PCM编码及解码.doc

西南科技大学课 程 设 计 报 告课程名称： 数字通信课程设计 设计名称： PCM编码及解码 姓 名： 学 号: 班 级： 指导教师： 起止日期： 2011.6.21-2011.7.3 西南科技大学信息工程学院制19课 程 设 计 任 务 书学生班级： 通信0801 学生姓名： 学号： 设计名称： PCM编码及解码 起止日期： 2011.6.21-2011.7.3 指导教师： 基本要求：l 产生长度为1000的标准正态分布的随机信号，画出时域波形及频谱；l 采用u=255的非均匀PCM编码，每符号为8bit，画输入-输出关系图；l 计算信号量化噪声比（SQNR）；l 信道误码率为10-3；l 解码，并画出u律反变换后的信号时域波形及频谱。扩展要求：l 采用均匀PCM、量化级数可变、信道误码率可变。课 程 设 计 学 生 日 志时间设计内容6月24至26查阅相关资料复习有关PCM相关知识，确定方案6月27日设计总体方案6月28至29根据设计需要，计算参数 6月30日根据需要编写函数和相应程序7月1日整理程序，并进行调试7月2到3日写设计报告，并打印整理7月4日答辩课 程 设 计 考 勤 表周星期一星期二星期三星期四星期五课 程 设 计 评 语 表指导教师评语： 成绩： 指导教师： 年 月 日PCM编码及解码一、 设计目的和意义用C语言或MATLAB作为工具完成以下设计：基本要求：l 产生长度为1000的标准正态分布的随机信号，画出时域波形及频谱；l 采用u=255的非均匀PCM编码，每符号为8bit，画输入-输出关系图；l 计算信号量化噪声比（SQNR）；l 信道误码率为10-3；l 解码，并画出u律反变换后的信号时域波形及频谱。扩展要求：l 采用均匀PCM、量化级数可变、信道误码率可变。设计意义： Pcm编解码比其他一些方式更能提供高性能的点到点通信，通信保密性强 传输质量高，网络时延小，信道固定分配，充分保证了通信的可靠性 拥护通过这条高速的国际互联通道，可构筑自己的Internet、E-mail等应用系统 二、 设计原理 脉冲编码调制简称脉码调制，它使一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。 脉冲调制时间上离散的脉冲序列作为载波. 主要参数幅度、宽度和位置。 脉冲模拟调制：用模拟基带信号控制脉冲序列的参数变化传送信号样本值。 脉冲数字调制：用脉冲码组表示调制信号采样值。 PCM的实现主要包括三个步骤：抽样，量化，编码。分别完成时间上的离散，幅度上的离散，以及量化信号的二进制表示。我国采用A律13折线编码。1、 抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。2、 量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号。 量化过程如下：Q为量化器，输出y称为量化电平或重建电平。量化间隔：A律：具有如下压缩特性的：,表中第二行x值是根据A=87.6是计算得到的，第三行的x值是根据13折线分段时的值。具体波形示意图如下：（a为信号的抽样值和量化抽样值，b为单极性二进制PCM信号）3、 编码：编将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出，其相反的过程叫做译码。PCM中采用折叠二进制码:下表：编码方式：采用A律非均匀87.6/13折线：编码后的PCM码组，经数字信号传输，可以是直接的基带传输或者是微波、光波载频调制后的通带传输。4、 解码：（分为线性和非线性解码）（1） 线性解码：网络对应输出一个码组信息：Ki接E其余接地。（2）、线性解码：数字压扩用7/12,变换电路，量化误差减小为原来的1/2.三、 详细设计步骤1、 具体函数如下：函数一：非均匀PCM量化编码： function pcm=umpcm(x);%PCM编码，入口参数：X（-4079 pcm=zeros(1,8);if x0k=0;elsek=1;endx=abs(x);p=x;if x=15.5pcm=k,0,0,0;else if x=47.5pcm=k,0,0,1;p=floor(x-15.5)/2);else if x=111.5pcm=k,0,1,0;p=floor(x-47.5)/4);else if x=239.5pcm=k,0,1,1;p=floor(x-111.5)/8);else if x=495.5pcm=k,1,0,0;p=floor(x-239.5)/16);else if x=1007.5pcm=k,1,0,1;p=floor(x-495.5)/32);else if x=2031.5pcm=k,1,1,0;p=floor(x-1007.5)/64);else if x=4079.5pcm=k,1,1,1;p=floor(x-2031.5)/128);endendendendendendendendy=str2double(dec2bin(p); pcm(5)=floor(y/1000);pcm(6)=floor(mod(y,1000)/100);pcm(7)=floor(mod(y,100)/10);pcm(8)=floor(mod(y,10);%dec2bin:将十进制数转换为二进制数；%str2double:将字符型数转化为double型；%floor:像低位取整%mod:求两数的余数函数二、非均匀PCM解码function dpcm=depcm(s);%解码函数，入口参数S，二进制序列，出口参数：dpcm数据dpcm=0;k=s(2)*4+s(3)*2+s(4);h=s(5)*8+s(6)*4+s(7)*2+s(8);switch kcase 0dpcm=h;case 1dpcm=16+h*2+1;ase 2dpcm=48+h*4+2;case 3case 4dpcm=240+h*16+8;case 5dpcm=496+h*32+16;case 6dpcm=1008+h*64+32;case 7dpcm=2032+h*128+64;otherwisedisp(error);endif s(1)=0dpcm=0-dpcm;end函数三、误码率生成函数function wm=wml(num8,k);p=randperm(k) %产生长度为K的随机序列for