Digital transmission

Uploaded on


More in: Technology , Business
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads


Total Views
On Slideshare
From Embeds
Number of Embeds



Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

    No notes for slide


  • 1. Digital Transmission Principles  Analog and Digital Communication   Baseband channel Channel Analog source Analog destination Analog source Modulator (Tx)Demodulator (Rx) Analog destination Analog signal and baseband transmission Analog transmission using mod’n and demod’n Digital channel Analog channel Digital Coder Decoder Digital sink Digital Modem Modem Digital sink source source Digital signal transmitted on digital channel Digital signal transmitted by modem Digital channel Analog A/D Decoding & Digital sink Analog signal transmitted digitally source conversion D/A & coding conversion Analog channel Analog signal digitized Analog A/D Modem Modem Decoding & Digital sink and transmitted by source conversion D/A modem & coding conversion   Spectrum of a Modulating Square Wave   Spectrum  contains  an  infinite  number  of  odd  harmonics  plus  its  fundamental frequency.    Assume  a  fundamental  frequency  of  the  modulating  square  wave  to  be  1  kHz and a carrier frequency of 1 MHz. When these signals heterodyne:   1. Two  new  frequencies  will  be  produced:  sum  frequency  of  1.001  MHz  and  difference frequency of 0.999 MHz.  2. The  harmonics  contained  in  the  square  wave  heterodynes  with  the  carrier  frequency  as  well.  Hence,  the  third  harmonic  of  the  square  wave  heterodynes  with  the  carrier  and  produces  sideband  frequencies  at  1.003  and  0.997  MHz.  Another  set  will  be  produced  by  the  fifth,  seventh,  ninth,  eleventh,  thirteenth,  fifteenth, seventeenth, and nineteenth harmonics of the square wave, and so on  to infinity. 
  • 2. Spectrum distribution when modulating with a square wave.   The first set of sidebands is directly related to the amplitude of the square wave. The second set of sidebands is related to the third harmonic content of the square wave and is 1/3 the amplitude of the first set. The third set is related to the amplitude of the first  set  of  sidebands  and  is  1/5  the  amplitude  of  the  first  set.  This  relationship  will apply to each additional set of sidebands. Various  square‐wave  modulation  levels  with  frequency‐spectrum  carrier  and sidebands. Observations: (carrier modulated with a square wave)  1. As  the  amplitude  of  the  modulating  square  wave  is  increased,  the  RF  peaks  increases  in  amplitude  during  the  positive  alternation  of  the  square  wave  and  decrease during the negative half of the square wave.  2. For  the  frequency  spectrum,  the  carrier  amplitude  remains  constant,  but  the  sidebands  increase  in  amplitude  in  accordance  with  the  amplitude  of  the  modulating square wave.   3. In  view  (C)  the  amplitude  of  the  square  wave  of  voltage  is  equal  to  the  peak  voltage  of  the  unmodulated  carrier  wave.  This  is  100%  modulation,  just  as  in  conventional AM.  4. In the frequency spectrum, the sideband distribution is also the same as in AM.  The total sideband power is 1/2 of the total power when the modulator signal is a  square  wave.  This  is  in  contrast  to  1/3  of  the  total  power  with  sine‐wave  modulation.   5. In  view  (D),  the  increase  of  the  square‐wave  modulating  voltage  is  greater  in  amplitude  than  the  unmodulated  carrier.  The  sideband  distribution  does  not 
  • 3. change; but, as the sidebands take on more of the transmitted power, so will the  carrier.    In pulse modulation, the same general rules apply as in AM.  Pulse Timing   Some pulse‐modulation systems modulate a carrier in the manner of increasing or  decreasing  the  amplitude  of  the  modulating  square  wave.  Others  produce  no  RF until pulsed; that is, RF occurs only during the actual pulse. If we allow oscillations to 
  • 4. occur  for  a  given  period  of  time  only  during  selected  intervals,  as  in  view  (B),  we  are PULSING the system.   Pulse Transmission Note: The pulse transmitter is gated on and off instead of being modulated by a square wave.  Varying pulse‐modulating waves Note: Carrier frequencies in pulse systems can vary.  The carrier frequency is not the only frequency we must concern ourselves with in pulse systems. We must also note the frequency that is associated with the repetition rate of groups of pulses. Pulse‐repetition  time  (PRT)  ‐  the  total  time  of  one  complete  pulse  cycle  of  operation (rest time plus pulse width)  Pulse‐repetition frequency (PRF) — the rate, in pulses per second, that the pulse occurs  
  • 5. Pulse‐repetition time (prt) and pulse‐repetition frequency (prf)  Figure 2-34.—Pulse cycles.Pulse width — the duration of time RF frequency is transmitted  Rest time — the time the transmitter is resting (not transmitting)   . Pulse width and rest time  The pulse width is the time that the transmitter produces RF oscillations and is the actual pulse transmission time. During the nonpulse time, the transmitter produces no oscillations and the oscillator is cut off. Power in a Pulse System  Peak power ‐ the maximum value of the transmitted pulse Average power ‐ peak power value averaged over the pulse‐repetition time.   Peak power is very easy to see in a pulse system.  
