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MATALAB仿真课程设计实验一课件
编制一个函数实现PCM量化编码,自己选定一个模拟信号,利用PCM技术对已选定的信号进行数字化,已数字化的信号通过一个AWGN的信道(AWGN信道的均值为0,方差自己任意选定),信宿对信号进行PCM译码,求出原始模拟信号
脉冲编码调制(PCM):
脉冲编码调制(PulseCodeModulation),是对信号进行抽样和量化时,将所得的量化值序列进行编码,变换为数字信号的调制过程。它主要经过3个过程:抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号,量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号,编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。
A律PCM编码规则:
A律压缩律原理:
理想对数压缩:
需对的小信号段进行修正
图1. 对数压缩特性曲线
A律修正思想:
.过原点做的切线,切点b;
.切线ob段+曲线bc——A律压缩曲线。
A压缩律是指符合下式的对数压缩规律:
式中,x为压缩器归一化输入电压;y为压缩器归一化输出电压;A为常数,决定压缩程度。A压缩律中的常数A不同,则压缩曲线的形状也不同,它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小,在实用中,选择A等于87.6。
13折线近似的原理
A律压缩表示式是一条连续的平滑曲线,用电子线路很难准确的实现。现在由于数字电路技术的发展,这种特性很容易用数字电路来近似实现,13折线特性就是近似于A压缩律的特性,其曲线见图2.
图2. 13折线压缩特性曲线
图中横坐标x在0~1区间中分为不均匀的8段。~1间的线段称为第8段;~间的线段称为第7段;~间的线段称为第6段;依此类推,直到0~间的线段称为第1段。图中纵坐标y则均匀的划分为8段。将这8段相应的坐标点(x,y)相连,就得到了一条折线。
PCM编码规则
输入信号x进行A律压缩,取A=87.6.采用13折线近似,在第一象限,输出x端点对应:x=(),图形表示如图1.
在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位C1表示量化值的极性正负。后面的7位分为段落码和段内码两部分,用于表示量化值的绝对值。其中第2~4位(C2~C4)是段落码,共计3位,可以表示8种斜率的段落;其他4位(C5~C8)为段内码,可以表示每一段落内的16种量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。所以,这7位码总共能表示128种量化值。
图3. A律曲线与13折线近似
实验意义
本课程设计试图通过亲自完成均匀量化和非均匀量化的编码、译码的整体设计,加深对PCM编码的原理的理解,提高系统编程、系统测试以及系统分析的能力。
总体系统设计框图
图4. A律PCM编解码的系统框图
A律PCM编码模块
A律PCM编码规则:
在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位C1表示量化值的极性正负。后面的7位分为段落码和段内码两部分,用于表示量化值的绝对值。其中第2~4位(C2~C4)是段落码,共计3位,可以表示8种斜率的段落;其他4位(C5~C8)为段内码,可以表示每一段落内的16种量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。所以,这7位码总共能表示128种量化值。
输入信号x后,极性码C1的判断方法是:x0,C1=0;x0,C1=1;段落码C2、C3、C4的判断方法是:;段内码C5、C6、C7、C8的判断方法是:,要注意x各段量化间隔不等。
图5. 段落码和段内码的编码规则
PCM编码流程
输入信号x后,先判断x的符号,x0时C1=1,x0时C1=0;判断完符号后将信号进行归一化和量化,再进行段落判断以及段内判断,最后将C1~C8输出。流程图如下
A律PCM译码模块
对已经编码的信号进行译码时,先输入已经编码的码组,根据极性码的规则提取符号,判断符号位,接着再判断段落位置和段内位置,最后将译码后的结果输出,其译码流程图如下:
均匀量化编码模块
在均匀量化时,设模拟抽样信号的取值范围为a~b,量化电平数是M,则在均匀量化时的量化间隔是:。
在编程时首先将抽样信号归一化:
amax=max(abs(a));
a_quan=a/amax;
b_quan=a_quan;
然后对归一化的输入信号序列进行量化:
for i=1:n
index=fi
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