【正文】 處理理論及其應(yīng)用》 ［ M］，清華大學(xué)出版社， 2020年 [4]. 陳懷琛，吳大正，高西全，《 MATLAB 及在電子信息課程中的應(yīng)用》［ M］，電子工業(yè)出版 社， 2020年 [5]. 胡廣書，《現(xiàn)代信號(hào)處理教程》［ M］，清華大學(xué)出版社， 2020年 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有 老 師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 %定義時(shí)間長(zhǎng)度 ts=。 %修正 t=0 點(diǎn)的信號(hào)值 m=m.*m。)。 subplot(2,1,2)。 axis([500,500,0,])。 %定義滿足抽樣條件的時(shí)間序列 x1=sin(200*t1)。 f1=[7*df1*length(mn1):df1:6*df1*length(mn1)df1]fs1/2。)。)。axis([500,500,])。 m2(w2)=1。 xlabel(39。)。)。n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)))。 xlabel(39。原始信號(hào) 39。幅度 39。 p=zeros(1,L+1)。 end。時(shí)間 39。) ylabel(39。 else y(i)=(1+log(a*x(i)))/(1+log(a))。(x(i)1/32)) y(i)=8*x(i)+1/8。(x(i)1/2)) y(i)=1/2*x(i)+5/8。 y=abs(y)。 t=0:Ts:20*Ts。 end subplot(3,1,1)。axis([0 20*Ts,2 2])。 subplot(3,1,3)。stairs(t,xr)。 subplot(3,1,2)。 D(k+1)=e_q(k)+D(k)。 else f(i,1)=1。 y=y.*128。(x(i)1/4)) y(i)=x(i)+4/8。(x(i)1/64)) y(i)=16*x(i)。 else y(i)=(1+log(a*x(i)))/(1+log(a))。 subplot(2,1,2) plot(t,z) axis([0 ]) xlabel(39。 y=sin(8000*pi*t)。 flag=1。 function h=jylh(f,V,L) n=length(f)。)。 axis([0,4*pi,])。 subplot(2,1,1)。 function [M,m,df]=fft_seq(m,ts,df) fs=1/ts。ylabel(39。title(39。 figure(3) subplot(2,1,1)。 m2=x2./(200*t2+eps)。抽樣正常時(shí)的信號(hào)頻譜 39。 xlabel(39。ylabel(39。 %對(duì)滿抽樣條件的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換 M1=M1/fs1。 %滿足抽樣條件的抽樣間隔 fs1=1/ts1。幅值 39。)。 xlabel(39。 w=t0/(2*ts)+1。 最后感謝 電氣 學(xué)院和我的母校 — 山東輕工業(yè)學(xué)院 四年來(lái)對(duì)我的大力栽培 ，還有 培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。在讓 我體會(huì)到設(shè)計(jì)艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到了成功的喜悅。 第五章 總結(jié) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我較系統(tǒng)地掌握有關(guān) PCM 脈沖編碼調(diào)制跟 ΔM 增量調(diào)制的設(shè)計(jì)思想 和設(shè)計(jì)方法，主要對(duì) MATLAB 的仿真方法，開發(fā)環(huán)境等有了一定的了解并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和加以應(yīng)用的知識(shí)得到學(xué)習(xí)。當(dāng)信號(hào)斜率大于跟蹤斜率時(shí)，稱為過(guò)載條件，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象；當(dāng)信號(hào)斜率等于跟蹤斜率時(shí)，稱為臨界條件；當(dāng)信號(hào)斜率小于跟蹤斜率時(shí)，稱為不過(guò)載條件。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 觀察圖 46可以發(fā)現(xiàn)，階梯曲線（調(diào)制曲線）的最大上升和下降斜率是一個(gè)定值，只要增量 σ 和時(shí)間間隔Δ t 給定，它們就不變。 M 的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) 設(shè)輸入信號(hào)為 : x(t)=sin2π50t+ 2π150t 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 增量調(diào)制的采樣間隔為 1ms,量化階距 δ=, 單 位延遲器初始值為 0。這個(gè)誤差常稱為量化噪聲，并用信號(hào) 功率與量化噪聲之比衡量此誤差對(duì)于信號(hào)影響的大小。