第三讲(脉冲编码调制)分解.ppt

数据通信原理 软件学院 2006 第三讲 脉冲编码调制 熟悉数字通信系统的优点 掌握脉冲编码调制的工作过程 掌握低通抽样定理 掌握量化的基本方法 熟悉编码方法 熟悉非线性PCM的工作过程 了解增量调制的概念 模拟通信系统与数字通信系统 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 数字通信是未来通信的发展方向。 数字通信系统的优点 数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时，数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。 传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改正，因而大大提高了传输质量。 便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进行处理，以便实现通信现代化、自动化。 数字信息易于加密且必威体育官网网址性强。 由于数字集成电路，特别是大规模集成电路技术日益成熟，数字设备越来越易于制造，而且成本低、体积小、可靠性高。 与模拟通信相比数字通信可以传输种类更多的消息，使通信系统变得通用、灵活。 数字通信的不足之处是比模拟通信占据更多的频带。 信源编码 将模拟信号转换为数字信号的过程称为模拟信号数字化，它属于信源编码的内容。 信源编码是数字通信系统的重要组成部分，它有两方面的作用：一个是把信源消息的冗余信息去掉，降低数字信号的数据量，提高传输的有效性。一个是把信源发出的模拟信号转换成离散的数字信号，实现模拟信号数字化。 脉冲编码调制 脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）是模拟数据数字化的主要方法。 PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理。 脉冲编码调制分的步骤 PCM的过程分为抽样、量化和编码三步。 抽样——把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度调制（PAM）信号。 量化——把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值（共有N个量化值）。 编码——用二进码来表示N个量化值。 PCM通信系统 抽样的概念 抽样是指对模拟信号在时间域上的离散化过程，即把一个时间上连续、幅度上也连续的模拟信号变换成时间上离散、幅度上连续的信号。抽样是由抽样门来完成的。 抽样定理 对频带为0～fm的模拟信号，其抽样频率fs必须满足下列条件： 即 fs = 2 fm （抽样定理） 应留有一定宽度的防卫带 fs 2 fm 奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率 所谓奈奎斯特间隔就是能唯一确定信号f(t)的最大抽样间隔。 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号f(t)的最小抽样频率。 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm 奈奎斯特速率＝2fm 话音信号的抽样频率 话音信号频率范围：300～3400Hz，fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz，为了留有一定的防卫带，CCITT（ITU-T）规定话音信号的抽样频率为＝8000Hz，（防卫带为8000－6800＝1200Hz），T＝125μs。 量化 为了消除噪声积累，并且使得抽样值易于表示，我们要对幅度上连续的抽样值进行量化。 量化的过程 量化的有关概念 量化误差：信号值与信号量化后的取值之差。 量化间隔越小，量化误差越小，需要的量化级别越多，处理和传输就越复杂，所以，既要尽量减少量化级数，又要使量化失真尽可能的小。 量化误差又称为量化噪声，用信噪比来衡量。 均匀量化 采用均匀量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化。 缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。 均匀量化适合信号是均匀分布（如图像信号）的情况。 非均匀量化 如果使小信号时量化级间宽度小，而大信号时量化级间宽度大，就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致，这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。 数字电视，语音均采取非均匀量化。 编码 把量化后的信号变换成代码的过程称为编码，其相反的过程称为译码。 编码是使用一组二进制代码来表示量化值。 编码位数 若量化电平总数为Q，则二进制编码位数应=log2Q，才能保证编码不重复。为了提高编码效率，一般取 Q＝2n （n为编码位数） 常用二进制编码 非线性PCM 先把模拟信号抽样值进行压缩，使小信号放大，大信号缩小，然后在均匀量化编码，即对大幅度的样值使用大的量化间隔，小幅度的样值采用小的量化间隔，接收端再相反处理，称为压缩扩张技术。 目前国际上广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A压缩律。美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。 13折线A律压缩 例：设输入信号抽样值为+1260△（其中△为一个量化单位,表示输入信号归一化值的1/2048 ),