i=1:kq(i)=num8(p(1)+i,p(2);if q(i)=0q(i)=1;elseq(i)=0;endnum8(p(1)+i,p(2)=q(i);end函数四、均匀PCM编码function pcm=jypcm(y,k,n);%均匀量化函数，入口参数%S:输入信号电平，K:信号长度，N：量化级数pcm=zeros(k,n);A=max(y); %取出该函数的最大值derta=A/2(n-1);y0=fix(y/derta);for i=1:kif y0(i)0pcm(i,1)=0;y0(i)=0-y0(i);elsepcm(i,1)=1;endyy(i)=dec2bin(y0(i);yyy(i)=str2double(dec2bin(y0(i);for j=1:(n-1)pcm(i,n-j+1)=mod(floor(yyy(i)/10(j-1),10j);end;end函数五、主函数clc;clear;n=200;num8=zeros(n+1,8);t=0:100*pi/n:100*pi;x1=randn(1,1000);%产生一正态分布序列x10=fft(x1,1024);x=sin(t); %待量化编码序列x0=fft(x,256);subplot(2,1,1);%绘制正态分布序列时域与频域图plot(x1);title(长度为1000的标准正态分布的随机信号时域波形图);subplot(2,1,2);plot(abs(x10);title(正态分布的频域图);figure;%新窗口中绘制PCM编码输入输出关系曲线u=255;xx=0:0.01:1;xy=log(1+u*xx)/log(1+u);plot(xx,xy);title(PCM编码输入输出关系曲线);figure;%打开新的窗口，绘制编码与解码信号时域与频域图subplot(2,2,1);plot(t,x);title(编码前时域信号);subplot(2,2,2);plot(abs(x0);title(编码前频域信号);x=fix(x*4079);%编码过程umpcmfor i=1:n+1num8(i,:)=umpcm(x(i);endwml(num8,8);for i=1:n+1;%解码部分depcmy(i)=depcm(num8(i,:);endy=y/4079;y0=fft(y,256);subplot(2,2,3);plot(t,y);title(解码后时域信号);subplot(2,2,4);plot(abs(y0);title(解码后频域信号);js=8;%调用均匀量化函数，进行均匀量化sl=100;xi=1:100;yi=sin(xi);jylh=jypcm(yi,sl,js);%disp(num8);FH=1000;B=8*FH;SNR=2(2*B/FH);disp(非均匀量化信噪比：);disp(SNR);nn=8;snr2=6.02*n+1.76;disp(均匀 量化信噪比：);disp(snr2);disp(误码率：kl);disp(量化级数js);函数六、U律PCM与线性PCM的变换函数function upcm=pcmcode(b);upcm=zeros(1,8);if b(2)=1 upcm=b(1),1,1,1,b(3),b(4),b(5),b(6);else if b(3)=1 upcm=b(1),1,1,0,b(4),b(5),b(6),b(7);else if b(4)=1upcm=b(1),1,0,1,b(5),b(6),b(7),b(8);else if b(5)=1upcm=b(1),1,0,0,b(6),b(7),b(8),b(9);else if b(6)=1upcm=b(1),0,1,1,b(7),b(8),b(9),b(10);else if b(7)=1upcm=b(1),0,1,0,b(8),b(9),b(10),b(11);else if b(8)=1upcm=b(1),0,0,1,b(9),b(10),b(11),b(12);else if b(9)=1upcm=b(1),0,0,0,b(10),b(11),b(12),b(13);endendendendendendendend2、 用信道误码率来计算1/1000的误码个数，产生相应的均匀分布的随机数，对噪声加入点取反。3、 对编码后的信号进行译码，subplot画出函数子图，即解码后的十余波形图。4、 利用快速傅里叶变换的信号及局部波形来分析频谱，画出波形。5、 通过输入均匀PCM的级数，对信号进行均匀处理，计算误码个数，产生相应个均匀分布的随机数，确定加入的噪声点数，然后取反达到均匀信道PCM加噪的目的。6、 用事故如均匀解码函数队编码序列进行译码处理，画出译码后的波形局部图形，具体都在代码里说的很清楚了。四、 设计结果及分析1、 利用matlab绘制正态分布频谱图 y = randn(1,1000)产生1000个随机数l 解码，并画出u律反变换后的信号均匀量化的时域波形及频谱及对比：7、 采用u=255的非均匀PCM编码，每符号为8bit，画输入-输出关系图其中 为压缩系数。 越大则压缩效果越明显， =0相当于无压缩，国际现在的标准为 =255。 律压缩特性可以用15折线来近似（折线图见附录中，PCM编码输入输出特性曲线）。由于正负对称，且正的第一区间与负的第一区间斜率相同，所以途中只画出了正半轴。 编码规则：M1M2M3M4M5M6M7M8，（ =255，L=256时）八位码。这里采用的是折叠码（FBC）。 极性码M1:0表示负极性，1表示正极性。 段落码M2M3M4：表示量化采样值所在段落的序号。 电平码(段内码)M5M6M7M8：表示每一段落内的16个均匀量化级。同时在matlab工作窗口中显示：非均匀量化信噪比：65536均匀量化信噪比：1.2058e+003误码率：kl量化级数：js分析SQNR：（1）非均匀：（2）均匀量化：五、 体会在本次课程设计中，我感觉受益匪浅，充分理解到了理论联系实际的重要性。在课堂上我们已经学到，做一个课程设计必须完整的掌握PCM的抽样，量化，编码，解码。当第一次看到这个程序的时候，感觉自己还有很多需要去网上查阅，去理解，比如说设计所需要涉及的波形，频谱及相关函数，还比如说对编码，解码及加噪的理解。很多东西是我们在课堂上涉及了但是比较浅显的。通过大量的查阅资料和对自