Modulacao PCMTrabalho de multimidia

Um Resumo do

António Carlos Roda 
Alima Hussein 
Claiton Jorge 
Eugénio Balane 
Nuno Chin 
Manuel Brito 
Licenciatura em Informática 
Cadeira: Multimídia 
Universidade Pedagógica 
Delegação da Beira 
2014
António Carlos Roda 
Alima Hussein 
Claiton Jorge 
Eugénio Balane 
Nuno Chin 
Manuel Brito 
Cadeira: Multimídia 
Tema: Modulação PCM 
Docente: 
dr. Nádia Ribeiro 
Universidade Pedagógica 
Delegação da Beira 
2014
Indice 
OBJECTIVO……………………………………………………………………………………………………………………………….2 
RESUMO ...................................................................................................................................... 5 
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 6 
O QUE É MODULAÇÃO ............................................................................................................ 7 
ONDE É UTILIZADO ................................................................................................................. 7 
ETAPAS DA MODULAÇÃO PCM ............................................................................................ 8 
QUANTIZAÇÃO ......................................................................................................................... 8 
TEOREMA DA AMOSTRAGEM ............................................................................................... 8 
MODULAÇÃO POR CODIGO DE PULSO (PCM) ................................................................... 9 
MULTIPLEXAÇÃO ..................................................................................................................... 9 
MODULAÇÃO POR CODIFICAÇÃO DE PULSO DIFERENCIAL (DPCM) ........................ 9 
PCM DIFERENCIAL ADAPTACTIVA (ADPCM) .................................................................. 10 
CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 10 
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 12
OBJECTIVO 
Este Presente trabalho tem como objectivo explicar: 
 Definição da Modulação PCM; 
 Aplicação da modulação PCM; 
 Desvantagens da modulação PCM; 
 Etapas da modulação PCM e; 
 O Teorema da amostragem.
RESUMO 
A modulação por código de pulso, ou PCM (“Pulse Code Modulation”), consiste, 
basicamente, em transformar um sinal analógico em uma sucessão de pulsos que, por possuir 
somente dois níveis distintos, permite sua codificação em um padrão binário. Este código 
binário deve ser capaz de representar os valores amostrados do sinal modulante analógico. A 
grande vantagem do PCM reside justamente no fato de só haver dois níveis distintos para o 
sinal modulado, reduzindo de forma substancial o ruído que interfere sobre o sinal modulado, 
pois este pode ser constantemente regenerado, reassumindo sua forma original. Um sistema 
PCM monocanal, ou seja, para transmissão de um único sinal modulante.
INTRODUÇÃO 
A maioria das grandes partes dos sinais de informações que são processados em uma rede de 
telecomunicações são sinais analógicos, tal como, por exemplo, o sinal produzido pelo 
microfone do aparelho telefônico. Para realizar o processamento digital destes sinais, é 
necessário convertê-los para um formato digital. A técnica mais conhecida e utilizada para 
realizar a conversão de um sinal analógico em digital é a modulação por código de pulso, 
abreviadamente denominada de PCM1. A técnica PCM foi patenteada, em 
1939, pelo Sr. Alec. Reeves, quando era engenheiro da ITT 2 na França. A modulação PCM 
consiste basicamente de três operações separadas: amostragem, quantização e codificação. Na 
técnica PCM, a informação analógica é inicialmente medida em intervalos regulares de 
tempo; em seguida, os valores obtidos são aproximados para um dos níveis de referência 
estabelecidos, e finalmente o valor aproximado é codificado em uma sequência de bits 
(pulsos).
Alima O QUE É MODULAÇÃO 
É uma ferramenta usada em telecomunicações para enviar dados de forma que os custos 
sejam baixos e as dimensões dos materiais usados nesta comunicação de dados não 
extrapole os limites. Modulação é um processo que consiste em se alterar uma característica 
da onda portadora, proporcionalmente ao sinal modulante. 
ONDE É UTILIZADO 
No PCM o áudio é transformado numa série de amostras, cada uma com uma amplitude. 
