差分编码

更新时间:2023-11-17 21:18

差分编码(differential encoding)指的是对数字数据流,除第一个元素外,将其中各元素都表示为各该元素与其前一元素的差的编码。

基本内容

差分编码,又称增量编码,是以序列式资料之间的差异储存或传送资料的方式(相对于储存传送完整档案的方式)。在需要档案改变历史的情况下的差分编码有时又称为差分压缩。差异储存在称为“delta”或“diff”的不连续档案中。由于改变通常很小(平均占全部大小的2%),差分编码能大幅减少资料的重复。一连串独特的delta档案在空间上要比未编码的相等档案有效率多了。

差分编码的简单例子是储存序列式资料之间的差异(而不是储存资料本身):不存“2, 4, 6, 9, 7”,而是存“2, 2, 2, 3, -2”。单独使用用处不大,但是在序列式数值常出现时可以帮助压缩资料。

定义

利用信号源符号之间的相关性,用过去的样本预测当前样本,然后对差值进行编码。如果预测模型足够好,且样本序列在时间上相关性较强,差值会很小。对差值在进行量化,在相同码率下,量化误差会减小。

分类

按照工作原理,编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。

旋转增量式编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。

解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。

编码规则

曼彻斯特编码

两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中,在传输代码信息的同时,也将时钟同步信号一起传输到对方,每位编码中有一跳变,不存在直流分量,因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平,所以数据传输速率只有调制速率的1/2。主要用在数据同步传输的一种编码方式。

举例:给出比特流101100101的以下两个波形。

(1)曼彻斯特码脉冲图形;

(2)差分曼彻斯特码脉冲图形。

曼彻斯特编码是将每一个码元在分成两个相等的间隔。码元1是在前一个码元为高电平后一个码元为底电平。码元0正好相反,是从码元0变成码元1。这种编码的好处是可以保证每一个码元(这里的码元是指源码)的正中间出现一次变化。这对接收端提取位同步信号是非常有利的。但是这也同同时增加了信息传送量,延长传输时间,所占的频带宽度比原始信号的频带宽了近一倍。

差分曼彻斯特编码规则是若源码为1,编码码元的前半部分与前一个编码的电平相同,后半部分码元与前半部分码元相反。若源码为0,编码码元的前半部分与前一个编码的电平相反,后半部分与前半部分相反。这样在每个源码的编码过程中,当中一定会有一次变化。

应用

差分编码在预测编码中的应用颇广,代表技术有:DPCMADPCM等。

相关补充

预测编码

增量调制

差分调制

曼彻斯特编码

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