  • 6. Duty  Cycle  ‐  ratio  of  actual  transmitting  time  to  transmitting  time  plus  rest  time.  To establish  the  duty  cycle,  divide  the  pulse  width  by  the  pulse  repetition  time  of  the system.   Digital transmission – transmission of digital signals between two or more points in a communication system Advantages of Digital Transmission  1. Noise  immunity,  since  it  is  not  necessary  to  evaluate  the  precise  amplitude,  frequency or phase to ascertain logic condition. A simple determination is made  whether the pulse is above or below a prescribed level.  2. Digital  signals  are  better  suited  than  analog  signals  for  processing  and  multiplexing. It is easier to store digital signals and the transmission rate can be  varied  to  adapt  different  environments  and  to  interface  with  different  types  of  equipment.  3. More  resistant  to  analog  systems  to  additive  noise  because  they  use  signal  regeneration rather than signal amplification.  4. Simpler to measure and evaluate than analog signals   Advantages of Digital Transmission  1.  Transmission  of  digitally  encoded  analog  signals  requires  significantly  more  bandwidth than simply transmitting the original analog signal.  2. Analog  signals  must  be  converted  to  digital  pulses  prior  to  transmission  and  converted back to analog form at the receiver, thus requiring additional encoding  and decoding circuitry  3. Requires precise time synchronization between the clocks in the transmitters and  receivers  4. Some  digital  transmission  systems  are  incompatible  with  older  analog  transmission systems. Communications Pulse Modulators   To transmit intelligence using pulse modulation, one must provide a method to vary  some  characteristic  of  the  pulse  train  in  accordance  with  the  modulating  signal. The characteristics of these pulses that can be varied are amplitude, pulse width, pulse‐repetition time, and the pulse position as compared to a reference. In addition to these three  characteristics,  pulses  may  be  transmitted  according  to  a  code  to  represent  the different levels of the modulating signal.    Pulse‐Amplitude Modulation  
  • 7. Pulse‐amplitude  modulation  (PAM)  in  which  the  amplitude  of  each  pulse  is controlled by the instantaneous amplitude of the modulating signal at the time of each pulse.  • The simplest form of pulse modulation.   • Generated in much the same manner as analog‐amplitude modulation.   • The timing pulses are applied to a pulse amplifier in which the gain is controlled  by the modulating waveform.   • Since  these  variations  in  amplitude  actually  represent  the  signal,  this  type  of  modulation  is  basically  a  form  of  AM.  The  only  difference  is  that  the  signal  is  now in the form of pulses.   • Have the same built‐in weaknesses as any other AM signal ‐ high susceptibility  to noise and interference.   • The reason for susceptibility to noise is that any interference in the transmission  path will either add to or subtract from any voltage already in the circuit (signal  voltage). Thus, the amplitude of the signal will be changed. Since the amplitude  of  the  voltage  represents  the  signal,  any  unwanted  change  to  the  signal  is  considered  a  SIGNAL  DISTORTION.  For  this  reason,  PAM  is  not  often  used.  When  PAM  is  used,  the  pulse  train  is  used  to  frequency  modulate  a  carrier  for  transmission.  Demodulating PAM: Peak detection uses the amplitude of a PAM signal or the duration of a PWM signal to charge a holding capacitor and restore the original waveform. This demodulated waveform will contain some distortion because the output wave is not a pure  sine  wave.  However,  this  distortion  is  not  serious  enough  to  prevent  the  use  of peak detection. 
  • 8. Pulse‐Time Modulation   Time  characteristics  of  pulses  may  also  be  modulated  with  intelligence information. Two time characteristics may be affected:  1. the time duration of the pulses, referred to as pulse‐duration modulation  (PDM) or pulse‐width modulation (PWM)  2. the  time  of  occurrence  of  the  pulses,  referred  to  as  pulse‐position  modulation (PPM)  A  special  type  of  pulse‐time  modulation  (PTM)  referred  to  as  pulse‐frequency modulation (PFM) may also be employed.  Pulse‐time modulation (PTM) ‐ PDM.    
