通信原理第五章1.ppt

第五章 模拟信号的数字传输 引言 抽样定理 实际抽样 量化 编码 增量调制（?M） 自适应差分脉冲调制（ADPCM） 其它编码方法 时分复用 § 7.1 引言 数字通信系统因具有许多优点而成为当今通信的发展方向。 在数字通信系统中，信道传输的是数字信号。 但是在自然界中，很多信源输出的是模拟量，如话音、图像等。因此在利用数字通信系统进行模拟信号传输时，需要三个步骤： 1)首先需先对信号（模拟的）数字化，即A/D； 2)进行数字方式传输； 3) 把数字信号还原为模拟信号， 即数模转换（D/A）。 模拟信号的数字化属于信源编码的范畴。而收端的D/A变换称为信源译码 数字通信中的编码概念 编码和译码是数字通信发送与接收设备的重要组成部分。 数字通信中的编码概念（续） 数字通信系统中包含编码和译码，编码的逆过程是译码。 数字通信中的编码涉及两部分，含义完全不同： 信源编码 信道编码 信源编码 作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。 我们所熟悉的典型的压缩：音频压缩MP3 图像压缩JPEG、MPEG等 信道编码 信道编码是为了降低误码率，提高数字通信的可靠性而采取的编码。 信道编码技术的基本思想是通过对信息序列作某种变换，使原来彼此独立，相关性极小的信息码元产生某种相关性，从而在接收端利用这种规律检查或纠正信息码元在信道传输中所造成的差错。 具体做法是信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。 与信源编码相反，信道编码提高了可靠性。 本章涉及内容 由于电话业务在通信中占有最大的业务量，所以本章以语音编码为例，介绍模拟信号数字化的有关理论和技术。 信源编码 研究模拟语音信号的数字化问题 （重点讨论模拟语音信号数字化的基本方法，即脉冲编码调制（PCM） ，对增量调制（ΔM）、自适应差分脉码调制（ADPCM） 、线性预测（LP）等简单介绍。 采用PCM的模拟信号数字传输系统 PCM过程一般分三步： 一、低通抽样定理 2、证明 信号的重建 抽样频率不满足的情况 如果ωs＜2ωH，即抽样间隔Ts＞1/(2fH)，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠，此时不可能无失真地重建原信号。 因此必须要求满足Ts≤1/(2fH)，m(t)才能被ms(t)完全确定，这就证明了抽样定理。 音频源的频谱分析 阅读 音乐 fH=nB(n=5)时带通信号的抽样 fs与fL关系 fs在2B~4B范围内取值，当fLB时，fs趋近于2B。 抽样定理练习 例1：某信号f(t)的频带为30kHz-33kHz,对其进行正确抽样，其抽样频率应为： （1）6kHz （2）7kHz （3）60kHz （4）70kHz 自然抽样过程表达式及频谱 抽样小结 抽样以后连续时间信号m(t)变成了时间离散的脉冲，脉冲幅度随m(t)连续变化，本质上仍为模拟信号。 量化过程示意图 二、 量化方法 均匀量化信噪比 例 1 设一M个量化电平的均匀量化器，其输入信号的概率密度函数在区间［-a, a］内均匀分布，试求该量化器的量化信噪比。 解：根据定义 信号功率 量化噪声功率 均匀量化信噪比 量化信噪比随量化电平数M的增加而提高， 信号的逼真度越好。通常量化电平数应根据对量化信噪比的要求来确定。 对数压缩非均匀量化问题 动态范围内量化信噪比指标好。 但对数特性的电路实现困难。 实际中利用数字电路形成许多折线来近似对数特性。  A律13折线 的形成 A律13折线近似非均匀量化小结 折线近似非均匀量化方法易于用数字电路实现。 与均匀量化相比，保证小信号相同质量下所需量化电平数少，相应编码位数少。 是中国、欧洲PCM系统常用的量化方法。 量化信噪比 § 7.7 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM） § 7.8 其它的音频信号编码方法 针对不同质量音频，有不同的编码标准，分为波形编码、参量编码与混合编码。其中，波形编码和参量编码是两种基本类型。 波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示。解码