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1、5.0 引言5.1 脉冲编码调制（PCM）5.2 增量调制（）5.3 时分复用（TDM）,第5章 模拟信号的数字传输,5.0 引言,模拟信号的数字传输系统,语音信号的数字化叫做语音编码图像信号的数字化叫做图像编码,语音编码的分类 波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16 kb/s64 kb/s范围内，接收端重建信号的质量好。（PCM、ADPCM、DM）参量编码是利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在4.8 kb/s以下，但接收端重建(恢复)信号的质量不够好。（LPC）混合编码是介于波形编码和参量编码之间的一种编码，即在参量编码的基础上,引入了
2、一定的波形编码的特征,来达到改善自然度的目的,其比特率在4.8kb/s 16 kb/s。（RPELPC）,5.1 脉冲编码调制（PCM）,PCM是模拟信号数字化的一种具体方法，它包括取样、量化和编码三个步骤。,5.1.1 取样,取样:将时间上连续的模拟信号转化为时间离散而幅度上连续的样值序列（PAM）。,1低通信号的取样定理 一个频带限制在 内的连续信号m(t)，如果取样速率 大于或等于，则可以由样值序列 无失真地重建原始信号m(t)。,（1）m(t)是低通信号，最高频率为；（2）取样速率，的单位为次/秒，有时也被称为取样频率，其单位为Hz；（3）本书讨论的是等间隔取样，也称为均匀取样。,注意
3、,奈奎斯特取样间隔,奈奎斯特取样速率,2实际应用时应注意的问题,(1)是理想周期性冲激脉冲序列，实际不可能实现，一般用幅度有限、宽带很窄的脉冲代替(2)实际中重建滤波器非理想LPF，应有，一般取(3)实际信号波形时间受限而不是频带受限，应对预滤波，滤除 以上的少量频率成份，称为抗混叠滤波器。,一般语音信号的频率在3003400Hz的范围，,实际中，一般取抽样频率8000Hz。,5.1.2 量化,1量化及量化噪声 量化：用预先规定的有限个电平来表示取样值量化电平：预先规定的电平 量化台阶：相邻两个量化电平之间的间隔（1）量化将模拟信号变成数字信号。（2）量化电平与取样值之间的差称为量化误差，称为
4、量化噪声,均匀量化信噪比随信号电平的减小而下降。小功率信号的信噪比非常小，达不到要求。而且小功率信号的出现的概率大，应照顾小信号。,为了提高小信号的量化信噪比，必须减小小功率信号的量化间隔。而要保证编码位数不变，又必须增大大信号的量化间隔，减小大信号的量化信噪比（但仍满足要求）。这就是非均匀量化的基本思想。,非均匀量化的实现方法：（1）压缩+均匀量化（压扩特性）（2）直接进行非均匀量化（A律13折线）,压缩与扩张的示意图,（1）压缩+均匀量化,（2）直接进行非均匀量化,A律13折线,输入x,输出y,1,1/8,2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1,5.1.3 编码,PCM 8位码
5、,13折线编码,Q=256,段落采用非均匀量化，段内采用均匀量化，共8位，即Q=28=256。最小量化台阶 表5-2-1 13折线量化时正向八段的起止电平及量化台阶,例,设输入电话信号抽样值的归一化动态范围在-1至+1之间，将此动态范围划分为4096个量化单位，即将1/2048作为1个量化单位。当输入抽样值为+1270 时，试按照A律13折线特性编码，并求量化误差。,练习,1、输入的抽样值为635，按照A律13折线PCM编码，写出8位编码并计算量化误差。2、输入的抽样值为968，按照A律13折线PCM编码，写出8位编码并计算量化误差。3、输入的抽样值为1060，按照A律13折线PCM编码，写出
6、8位编码并计算量化误差。,例,设某一电平的A律13折PCM编码为11110011，求该电平的量化数值（归一化）。,5.2 增量调制（M）,增量调制简称M或DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法。PCM 中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，导致编译码设备复杂；而在M中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映抽样时刻波形的变化趋势，而与样值本身的大小无关。M 与PCM 编码方式相比具有编译码设备简单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。,5.2.1.简单增量调制 基本思想对于语音信号，如果抽样速率很高，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相对大
7、小（差值）同样能反映模拟信号的变化规律。m(t)代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为t，相邻幅度差为+或-的阶梯波形 m(t)来逼近它。只要t 足够小，即抽样速率fs=(1/t)足够高，且 足够小，则阶梯波 m(t)可近似代替 m(t)。,图 7-9 增量编码波形示意图,阶梯波近似：“1”表示上升一个量化台阶，“0”表示下降一个量化台阶,斜变波近似：“1”表示正斜率，“0”表示负斜率,5.2.2 简单增量调制的量化噪声,(b)过载量化误差,(a)一般量化误差,最大跟踪斜率,无过载 条件,M采样速率典型值为16kHz，32kHz，通信质量不如PCM,5.2.3 自适应增量调制,量
8、化台阶的选择：采用大，避免过载，但量化噪声增大采用小，降低量化噪声功率，但会出现过载,根据信号斜率的变化自动改变台阶：当信号变化快时，用大台阶；当信号变化慢时，用小台阶；既能避免过载的发生又能减小一般量化噪声。,5.2.4 PCM和M的比较,PCM和M 都是模拟信号数字化的基本方法。PCM 是对样值本身编码，M是对相邻样值的差值编码。这是M与PCM 的本质区别。(1)抽样速率 PCM 系统中的抽样速率fs 是根据抽样定理来确定的。若信号的最高频率为 fH，则 fs 2 fH。M 系统的抽样速率不能根据抽样定理来确定。在保证不发生过载，达到与PCM 系统相同的信噪比时，M的抽样速率远远高于奈奎斯
9、特速率。,(2)量化信噪比 在相同的信道带宽（即相同的数码率fb）条件下：在低数码率时，M 性能优越；在编码位数多，码率较高时，PCM性能优越。,(3)抗误码性能 增量调制的抗误码性能好，能工作于误码率为10-2 10-3的信道中；而PCM要求误比特率通常为10-4 10-6。(4)编译码设备 增量调制的编译码器比PCM简单。,5.3 时分复用及PCM帧结构,图 7 40 3 路时分复用波形(a)第 1 路；(b)第 2 路；(c)第 3 路；(d)3路合成的波形,图7-13PCM帧结构,16125us=2ms,帧周期:,125us,帧长度：,路时隙宽度：,每路的数码率:,复帧周期：,256bit,3.9us、8bit,帧数码率:,PCM的高次群,本章小结,掌握脉冲编码调制PCM理解 M的原理掌握时分复用及PCM帧结构,重点：PCM编码时分复用,难点：量化PCM编码,
