第04章模拟信号的数字化祥解.ppt

* 4.5 差分脉冲编码调制－DPCM系统的信号量噪比 2. 信号功率： 当预测误差ek的范围限制在(+?, -?)时，同时也限制了信号的变化速度。 这就是说，在相邻抽样点之间，信号抽样值的增减不能超过此范围。一旦超过此范围，编码器将发生过载。若抽样点间隔为T ＝ 1 / fs，则将限制信号的斜率不能超过? / T。 * 设：输入信号是一个正弦波： 式中，A – 振幅； ?0 – 角频率 其斜率为 － 最大斜率等于 A?0 为了不发生过载，信号的最大斜率不应超过?/T，即要求 故最大允许信号振幅为： 最大允许信号功率为： 4.5 差分脉冲编码调制－DPCM系统的信号量噪比 * 将 代入 得到 4.5 差分脉冲编码调制－DPCM系统的信号量噪比 * 3. 信号量噪比： 上式表明，信号量噪比随编码位数N和抽样频率fs的增大而增加 。 4.5 差分脉冲编码调制－DPCM系统的信号量噪比 返回 * 一、增量调制原理 当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2，且预测器仍是一个延迟时间为T 的延迟线时，此DPCM系统就称作增量调制系统。 4.6 增量调制 * 1. 原理方框图 预测误差ek = sk – sk’被量化成两个电平 +? 和－? 。 ? 值称为量化台阶。 rk只取两个值+? 或－? 。 例如，可以用“1”表示“+?”，及用“0”表示“－?”。 当无传输误码时，sk*’ = sk*。 4.6 增量调制－增量调制(DM)原理 ＋ － s(t) sk ek rk sk’ sk* 抽样 二电平量化 延迟 rk 延迟 sk*’ * 4.6 增量调制－增量调制(DM)原理 2. 在实用中，为了简单起见，通常用一个积分器来代替上述“延迟相加电路”，如下图所示。 (a) 编码器 (b)解码器 积分器 抽样 判决 ＋ － s(t) e(t) d(t) s’(t) 积 分 d(t) 低通 ?T(t) s(t) * 4.6 增量调制－增量调制(DM)原理 3. 解码原理 在解码器中，积分器只要每收到一个“1”码元就使其输出升高? V，每收到一个“0”码元 就使其输出降低? V，这样就可以恢复出图中的阶梯形电压。这个阶梯电压通过低通滤波器平滑后，就得到十分接近编码器原输入的模拟信号。 * 输出二进制波形 4.6 增量调制－增量调制(DM)原理 * 4.6 增量调制 二、增量调制系统中的量化噪声 1.量化噪声的产生 两种产生原因： 1）由于编解码时用的阶梯波形本身的电压突跳产生的，见图(a)。这是基本量化噪声，称为e1(t)。它伴随着信号永远存在，即只要有信号，就有这种噪声。 2）过载量化噪声，见图(b)。它发生在输入信号斜率的绝对值过大时。若信号上升的斜率超过阶梯波的最大可能斜率，则阶梯波的上升赶不上信号的上升，就发生了过载量化噪声e2(t)。 * 4.6 增量调制-DM中的量化噪声 2. 降低量化噪声的途径 1）基本量化噪声：减小量化台阶?。 2）过载量化噪声： 设抽样周期为T，抽样频率为fs = 1/T，量化台阶为?，则一个阶梯台阶的斜率k为： － 最大跟踪斜率 当输入信号斜率 最大跟踪斜率时，将发生过载量化噪声。 * 避免发生过载量化噪声的途径：使? ? fs的乘积足够大。 因为若取?值太大，将增大基本量化噪声。所以，只能用增大fs 的办法增大乘积? ? fs，才能保证基本量化噪声和过载量化噪声两者都不超过要求。 实际中增量调制采用的抽样频率fs值比PCM和DPCM的抽样频率值都大很多。 当输入电压 ?/2 时，输出为“1”和“0”交替序列。 起始编码电平： ? /2 4.6 增量调制-DM中的量化噪声 * 2. 量化噪声功率 假设：无过载量化噪声，仅考虑基本量化噪声。 低通滤波前，基本量化噪声e(t)为均匀分布： 则e(t)的平均功率为： 4.6 增量调制-DM中的量化噪声 * 假设此功率均匀分布在0～fs 间，则其功率谱密度 为： 故通过截止频率为fL的低通滤波器之后，量化噪 声功率为 由上式看出，它只和量化台阶?与(fL / fs)有关， 和输入信号大小无关。 4.6 增量调制-DM中的量化噪声 * 3. 量化信噪比 求信号功率：设输入信号为： 则其斜率为： －斜率最大值等于A?0 为了保证不发生过载，要求 ： ∴ 保证不过载的临界振幅Amax应该等于： 由上式得最大信号功率 ： 4.6 增量调制-DM中的量化噪声 * 求出量化信噪比： 上式表明，最大量化信噪比和 fs3成