非均匀量化[精选].ppt

非均匀量化原理：用一个非线性电路将输入电压 x 变换成输出电压 y： y = f (x) 实现方法： 将抽样值先压缩，再进行均匀量化。在收端，相应地加有扩张器。 模型： 因为语音信号为交流信号，所以，上述的压缩特性只是实用的压缩特性曲线的一半。在第3象限还有对原点奇对称的另一半曲线，如下图所示： 在此图中，第1象限中的第1和 第2段折线斜率相同，所以构成 一条直线。同样，在第3象限中 的第1和第2段折线斜率也相同， 并且和第1象限中的斜率相同。 所以，这4段折线 构成了一条直线。 因此，共有13段折 线，故称13折线压 缩特性。 从表中看出，13折线法和A = 87.6时的A律压缩法十分接近。 这就是美国等地采用的?压缩律的特性。 由于?律同样不易用电子线路准确实现，所以目前实用中是采用特性近似的15折线代替?律。这时，和A律一样，也把纵坐标y从0到1之间划分为8等份。对应于各转折点的横坐标x值可以按照下式计算： 计算结果列于下表中。 将这些转折点用直线相连，就构成了8段折线。表中还列出了各段直线的斜率。 由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并为一条直线，故当考虑到信号的正负电压时，仅正电压第一段和负电压第一段的斜率相同，可以连成一条直线。所以，得到的是15段折线，称为15折线压缩特性。 在下图中给出了15折线的图形。 比较13折线特性和15折线特性的第一段斜率可知，15折线特性第一段的斜率（255/8）大约是13折线特性第一段斜率（16）的两倍。 所以，15折线特性给出的小信号的信号量噪比约是13折线特性的两倍。 但是，对于大信号而言，15折线特性给出的信号量噪比要比13折线特性时稍差。这可以从对数压缩式看出，在A律中A值等于87.6；但是在?律中，相当A值等于94.18。A值越大，在大电压段曲线的斜率越小，即信号量噪比越差。 恢复原信号大小的扩张原理，完全和压缩的过程相反。 均匀量化和非均匀量化比较 若用13折线法中的（第一和第二段）最小量化间隔作为均匀量化时的量化间隔，则13折线法中第一至第八段包含的均匀量化间隔数分别为16、16、32、64、128、256、512、1024，共有2048个均匀量化间隔，而非均匀量化时只有128个量化间隔。因此，在保证小信号的量化间隔相等的条件下，均匀量化需要11比特编码，而非均匀量化只要7比特就够了。 6.4 脉冲编码调制 6.4.1脉冲编码调制（PCM）的基本原理 把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，简称脉码调制。 例：在下图中，模拟信号的抽样值为3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照“四舍五入”的原则量化为整数值，则抽样值量化后变为3，4，5，6，7和6。在按照二进制数编码后，量化值就变成二进制符号：011、100、101、110、111和110。 PCM系统的原理方框图 6.4.2 自然二进制码和折叠二进制码 PCM中一般采用二进制码，目前国际上多采用8位编码PCM设备，常用的编码有两种，自然二进制码和折叠二进制码。现以4位码为例，列于下表中： 折叠码的另一个优点是误码对于小电压的影响较小。例如，若有1个码组为1000，在传输或处理时发生1个符号错误，变成0000。从表中可见，若它为自然码，则它所代表的电压值将从8变成0，误差为8；若它为折叠码，则它将从8变成7，误差为1。但是，若一个码组从1111错成0111，则自然码将从15变成7，误差仍为8；而折叠码则将从15错成为0，误差增大为15。这表明，折叠码对于小信号有利。由于语音信号小电压出现的概率较大，所以折叠码有利于减小语音信号的平均量化噪声。在语音通信中，通常采用8位的PCM编码就能够保证满意的通信质量。 特点： 段内的16个量化级均匀划分，段落长度不等。小信号时，段落短，量化间隔小。大信号时，段落长，量化间隔大。 第一、 二段最短，只有归一化的1/128，再将它等分16小段，每一小段长度 该值为最小的量化间隔Δ ，它是输入信号归一化值的1/2048，代表一个量化单位。 段落码编码规则 在上述编码方法中，虽然段内码是按量化间隔均匀编码的，但是因为各个段落的斜率不等，长度不等，故不同段落的量化间隔是不同的。假若采用均匀量化而仍希望对于小电压保持有同样的动态范围1/2048，则需要用11位的码组才行。现在采用非均匀量化，只需要7位就够了。 典型电话信号的抽样频率是8000 Hz。故在采用这类非均匀量化编码器时，典型的数字电话传输比特率为64 kb/s。 信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特(Nyquist)准则描述。 奈奎斯特准则指出：如果间隔为π/ω(ω