其中積分器用來(lái)根據(jù)收到的脈沖信號(hào)還原出逼近原始信號(hào)的階梯波，而低通濾波器能 濾除階梯波上的高頻分量。然后再通過(guò)低通濾波器的平滑濾波， 就能很好地恢復(fù) )(tx 。由波形圖可見，在△ M發(fā)端，在定時(shí)脈沖 作用下，凡上升一個(gè)臺(tái)階就量化為 1，凡降低一個(gè)臺(tái)階就量化為 △ M 收端譯碼也十分山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 簡(jiǎn)單，見 1就增加一個(gè)△，見 0就減少一個(gè)△，經(jīng)過(guò)與發(fā)端一樣的積分器，得到逼近 )(tx 的階梯波 )(?tx ，經(jīng)低通濾波器后輸出 )(39。在增量調(diào)制中，數(shù)碼“ 1”和“ 0” 只表示信號(hào)相對(duì)于前一時(shí)刻是增大還是減小，不代表信號(hào)的絕對(duì)值。而譯碼與低通濾波的組合稱為 D/A 變 換。 ＰＣ M 脈沖編碼的原理 若信源輸出的是模擬信號(hào)，如電話機(jī)傳送的話音信號(hào)，攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)等，要使其在數(shù)字信道中傳輸，必須在發(fā)送端將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即進(jìn)行 A/D 變換，在接收端則要進(jìn)行 D/A。 話音 PCM 的抽樣頻率為 8kHz，每個(gè)量化樣值對(duì)應(yīng)一個(gè) 8 位二進(jìn)制碼，故話音數(shù)字編碼信號(hào)的速率為 8bits8kHz ＝ 64kb/s。 A 律 13 折線量化特性曲線 13 折線壓縮特性又可以看做 A 律的近似， A 律的表示式是一條平滑的曲線，用電子線路很難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。 若在式 (29)中，令 μ=255 ，則式 (29)可寫成 式 (210)的壓縮特性與 μ 律壓縮特性完全一致。在 13折線中，第一段落起始點(diǎn)要求的 x、 y都應(yīng)該為零，而若按照式 (28)計(jì)算時(shí)，當(dāng) x=0 時(shí)， y→ ∞。然后將 y 軸的 [0,1]區(qū)間均勻地分成八段，從第一段到第八段非別為 [0,1/8]， (1/8,2/8]， (2/8,3/8]， (3/8,4/8]，(4/8,5/8]， (5/8,6/8]， (6/8,7/8] ， (7/8,1] 。為了滿足歸一化要求，當(dāng) x=1 時(shí)， y=1，代入式 (23)可得 故所得結(jié)果為 即 如果壓縮特性滿足上式 ,就可獲得理想的壓縮效果，其量化信噪比和信號(hào)幅度無(wú)關(guān)。一般當(dāng) μ=100 時(shí)，壓縮器的效果就比較理想了。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔也?。环粗?，量化間隔就大。其量化間隔 ΔV 取決于輸入信號(hào)的變化范圍和量化電平數(shù)。或者說(shuō)，采用量化抽樣值的方法才能夠利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽樣值信息的傳輸。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 22 抽樣示意圖 采樣信號(hào)的 頻譜分析 頻譜分析使用快速傅里葉變換 FFT，對(duì)應(yīng)的命令即 fft ，簡(jiǎn)單使用方法為：),( NbfftY ? ，其中 b即是采樣數(shù)據(jù)， N 為 fft 數(shù)據(jù)采樣個(gè)數(shù)。抽 樣定理是指：一個(gè)頻帶限制在（ 0， Hf ）內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào) )(tm ，如果以T≤1/2 Hf 秒的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則 )(tm 將被所得到的抽樣值完全確定。完成采樣功能的器件稱為采樣器，圖 21所示為采樣器的示意圖。 增量調(diào)制盡管有前面所述的不少優(yōu)點(diǎn)，但它也有兩個(gè)不足：一個(gè)是一般量化噪聲問(wèn)題；另一個(gè)是過(guò)載噪聲問(wèn)題。 增量調(diào)制的基本原理是于 1946 年提出的，它是一種最簡(jiǎn)單的差值脈沖編碼。 PCM 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：抗干擾性強(qiáng)；失真??；傳輸特性穩(wěn)定，遠(yuǎn)距離再生中繼時(shí)噪聲不累積，而且可以采用有效編碼、糾錯(cuò)編碼和保密編碼來(lái)提高通信系統(tǒng)的有效性、可靠性和保密性。脈沖編碼調(diào)制是將模擬信號(hào)變換成二進(jìn)制信號(hào)的常用方法。 nonuniform quantitative。增量調(diào)制可以看成是一種最簡(jiǎn)單的 DPCM，當(dāng) DPCM系統(tǒng)中量化器的量化電平數(shù)取為 2 時(shí)，此 DPCM 系 統(tǒng)就成為增量調(diào)制系統(tǒng)。 