基于simulink的pcm仿真

1、基于simulink的pcm仿真一.绪论1.1 研究背景随着信息技术的高速发展，现代通信技术，尤其是语音信号处理技术已经在日常生活中得到十分广泛的运用。而在语音信号处理的过程中十分重要的一环便是压缩编码技术，可分为三类：波形编码，参数编码及混合编码等。其中以脉冲编码调制（即PCM,Pluse Code Modulation）为代表的波形编码在语音信号处理的过程中应用最为广泛，是数字通信系统发展的一次飞跃。1.2 PCM技术的研究现状脉冲编码调制的概念是1937年由法国工程师AlecReeres最早提出来的。随着集成电路技术的飞速发展，超大规模集成电路的PCM编、解码器出现，使它在光纤通信、数字

2、微波通信、卫星通信、信号处理、军事及民用电子技术领域发挥着越来越重要的作用。PCM 即脉冲编码调制 (Pulse Code Modulation)。在PCM 过程中，将输入的模拟信号进行采样、量化和编码，用二进制进行编码的数来代表模拟信号的幅度 ；接收端再将这些编码还原为原来的模拟信号。即数字音频的 A/D 转换包括三个过程 ：采样，量化，编码。话音PCM的抽样频率为8kHz，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz=64kbps = 8kb/s。量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因

3、此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，所以我们常采用的就是脉冲代码调制编码，即PCM编码。在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码。需要说明的是，PCM约定俗成了无损编码，因为PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM也只能做到最大程度的无限接近。目前PCM编码广泛应用于通信、计算机、数字仪表、遥控遥测等领域，其应用广度和深度也在不断地扩展和深化。随着全球数字化、信息化的不断推进，脉冲编码调制会有更加良好的发展、应用前景。1.3 研究内容本次设计针对PCM的编解码及

4、其特点进行探究，并基于MATLAB对PCM通信系统进行仿真，其研究内容主要有以下几个部分：利用Matlab编写PCM编解码相关函数程序，并调用PCM编解码函数，分别以一个正弦波和三种不同的语音信号（锣声、哈利路亚、笑声）作为输入信号，实现仿真，验证PCM编解码的正确性。采用Matlab中的Simulink进行PCM编解码仿真，噪声影响与性能分析。采用GUI界面操作完成语音输入，PCM编码，PCM解码，语音还原输出等一系列操作。二. PCM编解码的基本原理2.1 PCM语音编码原理通常我们把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，简称脉码调制。PCM编码的过程，

5、实际上就是将一个语音信号进行“抽样-量化-编码”的一个过程。它是将模拟信号变换成二进制信号的一种常用方法。PCM编码的具体步骤如下：1)对模拟信号按信号自身的频率特点（如正弦信号依据采样定理以其信号带宽2倍以上的频率提取抽样值，语音信号依据其自身的频率Fs，为精确表示信号，一般要保留10kHz以下的频谱成分，G.711标准中规定PCM的抽样频率为8kHz）进行抽样2)对该模拟信号的各个抽样值进行量化，其实质是能够用数字量来表示在时域上离散的各个抽样值。在该过程中，会因为量化精度而产生量化误差，量化精度越高自然量化误差也就越小。而常用的量化方式有均匀量化和非均匀量化两种。由于在均匀量化时，由量化

6、器信噪比公式（S/N）=M可得量化器的信噪比随着量化电平数M的增加而显著提高，当小信号输入时，量化间隔也会变小，其量化噪声的平均功率也会变小，此时小信号量噪比便难以达到要求；而由于语音信号中小电压出现的概率较大，并且非均匀量化噪声对大小信号的影响大致相同，因此采用非均匀量化来改善语音信号中小信号的量噪比。在PCM语音编码中，主要是对抽样值先进行压缩再进行均匀量化来实现非均匀量化，并通常采用8位PCM编码来保证PCM编解码系统的通信质量。在本实验中，我们选择15折线压缩律进行实验。律压缩特性由下式表示：对上式作一些修正。在律中，修正后的表示式如下：由上式可以看出：满足当 x = 0时，y = 0；当x = 1时，y = 1。但是，在其它点上自然存在一些误差。不过，只在小电压（x < 1/128）时，才有稍大误差。通常用参数表示上式中的常数255。由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并为一条直线，故当考虑到信号的正负电压时，仅正电压第一段和负电压第一段的斜率相同，可以连成一条直线。所以，得到的是15段折