云南师范大学通信原理实验-10(DPCM语音编码).doc

本科学生设计性实验报告云南师范大学教务处编印一、实验设计方案实验序号10实验名称DPCM语音编码实验时间2014年5月27日实验室同析3-1111. 实验目的1.1 认识Matlab/Simulink的基本功能。1.2 体验增量调制的效果并加深对原理的理解。1.3 了解Simulink的基本图符库，并能做出增量调制（）语音编码仿真。2实验原理、实验流程或装置示意图实验原理4.1 的发端及收端增量调制每时刻只输出1bit的编码，该比特不是表示采样值的大小，而是表示采样时刻波形的变化趋势。发端电路如图1所示。判决脉冲形成发送1,0P码积分器+T0定时x(t)e(t)图1 发端由此可以看出，增量调制相当于DPCM的一种特例，他的量化器为2电平（1bit）量化，而预测器是一阶预测器。收端的原理图如图2所示。积分器低通滤波器1,0P码x(t)图2 收端收端系统结构简单，由一个积分器和一个低通滤波器构成。其中积分器用来根据收到的脉冲信号还原出逼近原始信号的阶段波，而低通滤波器能滤除阶梯波上的高频分量。4.2 实验方案设计本实验的仿真模型文件名是deltaM.mdl，语音数据文件用dianzi.wav，这两个文件需要放在同一个目录下。打开deltaM.mdl，可以看到如图3所示的增量调制收发系统的整体模型。系统分成发端和收端两部分，系统在语音文件中读取语音数据并送入调制模块，调制结果再送入收端模块，最后送入语音输出设备。图3 增量调制系统总体架构图3实验设备及材料3.1 Windows XP/Windows 73.2 Matlab R2009a4实验方法步骤及注意事项4.1 打开matlab应用软件，如图4所示。4.2 在图4中右边的命令窗(Command Window)的光标处输入：simulink,回车。图4 Matlab界面4.3 在图4中，选择：FileNewModel新建文件，保存在matlab工作目录下，并取名为 delta-M.mdl。4.4 在Find命令行处输入：Unbuffer，就在窗口的右边找到了该仿真模块图标。用鼠标右键选择该模块，将其添加到创建的delta-M窗口中。4.5 用相同的方法创建符号函数（Sign）、通用表达式计算模块（Fcn）、离散时间域积分器(Discrete-Time Integrator)、缓存模块（Buffer）和语音输出设备（To Audio Device）等，观察每个设备的连接点，用鼠标左键把设备连接起来，如图3所示。4.6用鼠标点击“运行仿真模型按钮”即可运行delta-M.mdl,观察实验结果。1）增量调制发端 该子系统完成信号的调制，其仿真模型如图5所示。调制模块使用From Wave File模块从wav文件中读取语音信号。调制（编码）模块是一个负反馈系统，由量化器和积分器组成。需要注意的是，量化器由两个Sign函数模块和一个u+0.1表达式计算模块构成。之所以这样做的原因是，Sign函数输入0的时候输出为0，而增量调制编码只输出+1。-1两种状态。也就是不允许有0状态存在。通过串联以上3个模块可以保证调制结果只有+1和-1两种状态。另外积分器前的增益模块决定了系统能适应的最大信号斜率。图5 发端模型2）增量调制收端 收端的仿真模型如图6所示。该部分与发端有相同的积分器，用于还原出逼近原始语音信号的阶梯波，经过低通滤波器的滤去由于量化阶段引起的高频噪声，从而还原语音信号。最后将还原后的信号送入语音输出设备。图6 收端模型5实验数据处理方法图像法，仿真法6参考文献1樊昌信，曹丽娜通信原理M北京：国防工业出版社，2010，2412502 张孟喜，丁涛Matlab实用教程M北京：清华大学出版社，2005，1-3253 李永忠，徐静现代通信原理、技术与仿真M西安：西安电子科技大学出版社，2010，2782864 姚俊，马聪辉Simulink建模与仿真M西安：西安电子科技大学出版社，2002，349409二、实验报告实验结果运行Delta-M.mdl可以得到以下的仿真结果。如图7所示，经过增量调制后的输出为+1、-1的差值脉冲编码。收端输出阶梯波形如图8所示。图7 发端输出波形图8 收端输出阶梯波形图9中上方波形为原始语音信号波形，下方为经调制解调后还原的语音信号波形，可以看出，两个波形大致相同。因为调制解调的影响，语音波形存在一定程度的失真。图9 前后语音波形比较还可以通过耳机听到还原的语音，能感觉到调制解调对语音音质的影响。因为本仿真在调制时采用采样频率（时钟频率）是24kHz，所以调制之后的数据速率是24kbit/s，量化噪声对音质的影响较大。需要注意的是，在仿真同时如果打开示波器显示，将大大降低仿真速度，为了在仿真的同时听到连续的语音信号，那可能就需要在仿真过程中关闭示波器的显示。三实验总结思考及总结问：通过更改Gain模块的增益大小，感受语音音质的变化。总结分析影响语音音质的原因，并提出改进方案。