  • 9. Pulse‐time modulation (PTM) ‐ PPM Pulse‐time modulation (PTM) ‐ PPMPulse‐duration modulation (pulse‐width modulation)  • The  width  of  each  pulse  in  a  train  is  made  proportional  to  the  instantaneous  value  of  the  modulating  signal  at  the  instant  of  the  pulse.  Either  the  leading  edges,  the  trailing  edges,  or  both  edges  of  the  pulses  may  be  modulated  to  produce the variation in pulse width.   • PWM  is  often  used  because  it  is  of  a  constant  amplitude  and  is,  therefore,  less  susceptible to noise.  Generating  PWM:  Add  the  modulating  signal  to  a  repetitive  sawtooth  waveform.  The resulting  waveform  is  then  applied  to  a  one‐shot  multivibrator  circuit  which  changes state  when  the  input  signal  exceeds  a  specific  threshold  level.  The  action  produces pulses with widths that are determined by the length of time that the input waveform exceeds the threshold level.  Demodulating  PWM:  The  peak  detector  circuit  may  also  be  used  for  PWM.  To  detect PWM, modify the peak detector so that the time constant for charging C1 through CR1 is at least 10 times the maximum received pulse width. This may be done by adding a resistor in series with the cathode or anode circuit of CR1. The amplitude of the voltage to  which  C1  charges,  before  being  discharged  by  the  negative  pulse,  will  be  directly proportional  to  the  input  pulse  width.  A  longer  pulse  width  allows  C1  to  charge  to  a higher  potential  than  a  short  pulse.  This  charge  is  held,  because  of  the  long  time constant of R1 and C1, until the discharge pulse is applied to diodes CR2 and CR3 just prior to the next incoming pulse. These charges across C1 result in a wave shape similar to the output shown for PAM detection.  Comparing PWM with PPM 
  • 10. Disadvantage:  Varying  pulse,  width  and  therefore,  of  varying  power  content.  This means  that  the  transmitter  must  be  powerful  enough  to  handle  the  maximum‐width pulses, although the average power transmitted is much less than peak power.  Advantage:  PWM  will  still  work  if  the  synchronization  between  the  transmitter  and receiver fails; in PPM it will not,    Pulse‐position modulation — The amplitude and width of the pulse is kept constant in the system. The position of each  pulse,  in  relation  to  the  position  of  a  recurrent  reference  pulse,  is  varied  by  each instantaneous sampled value of the modulating wave.   Generating PPM: Apply PWM pulses to a differentiating circuit. This provides positive‐ and  negative‐polarity  pulses  that  correspond  to  the  leading  and  trailing  edges  of  the PWM pulses. The position of the leading edge is fixed, whereas the trailing edge is not. After differentiation, the negative pulses are position‐modulated in accordance with the modulating  waveform.  Both  the  negative  and  positive  pulses  are  then  applied  to  a rectification circuit. This application eliminates the positive, non‐modulated pulses and develops a PPM pulse train Demodulating  PPM:  PPM,  PFM  and  PCM  are  most  easily  demodulated  by  first converting them to either PWM or PAM. The trigger pulses must be synchronized with the  unmodulated  position  of  the  PPM  pulses,  but  with  a  fixed  time  delay  from  these pulses. As the position‐modulated pulse is applied to the flip‐flop, the output is driven positive. After a period of time, the trigger pulse is again generated and drives the flip‐flop output negative and the pulse ends. Because the PPM pulses are constantly varying in  position  with  reference  to  the  unmodulated  pulses,  the  output  of  the  flip‐  flop  also varies  in  duration  or  width.  This  PWM  signal  can  now  be  applied  to  either  a  peak detector or low‐pas filter for demodulation.  Comparing PPM with PWM Advantage:  requires  constant  transmitter  power  since  the  pulses  are  of  constant amplitude and duration  Disadvantage: depends on transmitter‐receiver synchronization Pulse‐frequency modulation (PFM)  • PFM  is  a  method  of  pulse  modulation  in  which  the  modulating  wave  is  used  to  frequency  modulate  a  pulse‐generating  circuit.  For  example,  the  pulse rate may be 8,000 pulses per second (pps) when the signal voltage is  0.  The  pulse  rate  may  step  up  to  9,000  pps  for  maximum  positive  signal  voltage, and down to 7,000 pps for maximum negative signal voltage.  
