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模拟信号的数字化传输DM 、话音编码、TDM 通信原理第十五讲 第五章 模拟信号的数字化传输 模拟信号的数字传输简介 抽样、量化、编码 模拟信号的抽样 模拟信号的量化 脉冲编码调制PCM DPCM与DM调制* 时分复用TDM原理* DPCM 与ADPCM 在PCM中，每个波形样值都独立编码，与其他样值无关， 样值的整个幅值编码需要较多位数，造成数字化后的信号带宽大大增加。 利用信源的相关性，一种比较简单的解决方法是对相邻样值的差值而不是样值本身进行编码。利用差值的PCM编码称为差分PCM（DPCM） DPCM 与ADPCM 抽头-延时线形式的预测器 DPCM 的性能 (S/N)q是把差值序列作为信号时量化器的量化信噪比，与PCM系统考虑量化误差时所计算的信噪比相当。Gp可理解为DPCM系统相对于PCM系统而言的信噪比增益，称为预测增益。如果能够选择合理的预测规律，差值功率E［e2n］就能远小于信号功率E［x2n］，Gp就会大于1，该系统就能获得增益。对DPCM系统的研究就是围绕着如何使Gp和(S/N)q 这两个参数取最大值而逐步完善起来的。通常Gp约为6～11 dB DPCM 的性能 ADPCM DPCM系统性能的改善是以最佳的预测和量化为前提的。但对语音信号进行预测和量化是复杂的技术问题，这是因为语音信号在较大的动态范围内变化。为了能在相当宽的变化范围内获得最佳的性能，只有在DPCM基础上引入自适应系统。有自适应系统的DPCM称为自适应差分脉冲编码调制，简称ADPCM ADPCM的主要特点是用自适应量化取代固定量化，用自适应预测取代固定预测。自适应量化指量化台阶随信号的变化而变化，使量化误差减小；自适应预测指预测器系数｛ai｝可以随信号的统计特性而自适应调整，提高了预测信号的精度， 从而得到高预测增益。通过这两点改进，可大大提高输出信噪比和编码动态范围。 ADPCM DPCM的预测增益约为6~11dB，自适应预测可使信噪比改善4dB；自适应量化可使信噪比改善4~7dB，则ADPCM比PCM可改善16~21dB，相当于编码位数可以减小 3 位到 4 位。 因此，在维持相同的语音质量下，ADPCM允许用32kbit/s比特率编码，这是标准64kbit/s PCM的一半。 CCITT形成了关于ADPCM系统的规范建议G.721 、 G.726等。 G.721推荐标准---32 kbps自适应差分脉冲编码调制 ADPCM 增量调制DM 基本原理 增量调制简称ΔM或DM 对于模拟信号，特别是语音信号，如果抽样速率很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的差值，能反映模拟信号的变化规律。 将差值编码传输， 称为增量调制ΔM ΔM 是DPCM的一个特例， 其目的在于简化语音编码方法 增量调制DM 基本原理 DM 译码 DM译码两种形式 阶梯波形恢复译码 积分方法译码：收到“1”码后产生一个正斜率电压，在Δt时间内上升一个量阶d， 收到“0”码后产生一个负斜率电压，在Δt时间内下降一个量阶d。这种方法可用一个简单的RC积分电路，即可把二进制代码变为m(t)这样的波形。 DM 编译码系统之一  DM编译码系统之二（DPCM 特例）  DM量化噪声 一般量化噪声 量化造成的噪声，d大，一般量化噪声也大。 DM量化噪声 过载量化噪声： 模拟信号由于斜率陡变时，因台阶d固定，每秒台阶数固定，因此，阶梯波形跟不上信号变化时，使阶梯波发生很大畸变，称过载失真，或称过载噪声。 最大跟踪斜率： 过载失真的门限 DM动态范围与抽样速率分析 过载门限： d 增加将导致一般噪声增加 假定输入信号为单频正弦信号（单频分析） 临界过载幅度（最大允许编码电平） 最小允许编码电平 DM动态范围与抽样速率分析 编码动态范围： 通常采用800Hz为测试标准，fk=800Hz DM量化噪声分析  DM量化噪声分析 分析前提条件 量化器不过载 假定量化噪声eq(t)在(-d，+d)均匀分布 假定量化噪声功率谱密度在（0，fs）内均匀分布 DM量化噪声分析 量化噪声的平均功率为： 量化噪声的功率谱密度为： 经过带限滤波器后的噪声功率为：  DM量化噪声分析 正弦输入时最大信噪声比分析 最大不过载的信号幅度为： 输入信号功率为： 在临界振幅条件下，系统最大的量化信噪比 DM量化噪声分析 正弦输入时最大信噪声比分析 fs每增加一倍，量化信噪声比增加9dB，