模拟信号数字化.ppt

编码和译码 1. 编码原理 1) 编码的码字和码型 PCM中一般采用二进制码。对于Q个量化电平，可以用k位二进制码来表示，称其中每一种组合为一个码字。 目前国际上多采用8位编码PCM设备。 PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码(又称格雷码)。 4位二进制码码型 2) 码位的安排 用于13折线A律特性的8位非线性编码的码组结构如下： 极性码 段落码 段内码 M1 M2M3M4 M5M6M7M8 第1位码M1的数值“1”或“0”分别代表信号的正、负极性，称为极性码。 考虑13折线中对应于正输入信号的8段折线，共包含128个量化级，用剩下的7位码(M2，…, M8)就能表示出来。 段 落 码 　段落码与各段的关系 段 内 码 A律13折线幅度码与其对应电平 (3) 编码原理 逐次比较型编码器 【例】 已知抽样值为+635Δ，要求按13折线A律编出8位码。 第1次比较：信号Ic为正极性，M1=1 第2次比较：本地译码器输出为Is2=128Δ  Ic=635Δ＞Is2=128Δ，Μ2=1 第3次比较：本地译码器输出为Is3=512Δ  Ic=635Δ＞Is3=512Δ，Μ3=1 第4次比较：本地译码器输出为Is4=1024Δ  Ic=635Δ＜Is4=1024Δ，Μ4=0 这表明，M2M3M4=110，信号处在第7段。 第5次比较：本地译码器输出为 其中 表示处在第7段的量化间隔。 Ic=635Δ＜=768Δ，Μ5=0 　　2. 平顶抽样的脉冲调幅 　抽样后信号中的脉冲均具有相同的形状——顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。 平顶抽样PAM信号在原理上可以由理想抽样和脉冲形成电路产生，其中脉冲形成电路的作用就是把冲激脉冲变为矩形脉冲。 平顶抽样信号及其产生原理框图 设基带信号为x(t)，理想抽样脉冲为sδ(t)，经过理想抽样后得 　　设脉冲形成电路的传输函数为Q(ω)?q(t)，则输出的平顶抽样信号xH(t)的频谱XH(ω)为 XH(ω)= Xδ(ω) Q(ω) 通常 所以 平顶抽样的频谱图 　平顶抽样和自然抽样有极大的差异：在k=0时，XH(ω)中得到的是 　　，它是ω的函数，如果直接用低通滤波器恢复，必然存在失真。 　为了从xH(t)中恢复原基带信号x(t)，通常采用以下两种方式： 　　（1） 在脉冲形成电路之后加一修正网络，修正网络的传输函数在信号的频带范围内满足1/Q(ω)，修正后的信号可通过低通滤波器便能无失真地恢复出原基带信号x(t)。 用修正网络恢复平顶抽样信号 　　（2）在脉冲形成电路之后加一理想抽样，理想抽样后的信号可通过低通滤波器便能无失真地恢复出原基带信号x(t)。 用理想抽样恢复平顶抽样信号 　　实际应用时，往往采用窄脉冲抽样代替理想抽样，而用抽样保持电路来代替脉冲形成电路。s(t)中的窄脉冲的宽度应远小于Ts，平顶脉冲的宽度就是抽样保持电路保持的时间。 　　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2fm选的大一些，一般fs=(2.5～3) fm。例如语音信号频率一般为300～3400Hz，抽样速率fs一般取8000Hz。 5.3 脉冲编码调制(PCM) 　　在发送端进行抽样、量化和编码，把模拟信号变换为二进制数字信号。通过数字通信系统进行传输后，在接收端进行相反的变换，由译码器和低通滤波器完成，把数字信号恢复为原来的模拟信号。 脉冲编码调制的系统原理框图 　　抽样是把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。要求抽样信号包含原信号的所有信息，即能无失真地恢复出原模拟信号，抽样速率的下限由抽样定理确定。 　　量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。 　　编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。实际上量化是在编码过程中同时完成的。 PCM单路抽样、量化、编码波形图 (a)抽样脉冲；(b)PCM抽样；(c)PCM量化；(d)PCM编码 量化 　x(t)是模拟信号，抽样速率fs=1/Ts，抽样值用“·”表示。第k个抽样值为x(kTs)。相邻电平间距离称为量化间隔，用“Δ”表示。量化值为 　　 xq(kTs)与x(kTs)的误差称为量化误差，根据量化原则， 量化误差不超过±Δ/2，而量化级数目越多，Δ值越小，量化误差也越小。 量化误差一旦形成，在接收端无法去掉，它与传输距离、 转发次数