kodowanie predykcyjne

Standardy kodowania oparte na LPC stosowane w telefonii GSM

Standard CELP

Struktura ramki

Liniowe kodowanie predykcyjne

Standardy kodowania oparte na LPC stosowane w telefonii GSM

Standard CELP