cdma通信系統(tǒng)語音轉(zhuǎn)換及壓縮編碼課程設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-01-01 02:53 本頁面
【正文】 業(yè)務(wù)——語音是模擬信號，要想在數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)中傳輸，必須進(jìn)行信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中以PCM為代表的編碼調(diào)制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于模擬信號的數(shù)字傳輸。PCM的主要優(yōu)點(diǎn)是：抗干擾能力強(qiáng)；失真?。粋鬏斕匦苑€(wěn)定，尤其是遠(yuǎn)距離信號再生中繼時噪聲不累積，而且可以采用壓縮編碼、糾錯編碼和保密編碼等來提高系統(tǒng)的有效性、可靠性和保密性。另外，PCM還可以在一個信道上將多路信號進(jìn)行時分復(fù)用傳輸。脈沖編碼調(diào)制（PCM）是把模擬信號變換為數(shù)字信號的一種調(diào)制方式，其最大的特點(diǎn)是把連續(xù)輸入模擬信號變換為在時間和振幅上都離散的量，然后將其轉(zhuǎn)化為代碼形式傳輸。PCM編碼通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。為便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，其量化電平數(shù)一般為2的整數(shù)次冪，有利于采用二進(jìn)制編碼表示。采用均勻量化時，其抗噪聲性能與量化級數(shù)有關(guān)，每增加一位編碼，其信噪比增加約6dB，但實(shí)現(xiàn)的電路復(fù)雜程度也隨之增加，占用帶寬也越寬。因此實(shí)際采用的量化方式多為非均勻量化，通常使用信號壓縮與擴(kuò)張技術(shù)來實(shí)現(xiàn)非均勻量化。在保持信號固有的動態(tài)范圍前提下，在量化前將小信號進(jìn)行放大而對大信號進(jìn)行壓縮。通常的壓縮方法有13折線A律和μ律兩種標(biāo)準(zhǔn)，國際通信中多采用A律。采用信號壓縮后，用8位編碼實(shí)際可以表示均勻量化11位編碼時才能表示的動態(tài)范圍，能有效提高小信號時的信噪比。圖1示為脈沖編碼調(diào)制的原理框圖。圖1脈沖編碼調(diào)制原理框圖。（1）抽樣定理及其應(yīng)用低通信號均勻抽樣定理：一個頻帶限制在0到以內(nèi)的低通信號，如果以的抽樣速率進(jìn)行均勻抽樣，則x(t)可以由抽樣后的信號完全地確定[指 包含有x(t)的成分，可以通過適當(dāng)?shù)乩硐氲屯V波器不失真地恢復(fù)x(t)]。而最小抽樣速率稱為奈奎斯特速率，1/(2)稱為奈奎斯特間隔。（2）量化量化的過程是指模擬信號f(t)按照適當(dāng)抽樣速率進(jìn)行均勻抽樣，抽樣周期。第k個抽樣值為f(k)。抽樣值在量化時轉(zhuǎn)換為Q個規(guī)定電平中的一個。量化后的信號是對原來信號的近似。當(dāng)抽樣速率一定時，量化級數(shù)目增加和量化電平選擇適當(dāng)，可以使與f(t)近似程度提高。量化過程分為均勻量化和非均勻量化。在均勻量化中，量化噪聲與信號電平大小無關(guān)。量化誤差的最大瞬時值等于量化階距的一半。所以信號電平越低，信噪比越小。當(dāng)信號的振幅動態(tài)范圍越寬，需要的量化電平數(shù)就越多。為了克服均勻量化的缺點(diǎn)，需要量化階距跟隨輸入信號電平的大小而改變。在低電平時分層細(xì)一些，用小的量化階去近似，對大信號則用大的量化階去近似。這樣就使輸入信號與量化噪聲之比在小信號到大信號的整個范圍內(nèi)基本一致。因此，就要使用壓擴(kuò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)非均勻量化。（3）編碼信號經(jīng)過抽樣、量化以后成為可以編碼的量化信號。量化信號經(jīng)過模/數(shù)變換可以轉(zhuǎn)換成各種各樣的編碼信號，然后就可以將它們送到信道中去傳輸，這就是基帶信號。代碼的形式通常采用二進(jìn)制，而多進(jìn)制代碼只是用在線路的信噪比較好，可以利用的頻帶比較窄的情形。（4）數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換為模數(shù)的反過程，通過將模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過內(nèi)插和低通濾波來完成。 語音壓縮基本概念語音編碼技術(shù)可分為兩大類：波形編碼和參量編碼。波形編碼是將時間域信號直接變換為數(shù)字代碼，其特點(diǎn)是再建信號的質(zhì)量，即信號的信噪比高，而其變換的比特率在64kb/s－16kb/s范圍，PCM、△M等均屬于這一類。參量編碼，又叫變換域編碼，是在信源信號的頻率域或其它正交域抽取其特征參量變換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸。在接收端從數(shù)字代碼恢復(fù)特征參量，再從參量重建語音信號。這種方法的特點(diǎn)是質(zhì)量較前者低，但可大大壓縮比特速率，多用于窄帶信道，如在移動通信、衛(wèi)星通信、軍事通信中應(yīng)用日益廣泛。通用的PCM數(shù)碼率為64kb/s，語音質(zhì)量可達(dá)到長途通信網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。ADPCM在數(shù)碼率為32kb/s，可達(dá)到64kb/s的PCM系統(tǒng)的通話質(zhì)量，而且壓縮了數(shù)碼率。△M系統(tǒng)雖然也壓縮了數(shù)碼率，可工作在32kb/s或16kb/s，但其話音質(zhì)量不如PCM和ADPCM。理論和實(shí)踐證明，采用上述語音編碼方法，若進(jìn)一步降低數(shù)碼率，語音質(zhì)量會明顯下降，達(dá)不到電話通信的質(zhì)量要求，在很低碼率時，甚至無法實(shí)現(xiàn)通話。通常，降低數(shù)碼率的語音編碼方法，叫語音壓縮編碼。壓縮編碼共分為兩大類：一類叫中速率壓縮編碼，－16kb/s范圍的語音編碼。其語音質(zhì)量較好，達(dá)到常用數(shù)字電話通信中等質(zhì)量要求，清晰度很高、自然度能達(dá)到基本要求，通信質(zhì)量有少許失真，且與語音特征有一定程度關(guān)系。諧波壓擴(kuò)ADPCM、子帶編碼、自適應(yīng)變換域編碼(ATC)、多脈沖預(yù)測編碼和矢量編碼等均屬于這一類。另一類叫低速率壓縮編碼，其數(shù)碼率從100b/。這種編碼技術(shù)又叫聲碼器技術(shù)，其
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