脉冲编码调制

1、脉冲编码调制科技名词定义中文名称： 脉冲编码调制英文名称：pulse-code modulation;PCM定义： 对信号进行抽样和量化时，将所得的量化值序列进行编码，变换为数字信号的调制 过程。所属学科： 通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。是数字信号是对连续变化 的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。PCM的优点就是音质好，缺点就是体积 大PCM可以提供用户从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、 图象传送、远程教学等其他业务。PCM有两个标准

2、（表现形式）：E1和T1。目录简介历史原理编码标准简介历史原理编码标准展开编辑本段简介脉冲编码调制（Pulse Code Modulation）是一种对模拟信号数字化的取样技 术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM对 信号每秒钟取样8000次；每次取样为8个位，总共64脉冲编码调制kbps。取样等级的编码有二种标准。北美洲及日本使用Mu-Law标准，而其它大 多数国家使用A-Law标准。脉冲编码调制主要经过3个过程：抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间 模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时 间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化

3、后的信号编码成为一个二进制码组输 出。所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电 平，把瞬时抽样值用最接近的所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有 固定电平的量化值。编辑本段历史Claude E. Shannon于1948年发表的“通信的数学理论”奠定了现代通信 的基础。同年贝尔实验室的工程人员开发了 PCM技术，虽然在当时是革命性的， 但今天脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码脉冲编码调制格式，音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值，其它采用这种编码方法的应 用包括电话和CD。PCM主要有三种方式：标准PCM、差分脉冲编码调制(DPCM)和 自适应DPC

4、M。在标准PCM中，频带被量化为线性步长的频带，用于存储绝对量 值。在DPCM中存储的是前后电流值之差，因而存储量减少了约25%。自适应DPCM 改变了 DPCM的量化步长，在给定的信造比(SNR)下可压缩更多的信息。脉冲编码调制是20世纪70年代末发展起来的，记录媒体之一的CD，80年 代初由飞利浦和索尼公司共同推出。脉码调制的音频格式也被DVD-A所采用，它 支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD讨论会发布和推出的。脉冲编码调制 的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率 从44.1kHz发展到192kHzPCM脉码调制这项技术可

5、以改善和提高的方面则越来 越来小。只是简单的增加PCM脉码调制比特率和采样率，不能根本的改善它的根 本问题。其原因是PCM的主要问题在于：（1）任何脉冲编码调制数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波 器，仅让20Hz-22.05kHz的频率通过（高端22.05kHz是由于CD44.1kHz的一半 频率而确定）。（2）在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器（减低采样频率），在 重放时采用多级的内插的数字滤波器（提高采样频率），为了控制小信号在编码 时的失真，两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了 PCM技术在音频还原 时的保真度。为了全面改善脉冲编码调制数字音频技术，获得更好的声音质

6、量，就需要有 新的技术来替换。飞利浦和索尼公司再次联手，共同推出一种称为直接流数字编 码技术DSD的格式，其记录媒体为超级音频CD即SACD，支持立体声和5.1环绕 声。DSD是PCM脉冲编码调制的进化版。编辑本段原理脉冲编码调制脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值 离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样 值幅度量化，编码的过程。抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离 散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无 失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。抽

7、样速率采 用 8Kbit/s。量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平 把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有 限个数值。编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实 际上量化是在编码过程中同时脉冲编码调制工作原理完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽 样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五 入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。对于电话， CCI

8、TT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而 每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。为解决均匀量化时小信号量化误差 大，音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量 化特性在小信号时分层密，量化间隔小，而在大信号时分层疏，量化间隔大。在实际中使用的是两种对数形式的压缩特性：A律和U律，A律编码主要用 于30/32路一次群系统，U律编码主要用于24路一次群系统。A律PCM用于欧洲 和中国，U律PCM用于北美和日本。脉冲编码调制编码脉冲编码调制编码原理与规则：PCM数字接口是G.703标准，通过75。同轴电 缆或120。双绞线进行非对称