No CD por exemplo temos 44100 amostras por segundo (44.1 KHz) com uma amplitude de 
16 bits, ou seja, 65 mil valores diferentes. 
Em telefonia: 
O sinal de voz é digitalizado pela central telefónica no formato PCM e transmitido no 
formato digital entre as centrais, sendo novamente convertido em sinal analógico ao chegar 
na central telefónica do destinatário. 
A DESVANTAGEM Nuno 
Apesar da qualidade ser muito boa, o PCM não prevê o uso de nenhum tipo de compressão, é 
por isso que um CD pode armazenar apenas 74 minutos de música em PCM, enquanto a 
mesma mídia pode gravar mais de 10 horas em arquivos MP3. 
Modulação por codificação de pulso consiste, basicamente, em transformar um sinal 
analógico em uma sucessão de pulsos que, devido ao seu comportamento de admitir apenas 
dois níveis distintos, permitem sua codificação em um padrão binário, ou seja, é uma 
representação digital de um sinal analógico no qual a magnitude do sinal é obtida em 
intervalos regulares e então transformados em uma série de símbolos em código digital 
(geralmente binário).
ETAPAS DA MODULAÇÃO PCM 
A modulação PCM consiste basicamente de filtragem, amostragem, quantização, codificação 
e compressão. Para a recuperação da voz original, é feita a demodulação através da expansão, 
decodificação e filtragem. Todo o processo de modulação analógico/digital, e demodulação. 
Cleiton Jorge 
QUANTIZAÇÃO 
A quantização é um processo no qual as amostras individuais do sinal de informação são 
arredondadas para o nível de tensão de referência mais próximo. O erro introduzido neste 
processo é conhecido como erro de quantização ou ruído de quantização, não podendo ser 
evitado, mas apenas minimizado. A quantidade de níveis a ser utilizada depende do número 
de bits do código final utilizado e o intervalo entre os níveis pode ser uniforme ou variar 
conforme a amplitude. 
TEOREMA DA AMOSTRAGEM 
O filtro passa-baixos de entrada limita o sinal em wm e, deste modo o amostrador funciona 
com uma frequência de amostragem wo>> 2wm. Para um canal telefônico, cuja faixa é 
reduzida ao intervalo de 300 Hz a 3400 Hz, usa-se uma frequência de amostragem de 
8kHz.Para se facilitar o procedimento posterior de quantização, normalmente se produz um 
sinal PAM (Pulse Amplitude Modulation). Geralmente se emprega uma amostra quase 
instantânea, carregando um capacitor que segura o nível em um valor constante. O sinal de 
voz, após passar por um filtro passa-baixas que limita a sua mais alta frequência a 3,4 kHz é 
aplicado ao amostrador formado pelos transistores Q1 e Q2. Estes transistores bloqueiam a 
passagem do sinal a não ser quando o pulso P1 aparece no transformador T1.Quando a porta 
do amostrador se abre, sua saída apresenta baixa impedância e se produz uma carga rápida do 
capacitor de memória C. A bobina L compensa as capacitâncias adicionais do circuito, 
capazes de perturbar a rapidez da carga. Deste modo, a amostra é transferida para o capacitor 
de memória C. Quando a porta de amostragem se fecha, o capacitor fica em um circuito de 
alta impedância e segura a amostra. O sinal seguro por C é aplicado ao amplificador A de alta 
impedância de entrada. A saída de A irá então ser processada nas operações de quantização e 
codificação. Um pouco antes do aparecimento da nova amostra, Q3 conduz com a presença 
do pulso P2 no transformador T2, de modo a limpar completamente a memória de C e 
prepará-la para receber a nova amostra.