論文中 主要講述了 對(duì)脈沖編碼調(diào)制（ PCM）與增量調(diào)制（ Δ M）系統(tǒng)原理進(jìn)行建模與仿真分析，分別為采樣、量化和編碼原理的建模仿真。從此揭開了近代數(shù)字傳輸?shù)男蚰弧Ｄ壳?，它不僅用于通信領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、遙控遙測(cè)、數(shù)字儀表、廣播電視等領(lǐng)域。 Δ M 即增量調(diào)制， 可以看成是一種最簡(jiǎn)單的DPCM。 對(duì)模擬信號(hào)采樣，并用每個(gè)樣值與它的預(yù)測(cè)值的差值對(duì)周期脈沖序列進(jìn)行 調(diào)制 ，簡(jiǎn)稱墹 M 或 DM。 第二章 PCM 脈沖編碼 PCM 的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟完成：抽樣、量化、編碼。在理想情況下，開關(guān)閉合時(shí)間 τ 滿足 τT 。根據(jù)抽樣脈沖的特性，抽樣分為理想抽樣、自然抽樣（亦稱曲頂取樣）、瞬時(shí)抽樣（亦稱平頂抽樣）；根據(jù)被抽樣信號(hào)的性質(zhì)，抽樣又分為低通抽樣和帶通抽樣。以頻率為橫坐標(biāo)， Y數(shù)組每個(gè)元素的幅值為縱坐標(biāo)，畫圖即得數(shù)據(jù) b的幅頻特性；以頻率為橫坐標(biāo)， Y數(shù)組每個(gè)元素的角度為縱坐標(biāo)，畫圖即得數(shù)據(jù) b的相頻特性。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 通常，量化器的輸入是隨機(jī)模擬信號(hào)。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的信號(hào)量噪比就很難達(dá)到給定的要求。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的信號(hào)量噪比。圖 23畫出了 A為某一取值的歸一化壓縮特性。在上圖中，通過(guò)原點(diǎn)作理想壓縮特性曲線的切線 oc，將 oc、 cd 作為實(shí)際的壓縮特性。圖26中只畫出了第一象限的壓縮特性，第三象限的壓縮特性的形狀與第一象限的壓縮特性的形狀相同，且它們以原點(diǎn)為奇對(duì)稱，所以負(fù)方向也有八段直線，總共有 16 個(gè)線段。1/2^7=16 。而矢量量化是二維甚至多維的量化，兩個(gè)或兩個(gè)以上的幅度決定一個(gè)量化結(jié)果。 (210) (29) 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 27 A 律 13 折線量化特性曲線 PCM 編碼 編碼 的定義 量化后的抽樣信號(hào)在一定的取值范圍內(nèi)僅有有限個(gè)可取的樣值，且信號(hào)正、負(fù)幅度分布的對(duì)稱性使正、負(fù)樣值的個(gè)數(shù)相等，正、負(fù)向的量化級(jí)對(duì)稱分布。因此，量化噪聲隨二進(jìn)制編碼的位數(shù)增多而減小，即隨數(shù)字編碼信號(hào)的速率提高而減小。圖 28給出了脈沖編碼調(diào)制的一個(gè)示意圖。 增量調(diào)制原理 增量調(diào)制（△ M），是 DPCM 的簡(jiǎn)化形式，是一種特殊的脈沖編碼調(diào)制 。當(dāng)收到連“ 0”碼時(shí)，表示每隔一個(gè)取樣時(shí)間，連續(xù)下降一個(gè)量階，即表示信號(hào)的連續(xù)下降。脈 沖調(diào)制器的輸出分成兩路，一路送回到本地譯碼器（積分器）進(jìn)行譯碼，譯碼輸出與下一個(gè)時(shí)刻的 )(tx 相減產(chǎn)生差值信號(hào)；另一路輸出通過(guò)信道送到接收端，在接收端，通過(guò)積分器譯碼和低通濾波器濾波，恢復(fù)出模擬信號(hào) 39。不過(guò)載的條件 是： m a x0 |)(|/ dttdxT ?? 若 wtAtx sin)( ? ，則△ M不產(chǎn)生過(guò)載的條件是 AwT ?? 0/ ， 0T 是△ M編碼時(shí)相鄰取樣點(diǎn)的時(shí)間間隔。 PCM 抽樣仿真結(jié)果如圖 43所示： 0 . 1 0 . 0 5 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 500 . 511 . 5時(shí)間幅值原始信號(hào) ( f h = 2 0 0 / 2 p i H z ) 的波形 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 100 200 300 400 50000 . 0 10 . 0 20 . 0 3頻率幅值原始信號(hào)的頻譜 圖 41 PCM模擬輸入信號(hào)波形及頻譜 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 0 . 1 0 . 0 5 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 500 . 51時(shí)間幅值抽樣正常 ( f s = 2 0 0 H z ) 時(shí)的信號(hào)波形 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 100 200 300 400 500 0 . 0 10