  • 11. • This method of modulation is not used extensively because of complicated  PFM  generation  methods.  It  requires  a  stable  oscillator  that  is  frequency  modulated  to  drive  a  pulse  generator.  Since  the  other  forms  of  PTM  are  easier to achieve, they are commonly used.  Pulse‐Code Modulation   • Invented by Alec Reeves in 1937  • Most commonly used digital communications technique  • Form of pulse modulation where samples of the analog input are  converted to binary coded pulses  Block Diagram of a PCM Transmission System    Bandpass filter – limits the frequency of the analog signal to the voice band frequency range Sample‐and‐hold circuit – periodically samples the analog input signal and converts the samples to multilevel PAM signal ADC – converts the PAM samples to parallel PCM codes Parallel‐to‐serial converter – converts the parallel PCM codes to serial digital pulses      
  • 12. Forms of Sampling Natural sampling – tops of the sample pulses retain their original shape during the sample interval   Flat‐top sampling – sampling of an analog signal using a sample‐and‐hold circuit, such that the sample has the same amplitude for its whole duration   The sampling process alters the frequency spectrum and introduces aperture error, which is when the amplitude of the sampled signal changes during the sample time.  Sampling Theorem   For an analog receiver to be fully reconstructed at the receiver’s output, the rate at which an analog input signal should be sampled must at least be twice the highest audio frequency component present.  fs ≥ 2fa Aliasing  or  foldover  distortion  –  results  when  the  signal  is  undersampled;  distortion created  by  using  too  low  a  sampling  rate  when  coding  an  analog  signal  for  digital transmission  falias = fs – fa  Quantization – process of converting samples of the analog input as a number of discrete values.     Quantization interval or quantum – magnitude difference between adjacent steps 
  • 13. Overload  distortion  or  peak  limiting  –  occurs  if  the  magnitude  of  the  sample  exceeds the highest quantization interval Resolution  –  magnitude  of  a  quantum;  also  equal  to  the  voltage  of  the  minimum  step size Quantization range – (+) or (‐) one‐half the resolution Quantization  noise  or  quantization  error  –  results  when  the  sampled  analog  signal  is rounded off to the closest available code.  Max Qe = ½ Resolution   Dynamic  Range  –  ratio  of  the  largest  possible  magnitude  to  the  smallest  possible magnitude that can de decoded by the DAC at the receiver.  V V DR = max = max = 2 n − 1   Vmin Resn  Expressing DR in dB:  Vmax V DR (dB) = 20 log = 20 log max = 20 log ( 2 n − 1) ≈ 6.02n   Vmin Resn Coding Efficiency – a numerical indication of how efficiently a PCM code is utilized.  min. no. of bits (inc. sign bit) Coding Eff = * 100   actual no. of bits (inc. sign bit) Signal‐to‐Quantization Noise Ratio for Linear PCM codes (or SNR)  v2 / R SQR (dB) = 10 log  2 (q / 12) / Rwhere: R = resistance (ohms)  v2/R = ave. signal power (watts)   v = rms signal voltage (volts)  (q2/12)/R = ave. quant. noise power (watts)  q = quantization interval (volts)   v2 vAssuming equal resistances:   SQR (dB) = 10 log  2 = 10.8 + 20 log    (q / 12) q  Alternatively:    SNRpk  = 3M2    M = number of symbols or levels   Noting that M = 2 n (n = number of bits), SNRpk in dB is also:       SNRpk  (dB) = 4.77 + 6.02n     If the ratio of the peak to mean signal power v2peak/v2ave be denoted by α, then the average SNR is        SNR = 3 (22n) (1/ α) 
  • 14.   Expressing in dB:       SNR (dB) = 4.77 + 6.02n – αdB   Note: For sinusoidal signals, α = 2 (or 3 dB), for Gaussian random signals, α = 16 (or 12 dB), and for speech, α = 16 (or 12 dB)    PCM Bit Rate = nfs   Note: CD systems use a standard sampling rate of 44.1 KHz.   Idle channel noise – random thermal noise quantized by the ADC when inputted at the PCM sampler.  Nonlinear PCM   With  voice  transmission,  low‐amplitude  signals  are  more  likely  to  occur  than large‐amplitude  signals.  As  a  result,  there  would  be  fewer  codes  available  for  higher amplitudes,  thereby  increasing  quantization  error  for  larger‐amplitude  signals.  This technique is called nonlinear encoding.  Companding Techniques (compressing then expanding)   With  companded  systems,  higher‐amplitude  signals  are  compressed  (amplified less  than  the  lower‐amplitude  signals  prior  to  transmission)  and  then  expanded (amplified more than lower‐amplitude signals) in the receiver.   