Roda 
MODULAÇÃO POR CODIGO DE PULSO (PCM) 
A codificação é a representação, binária ou outra, da sequência de valores de um sinal, após 
amostragem e quantificação. Normalmente os dispositivos que efetuam a amostragem, 
quantificação e codificação amostra-a-amostra estão integrados. Estes dispositivos 
necessitam de um circuito de retenção do sinal amostrado durante o tempo de conversão 
(S&H - Sampling and Hold). No entanto, no que diz respeito à conversão analógico-digital, 
esta é ideal, pois apenas existe um número que representa a área quantificada do impulso de 
dirac por amostra. A esta codificação amostra-a-amostra chama-se modulação por código de 
pulso (PCM - Pulse Code Modulation). 
Eugenio Balane 
MULTIPLEXAÇÃO 
Existem 3 modos de transmissão de um meio qualquer, são eles: simplex, semiduplex e 
duplex. No modo simplex interessa apenas transmitir uma informação de A para B 
(transmissão unidirecional). No modo semi duplex o que interessa não apenas transmitir 
informação de A para B, como de B para A, porém num sentido de cada vez (transmissão 
bidirecional alternada). 
MODULAÇÃO POR CODIFICAÇÃO DE PULSO DIFERENCIAL (DPCM) 
A técnica DPCM, proposta por [Cutler 1952], é a mais conhecida técnica de codificação 
preditiva. Ela utiliza um preditor ótimo, cujo objetivo é minimizar o erro médio quadrático de 
predição, assumindo que o erro de quantização é desprezível e que o valor predito de um 
pixel depende de uma combinação linear de M pixels anteriores, O número de pixels 
considerados na predição, é normalmente conhecido como 'ordem dopreditor' e estudos 
realizados sobre imagens de TV e de radiografias demonstraram que não há ganho 
significativo em se utilizar ordem superior a 3.O conjunto de coeficientes do preditor ótimo 
normalmente é obtido modelando a imagem como uma fonte de Markov 2-D.
Manuel Brito 
PCM DIFERENCIAL ADAPTACTIVA (ADPCM) 
A entrada do codificador e a saída do decodificador são PCM logarítmico. O fluxo de dados 
transmitidos é necessariamente composto de blocos contendo três tipos de informação: (1) o 
sinal diferencial codificado (residual), (b) o fator de ganho, e (c) os coeficientes do preditor. 
ADPCM fornece maior economia de bits que DPCM.Várias formas de ADPCM tem sido 
usadas em várias aplicações. Duas aplicações mais importantes são mensagens de voz e 
equipamentos para aumentar o número de canais de voz em agregados de 2Mb/s. Com 
relação à última aplicação a ITU-T estabeleceu um padrão para ADPCM de 32kbps, 
a Recomendação G.721. Este algoritmo é extensamente usado e não apresenta degradação 
significativa na qualidade dos circuitos de voz quando inseridos nos sub-sistemas internos de 
uma rede. 
A taxa de 32kbps implica em uma economia de 2:1 na largura de banda do canal com relação 
ao PCM padrão. A única desvantagem introduzida por ADPCM padrão é a degradação de 
sinais de dados de modem com taxas maior que 4800bps. Dados na faixa de voz em taxas de 
4800bps e abaixo são adequadas e não apresentam problemas. 
O algoritmo ADPCM usa um preditor de oitava ordem, quantização adaptativa, e predição 
adaptativa. Além disso, o algoritmo é projetado para reconhecer a diferença entre sinais de 
voz e dados e usar o modo rápido ou lento de adaptação do quantizador.
CONCLUSÃO 
A modulação por codificação de pulso consiste, basicamente, em transformar um sinal 
analógico em uma sucessão de pulsos que, devido ao seu comportamento de admitir apenas 
dois níveis distintos, permitem sua codificação em um padrão binário, ou seja, é uma 
representação de um sinal analógico no qual a magnitude do sinal é obtida em intervalos 
regulares e então transformados em uma serie de símbolos em códigos digital (geralmente 
binário).
BIBLIOGRAFIA 
A. Bruce Carlson, Paul B. Crilly, Janet C. Rutledge, “Communications and 
Systems”, 4th Ed., McGrawHill, 2001. 