9、或对称传输，传输码型为含有定时关系的HDB3码， 接收端通过译码可以恢复定时，实现时钟同步。Fb为帧同步信号，C2为时钟信 号，速率为2.048Mbps，数据在时钟下降沿有效，E1接口具有PCM帧结构，一个 复帧包括16个帧，一个帧为125p s，分为32个时隙，其中偶帧的零时隙传输 同步信息码0011011,奇帧的零时隙传输对告码，16时隙传输信令信息，其它各 时隙传输数据，每个时隙传输8比特数据。编辑本段标准E1是PCM其中一个标准（表现形式）。由PCM脉码调制编码中E1的时隙特 征可知，E1共分32个时隙TS0-TS31。每个时隙为64K，其中TS0为被帧同步码， Si，Sa4，Sa5，

10、Sa6，Sa7，A比特占用，若系统运用了 CRC校验，则Si比特位 置改传CRC校验码。TS16为信令时隙，当使用到信令（共路信令或随路信令）时， 该时隙用来传输信令，用户不可用来传输数据。所以2M的PCM码型有1、PCM30： PCM30 用户可用时隙为 30 个，TS1-TS15, TS17-TS31。TS16 传送 信令，无CRC校验。2、PCM31： PCM30 用户可用时隙为 31 个，S1-TS15，TS16-TS31。TS16 不传 送信令，无CRC校验。3、PCM30C： PCM30 用户可用时隙为 30 个，TS1-TS15，TS17-TS31。TS16 传 送信令，有CRC

11、校验。4、PCM31C： PCM30 用户可用时隙为 31 个，TS1-TS15，TS16-TS31。TS16 不 传送信令，有CRC校验。CE1，就是把2M的传输分成了 30个64K的时隙，一般写成N*64，CE1最多可有31个信道承载数据timeslots131timeslots0传同步PCME1形式结构在PCME1形式信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个 帧（F），16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧。定 位信号（FAS）： CRC-4 （循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路 信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，

12、TS1至TS15和TS17至TS31 共30个时隙传送话音或数据等信息。称TS1至TS15和TS17至TS31为净荷，TS0 和TS16为开销。如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令 的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开 销只有TS0。PCME1形式接口G703非平衡的75ohm，平衡的120ohm2种接口使用PCME1形式有三种方法1、将整个2M用作一条链路，如DDN2M；2、将2M用作若十个64k及其组合，如128K，256K等，这就是CE1；3、在用作语音交换机的数字中继时，这也是E1最本来的用途，是把一条 E1作为32个64K

13、来用，但是时隙0和时隙15是用作signaling即信令的，所 以一条E1可以传30路话音。座！就是其中的最常用的一种接入方式，标准叫PRA 信令。用2611等的广域网接口卡，经V.35-G.703转换器接E1线。这样的成本 比E1卡低，DDN的2M速率线路是经HDSL线路拉全用户侧。E1可由传输设备出 的光纤拉全用户侧的光端机提供E1服务。PCME1形式使用注意事项PCME1形式接口对接时，双方的E1不能有信号丢失/帧失步/复帧失步/滑码 告警，但是双方在E1接口参数上必须完全一致，因为个别特性参数的不一致， 不会在指示灯或者告警台上有任何告警，但是会造成数据通道的不通/误码/滑码 /失步等

14、情况。这些特性参数主要有；阻抗/帧结构/CRC4校验PCME1形式阻值有75ohm和120ohm两种，PCME1形式帧结构有PCM31/PCM30/ 不成帧三种。PCME1形式和PCME2形式区别1、PCMT1形式是高速传输的另一种标准。一条PCMT1形式可以同时有多个 并发信道，每个信道都是一个独立的连接。在美国的标准PCMT1形式服务提供 24个信道，每个信道的速率是56K。PCMT1形式服务与其相应的设备ISDN和普 通电话相比都更加昂贵。而PCME2形式相对费却较少。2、PCMT1形式通常用于需要在远程站点间进高带宽高速率传输的大型组织。 64K专用数据线（业）作为T1服务的一个变种或一个分支服务，也提供此类服 务。而一条PCME1形式线，只