Analog Companding I. μ‐law companding – North American standard for voice compression  V ln (1 + μ in ) Vmax Vout = Vmax   ln (1 + μ)  where:  Vmax = max. uncompressed analog input amplitude (V)       Vin = amplitude of the input signal at a particular instant of time (V)       μ = parameter used to define the amount of compression        Vout = compressed output amplitude Indicators: The higher the μ value, the higher the compression. For μ = 0, the curve is linear (no compression). Most recent PCM systems use an 8‐bit code with μ = 255.  II. A‐law companding   AVin /Vmax V 1 Vout = Vmax 0 ≤ in ≤ 1 + ln A Vmax A   1 + ln (AVin /Vmax ) 1 Vin =    ≤   ≤ 1 1 + ln A A Vmax
  • 15. ITU  Recommendation  G.711  –  recognizes  A‐law  and  μ‐law  as  the  international  toll quality standard for digital coding of voice frequency signals; uses a sampling rate of 8 kHz and 8 encoding law of 8 binary digits per sample.  Bandwidth Reduction Techniques  1. Differential  Pulse  Code  Modulation  ‐  the  difference  in  the  amplitude  between  two  successive  samples  is  transmitted  rather  than  the  actual  samples.  The  adjacent samples derived from most naturally generated information signals are  not usually independent but correlated.  2. Adaptive Differential Pulse Code Modulation – a more sophisticated version of  DPCM;  adopted  by  the  ITU  as  the  reduced  bit  rate  standard.  The  ADPCM  encoder takes a 64‐kbps companded PCM signal (G.711) and converts it to a 32‐ kbps  ADPCM  signal  (G.721).  Other  specifications  are  defined  by  the  ITU‐T,  G.726 and G.727 for ADPCM with transmission rates of 16 kbps to 40 kbps.  3. Delta Modulation – uses a single‐bit PCM code to achieve digital transmission of  analog  signals.  (Algorithm:  If  the  current  sample  is  smaller  than  the  previous  sample, a logic 0 is transmitted. If the current sample is larger than the previous  sample, a logic 1 is transmitted)  Problems Encountered on Delta Modulation  • Slope  overload  –  The  slope  of  the  analog  signal  is  greater  than  what  the  delta  modulator  can  maintain.  To  reduce  slope  overload,  increase  the  magnitude of the minimum step size.  • Granular  noise  –  The  reconstructed  signal  has  variations  that  were  not  present  in  the  original  signal.  It  can  be  reduced  by  decreasing  the  step  size.  4. Adaptive Delta Modulation – In conventional DM, the problem of keeping both  quantization noise and slope overload acceptably low is solved by oversampling  (keeping  the  DM  size  and  sampling  many  times  the  Nyquist  rate).  The  penalty  incurred  is  loss  of  some  bandwidth  savings,  which  is  expected  of  DM.  An  alternative  strategy  is  to  make  the  DM  size  variable,  making  it  larger  during  periods  when  slope  overload  would  otherwise  dominate  and  smaller  when  granular noise might dominate. Such systems are called adaptive DM systems.  Digital companding   The analog signal is first sampled and converted to linear PCM code, after which the  code  will  be  digitally  compressed.  In  the  receiver,  the  compressed  PCM  code  is expanded, then decoded (back to analog). Most recent PCM systems use a 12‐bit linear PCM code and an 8‐bit compressed PCM code.  Problems: 
  • 16. 1. For a sample rate of 20 kHz, determine the maximum analog input frequency.  2. Determine  the  alias  frequency  for  a  14‐kHz  sample  rate  and  an  analog  input  frequency of 8 kHz.  3. Find the Nyquist interval for a signal defined as 5 cos1000πt cos 4000πt  4. Determine the dynamic range for a 12‐bit sign‐magnitude PCM code  5. Determine the minimum number of bits required in a PCM code for a dynamic  range of 80 dB. What is the coding efficiency?  