S. Haykin, Michel Moher, “Communication Systems”, 5thEd., Willey, 2009. 
N. S. Jayant, “Digital Coding of Waveforms: PCM, DPCM, and DM Quantizers”, Proc. 
IEEE, pp. 611-632, 1974. 
N. S. Jayant, P. Noll, “Digital Coding of Waveforms, Principles and Applications to Speec.

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  • 1. António Carlos Roda Alima Hussein Claiton Jorge Eugénio Balane Nuno Chin Manuel Brito Licenciatura em Informática Cadeira: Multimídia Universidade Pedagógica Delegação da Beira 2014
  • 2. António Carlos Roda Alima Hussein Claiton Jorge Eugénio Balane Nuno Chin Manuel Brito Cadeira: Multimídia Tema: Modulação PCM Docente: dr. Nádia Ribeiro Universidade Pedagógica Delegação da Beira 2014
  • 3. Indice OBJECTIVO……………………………………………………………………………………………………………………………….2 RESUMO ...................................................................................................................................... 5 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 6 O QUE É MODULAÇÃO ............................................................................................................ 7 ONDE É UTILIZADO ................................................................................................................. 7 ETAPAS DA MODULAÇÃO PCM ............................................................................................ 8 QUANTIZAÇÃO ......................................................................................................................... 8 TEOREMA DA AMOSTRAGEM ............................................................................................... 8 MODULAÇÃO POR CODIGO DE PULSO (PCM) ................................................................... 9 MULTIPLEXAÇÃO ..................................................................................................................... 9 MODULAÇÃO POR CODIFICAÇÃO DE PULSO DIFERENCIAL (DPCM) ........................ 9 PCM DIFERENCIAL ADAPTACTIVA (ADPCM) .................................................................. 10 CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 10 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 12
  • 4. OBJECTIVO Este Presente trabalho tem como objectivo explicar:  Definição da Modulação PCM;  Aplicação da modulação PCM;  Desvantagens da modulação PCM;  Etapas da modulação PCM e;  O Teorema da amostragem.
  • 5. RESUMO A modulação por código de pulso, ou PCM (“Pulse Code Modulation”), consiste, basicamente, em transformar um sinal analógico em uma sucessão de pulsos que, por possuir somente dois níveis distintos, permite sua codificação em um padrão binário. Este código binário deve ser capaz de representar os valores amostrados do sinal modulante analógico. A grande vantagem do PCM reside justamente no fato de só haver dois níveis distintos para o sinal modulado, reduzindo de forma substancial o ruído que interfere sobre o sinal modulado, pois este pode ser constantemente regenerado, reassumindo sua forma original. Um sistema PCM monocanal, ou seja, para transmissão de um único sinal modulante.
  • 6. INTRODUÇÃO A maioria das grandes partes dos sinais de informações que são processados em uma rede de telecomunicações são sinais analógicos, tal como, por exemplo, o sinal produzido pelo microfone do aparelho telefônico. Para realizar o processamento digital destes sinais, é necessário convertê-los para um formato digital. A técnica mais conhecida e utilizada para realizar a conversão de um sinal analógico em digital é a modulação por código de pulso, abreviadamente denominada de PCM1. A técnica PCM foi patenteada, em 1939, pelo Sr. Alec. Reeves, quando era engenheiro da ITT 2 na França. A modulação PCM consiste basicamente de três operações separadas: amostragem, quantização e codificação. Na técnica PCM, a informação analógica é inicialmente medida em intervalos regulares de tempo; em seguida, os valores obtidos são aproximados para um dos níveis de referência estabelecidos, e finalmente o valor aproximado é codificado em uma sequência de bits (pulsos).
