PCM模拟信号的数字传输

1,2,波形编码直接把时域波形变换为数字代码序列。比特率通常在16kb/s64kb/s范围内。接收端重建信号的质量好。主要方法：脉冲编码调制(PCM)、差分脉冲编码调制(DPCM)和增量调制(DM)。参量编码利用信号处理技术，提取出表征声道特性的声道参数，再变换成数字代码，在解码端根据这些模型参数来恢复语音。主要用在窄带信道上提供16kb/s以下的低速率语音通信和一些对时延要求较宽的（如卫星通信等）场合，其接收端重建(恢复)信号的质量不够好。,模拟信号数字化的方法,3,混合语音编码技术一般都把以LPAS(分析-合成编码算法)为基础的用VQ技术对激励信号进行量化的编码算法统称为CELP(码激励线性编码)。CELP具有波形编码和参数编码两种特点，因此也称为混合编码，它在416kbit/s的速率下可以得到比其他算法更高的重建话音质量。,模拟信号数字化的方法,4,脉冲编码调制(PCM)：通过对语音波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来的通信方式（将模拟信号的抽样量化值变换成代码）。系统组成框图如下：,脉冲编码调制(PCM)基本原理,5,抽样定理是把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号。抽样定理是任何模拟信号(语音、图象以及生物医学信号等等)数字化的理论基础。抽样定理实质上是一个连续时间模拟信号经过抽样变成离散序列后,能否由此离散序列样值重建原始模拟信号的问题。被抽样的信号是m(t),频带限制在（0，fH)内。理想的抽样就是用单位冲击脉冲序列与被抽样的信号相乘，即,抽样,6,FLASH演示,抽样示意图,7,8,在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的特性，抽样速率fs要比2fH选的大一些，一般fs=（2.53）fH。例如语音信号频率一般为3003400Hz，抽样速率fs一般取8000Hz。,9,量化,定义：把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散，即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的规定电平表示的过程称为量化。这有限个电平称为量化电平。与抽样的关系：抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样值序列。量化噪声：量化产生的量化误差。,10,量化的过程,11,均匀量化：量化间隔是均匀的vi=v非均匀量化：量化间隔是非均匀的vi常数,12,13,压缩特性的近似实现,早期的A律和律压扩特性是用非线性模拟电路实现的。电路实现这样的函数规律是相当复杂的，因而精度和稳定度都受到限制。随着数字电路特别是大规模集成电路的发展，另一种压扩技术数字压扩，日益获得广泛的应用。它是利用数字电路形成许多折线来逼近对数压扩特性。在实际中常采用的方法（1）13折线近似A律压缩特性（2）15折线近似律压缩特性我国的PCM30/32路基群也采用A律13折线压缩特性。CCITT建议G.711规定在国际间数字系统相互连接时，要以A律为标准。因此这里重点介绍A律13折线。,14,具体方法x轴：在01范围内不均匀分成8段，分段的方法是每次以二分之一对分；y轴：在01范围内均匀分成8段，每段间隔均为1/8。把x，y各对应段的交点连接起来构成8段直线，第三象限也有对称的一组折线。,A律13折线,15,16,13折线来历,其中第1，2段斜率相同(均为16)，因此可视为一条直线段，故实际上只有7根斜率不同的折线。对于双极性语音信号，在第三象限也有对称的一组折线，也是7根，但其中靠近零点的1、2段斜率也都等于16，与正方向的第1、2段斜率相同，又可以合并为一根，因此，正、负双向共有2(8-1)-1=13折，故称其为13折线。,17,PCM编码原理,将模拟信号的经过抽样、量化变换为数字信号，然后再变换成代码传输，这种方式称为脉冲编码调制(PCM)。用二进制码组表示量化后的M个样值脉冲。编码:把量化的电平值表示成二进制码组的过程。,18,PCM编码规则,码位数码位数决定了量化分层的数量。在信号变化范围一定时，用的码位数越多，量化分层越细，量化误差就越小，通信质量当然就更好。但码位数越多，设备越复杂，同时还会使总的传码率增加，传输带宽加大。在A律13折线PCM编码中，采用8位二进制码，对应有M=28=256个量化级。这需要将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级，由于每个段落长度不均匀，因此正或负输入的8个段落被划分成816=128个不均匀的量化级。,19,8位码的安排如下,极性码段落码段内码C1C2C3C4C5C6C7C8,20,21,22,逐次比较编码原理,除第一位极性码外，其他7位二进制代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的。,23,例1设输入信号抽样值Is=+1270（为一个量化单位，表示输入信号归一化值的1/2048），采用逐次比较型编码器,按A律13折线编成8位码C1C2C3C4C5C6C7C8。编码过程如下：（1）确定极性码C1：由于输入信号抽样值Is为正，故极性码C1=1。（2）确定段落码C2C3C4：段落码C2C3C4表示抽样值Is处于13折线中的8个段落,24,特点：段内的16个量化级均匀划分，段落长度不等，属于非均匀的量化级。小信号时，段落短，量化间隔小。大信号时，段落长，量化间隔大。第一、二段最短，只有归一化的1/128，再将它等分16小段，每一小段长度为最小的量化级间隔，它是输入信号归一化值的1/2048，代表一个量化单位。第八段最长，它是归一化值的1/2，将它等分16小段后，每一小段归一化长度为1/32，包含64个最小量化间隔，记为64。,25,因12701024，落在第8段，所以段落码C2C3C4=111。