6. For a resolution of 0.04 V, determine the voltages for the following linear seven‐ bit magnitude PCM codes: (a) 0110101; (b) 1000001  7. Determine the range of an 8‐bit sign magnitude PCM code given as 10111000 if  its resolution is 0.1 V.  8. Determine  the  resolution  and  quantization  error  for  an  8‐bit  linear  sign‐ magnitude PCM code for a maximum decoded voltage of 1.27 V.  9. Determine the SQR for a 2‐Vrms signal and a quantization interval of 0.2 V.  10. A digital communications system is to carry a single voice signal using linearly  quantized PCM. What bit rate will be required if an ideal anti‐aliasing filter with  a cut‐off frequency of 3.4 kHz is used at the transmitter at the SNR is to be kept  above 50 dB?  11. Given μ = 255, Vmax = 1 V and Vin = 0.75 V, determine the compressor gain.  12. A 12‐bit linear sign‐magnitude PCM code is digitally compressed into 8 bits. For  a resolution of 0.016 V, determine the following quantities for an input voltage of  ‐6.592V (a) 12‐bit linear PCM code; (b) 8‐bit compressed PCM code; (c) decoded  12‐bit code; (d) decoded voltage; (e) percentage error  Motion Pictures Experts Group (MPEG) Compression Standards MPEG‐1  –  a  lossy  compression  system,  which  is  capable  of  achieving  transparent, perceptually lossless compression of stereophonic audio signals at high sampling rates. Subjective  listening  tests  performed  by  the  MPEG  Audio  Committee,  under  very difficult listening conditions, have shown that even with a 6‐to‐1 compression ratio, the coded  and  original  audio  signals  are  perceptually  identical.  The  MPEG‐1  coding standard exploits two psychoacoustic characteristic of the auditory systems:  Critical Bands Human ear – responds to incoming acoustical waves. It has three main parts: Outer ear – aids in sound collection Middle ear – provides an acoustical impedance match between the air and the cochlea fluids,  thereby  conveying  the  vibrations  of  the  tympanic  membrane  (eardrum)  due  to incoming sounds to the inner ear in an efficient manner Inner  ear  –  converts  the  mechanical  vibrations  from  the  middle  ear  to  an electrochemical or neural signal for transmission to the brain for processing 
  • 17.   The  inner  ear  represents  the  power  spectra  of  incoming  signals  on  a  nonlinear scale  in  the  form  of  limited  frequency  bands  called  the  critical  bands.  The  audible frequency  band,  extending  up  to  20  kHz,  is  covered  by  25  critical  bands,  whose individual bandwidths increase with frequency. The auditory system may be viewed as a band‐pass filter bank, consisting of 25 overlapping band‐pass filters with bandwidths less  than  100  Hz  for  the  lowest  audible  frequencies  and  up  to  5  kHz  for  the  highest audible frequencies.  Auditory Masking (noise masking) – frequency‐domain phenomenon that arises when a  low‐level  signal  (the  maskee)  and  a  high‐level  signal  (masker)  occur  simultaneously and  are  close  enough  to  each  other  in  frequency.  If  the  low‐level  signal  lies  below  a masking threshold, it is made inaudible (masked) by the stronger signal. The auditory masking  is  most  pronounced  when  both  signals  lie  in  the  same  critical  band,  and  less effective when they lie in neighboring bands.  MPEG Audio Coding System   Transmitter Digital (PCM) Encoded bit stream audio signal Time-to- frequency Quantizer Frame-packing mapping and coder unit network Psychoacoustic model Encoded bit stream Digital (PCM) Freq-sample Frequency-to- audio signal Frame reconstruction time mapping Unpacking unit network network Receiver       
  • 18. Encoder Functions Time‐to‐frequency mapping network – decompose the audio input signal into multiple subbands for coding   The  mapping  is  performed  in  three  layers,  labeled  I,  II  and  III,  which  are  of increasing complexity, delay and subjective perceptual performance. Algorithm in Layer I – uses a band‐pass filter bank that divides the audio signal into 32 constant‐width subbands; this filter bank is also found in layers II and III. The design of this  filter  bank  is  a  compromise  between  computational  efficiency  and  perceptual performance. Algorithm in Layer II – a simple enhancement of Layer I; it improves the compression performance by coding the data in larger groups. Algorithm  in  Layer  III  –  much  more  refined  and  is  designed  to  achieve  frequency resolutions closer to the partitions between the critical bands. Psychoacoustic  model  –  analyzes  the  spectral  content  of  the  audio  input  signal  and computes the signal‐to‐mask ratio for each subband in each of the three layers.    The  information  is,  in  turn,  used  by  the  quantizer‐coder  to  decide  how  to apportion the available number of bits for the quantization of the subband signals. This dynamic  allocation  of  bits  is  performed  so  as  to  minimize  the  audibility  of  the quantization noise. Frame  packing  unit‐  assembles  the  quantized  audio  samples  into  a  decodable  bit stream.