  • 7. Alima O QUE É MODULAÇÃO É uma ferramenta usada em telecomunicações para enviar dados de forma que os custos sejam baixos e as dimensões dos materiais usados nesta comunicação de dados não extrapole os limites. Modulação é um processo que consiste em se alterar uma característica da onda portadora, proporcionalmente ao sinal modulante. ONDE É UTILIZADO No PCM o áudio é transformado numa série de amostras, cada uma com uma amplitude. No CD por exemplo temos 44100 amostras por segundo (44.1 KHz) com uma amplitude de 16 bits, ou seja, 65 mil valores diferentes. Em telefonia: O sinal de voz é digitalizado pela central telefónica no formato PCM e transmitido no formato digital entre as centrais, sendo novamente convertido em sinal analógico ao chegar na central telefónica do destinatário. A DESVANTAGEM Nuno Apesar da qualidade ser muito boa, o PCM não prevê o uso de nenhum tipo de compressão, é por isso que um CD pode armazenar apenas 74 minutos de música em PCM, enquanto a mesma mídia pode gravar mais de 10 horas em arquivos MP3. Modulação por codificação de pulso consiste, basicamente, em transformar um sinal analógico em uma sucessão de pulsos que, devido ao seu comportamento de admitir apenas dois níveis distintos, permitem sua codificação em um padrão binário, ou seja, é uma representação digital de um sinal analógico no qual a magnitude do sinal é obtida em intervalos regulares e então transformados em uma série de símbolos em código digital (geralmente binário).
  • 8. ETAPAS DA MODULAÇÃO PCM A modulação PCM consiste basicamente de filtragem, amostragem, quantização, codificação e compressão. Para a recuperação da voz original, é feita a demodulação através da expansão, decodificação e filtragem. Todo o processo de modulação analógico/digital, e demodulação. Cleiton Jorge QUANTIZAÇÃO A quantização é um processo no qual as amostras individuais do sinal de informação são arredondadas para o nível de tensão de referência mais próximo. O erro introduzido neste processo é conhecido como erro de quantização ou ruído de quantização, não podendo ser evitado, mas apenas minimizado. A quantidade de níveis a ser utilizada depende do número de bits do código final utilizado e o intervalo entre os níveis pode ser uniforme ou variar conforme a amplitude. TEOREMA DA AMOSTRAGEM O filtro passa-baixos de entrada limita o sinal em wm e, deste modo o amostrador funciona com uma frequência de amostragem wo>> 2wm. Para um canal telefônico, cuja faixa é reduzida ao intervalo de 300 Hz a 3400 Hz, usa-se uma frequência de amostragem de 8kHz.Para se facilitar o procedimento posterior de quantização, normalmente se produz um sinal PAM (Pulse Amplitude Modulation). Geralmente se emprega uma amostra quase instantânea, carregando um capacitor que segura o nível em um valor constante. O sinal de voz, após passar por um filtro passa-baixas que limita a sua mais alta frequência a 3,4 kHz é aplicado ao amostrador formado pelos transistores Q1 e Q2. Estes transistores bloqueiam a passagem do sinal a não ser quando o pulso P1 aparece no transformador T1.Quando a porta do amostrador se abre, sua saída apresenta baixa impedância e se produz uma carga rápida do capacitor de memória C. A bobina L compensa as capacitâncias adicionais do circuito, capazes de perturbar a rapidez da carga. Deste modo, a amostra é transferida para o capacitor de memória C. Quando a porta de amostragem se fecha, o capacitor fica em um circuito de alta impedância e segura a amostra. O sinal seguro por C é aplicado ao amplificador A de alta impedância de entrada. A saída de A irá então ser processada nas operações de quantização e codificação. Um pouco antes do aparecimento da nova amostra, Q3 conduz com a presença do pulso P2 no transformador T2, de modo a limpar completamente a memória de C e prepará-la para receber a nova amostra.
  • 9. Roda MODULAÇÃO POR CODIGO DE PULSO (PCM) A codificação é a representação, binária ou outra, da sequência de valores de um sinal, após amostragem e quantificação. Normalmente os dispositivos que efetuam a amostragem, quantificação e codificação amostra-a-amostra estão integrados. Estes dispositivos necessitam de um circuito de retenção do sinal amostrado durante o tempo de conversão (S&H - Sampling and Hold). No entanto, no que diz respeito à conversão analógico-digital, esta é ideal, pois apenas existe um número que representa a área quantificada do impulso de dirac por amostra. A esta codificação amostra-a-amostra chama-se modulação por código de pulso (PCM - Pulse Code Modulation). Eugenio Balane MULTIPLEXAÇÃO Existem 3 modos de transmissão de um meio qualquer, são eles: simplex, semiduplex e duplex. No modo simplex interessa apenas transmitir uma informação de A para B (transmissão unidirecional). No modo semi duplex o que interessa não apenas transmitir informação de A para B, como de B para A, porém num sentido de cada vez (transmissão bidirecional alternada). MODULAÇÃO POR CODIFICAÇÃO DE PULSO DIFERENCIAL (DPCM) A técnica DPCM, proposta por [Cutler 1952], é a mais conhecida técnica de codificação preditiva. Ela utiliza um preditor ótimo, cujo objetivo é minimizar o erro médio quadrático de predição, assumindo que o erro de quantização é desprezível e que o valor predito de um pixel depende de uma combinação linear de M pixels anteriores, O número de pixels considerados na predição, é normalmente conhecido como 'ordem dopreditor' e estudos realizados sobre imagens de TV e de radiografias demonstraram que não há ganho significativo em se utilizar ordem superior a 3.O conjunto de coeficientes do preditor ótimo normalmente é obtido modelando a imagem como uma fonte de Markov 2-D.
  • 10. Manuel Brito PCM DIFERENCIAL ADAPTACTIVA (ADPCM) A entrada do codificador e a saída do decodificador são PCM logarítmico. O fluxo de dados transmitidos é necessariamente composto de blocos contendo três tipos de informação: (1) o sinal diferencial codificado (residual), (b) o fator de ganho, e (c) os coeficientes do preditor. ADPCM fornece maior economia de bits que DPCM.Várias formas de ADPCM tem sido usadas em várias aplicações. Duas aplicações mais importantes são mensagens de voz e equipamentos para aumentar o número de canais de voz em agregados de 2Mb/s. Com relação à última aplicação a ITU-T estabeleceu um padrão para ADPCM de 32kbps, a Recomendação G.721. Este algoritmo é extensamente usado e não apresenta degradação significativa na qualidade dos circuitos de voz quando inseridos nos sub-sistemas internos de uma rede. A taxa de 32kbps implica em uma economia de 2:1 na largura de banda do canal com relação ao PCM padrão. A única desvantagem introduzida por ADPCM padrão é a degradação de sinais de dados de modem com taxas maior que 4800bps. Dados na faixa de voz em taxas de 4800bps e abaixo são adequadas e não apresentam problemas. O algoritmo ADPCM usa um preditor de oitava ordem, quantização adaptativa, e predição adaptativa. Além disso, o algoritmo é projetado para reconhecer a diferença entre sinais de voz e dados e usar o modo rápido ou lento de adaptação do quantizador.
  • 11. CONCLUSÃO A modulação por codificação de pulso consiste, basicamente, em transformar um sinal analógico em uma sucessão de pulsos que, devido ao seu comportamento de admitir apenas dois níveis distintos, permitem sua codificação em um padrão binário, ou seja, é uma representação de um sinal analógico no qual a magnitude do sinal é obtida em intervalos regulares e então transformados em uma serie de símbolos em códigos digital (geralmente binário).
  • 12. BIBLIOGRAFIA A. Bruce Carlson, Paul B. Crilly, Janet C. Rutledge, “Communications and Systems”, 4th Ed., McGrawHill, 2001. S. Haykin, Michel Moher, “Communication Systems”, 5thEd., Willey, 2009. N. S. Jayant, “Digital Coding of Waveforms: PCM, DPCM, and DM Quantizers”, Proc. IEEE, pp. 611-632, 1974. N. S. Jayant, P. Noll, “Digital Coding of Waveforms, Principles and Applications to Speec.