【正文】 縮效果越明顯。而擴(kuò)張器是對(duì)小信號(hào)進(jìn)行壓縮，對(duì)大信號(hào)進(jìn)行放大。 ?帶來(lái)的問(wèn)題：小信號(hào)的量化信噪比太小，不能滿足通信質(zhì)量要求，而大信號(hào)的量化信噪比較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地滿足要求。 ? 量化后的信號(hào)? ?sqkTm是對(duì)原來(lái)信號(hào)? ?skTm的近似， 最大的量化誤差不超過(guò)半個(gè)量化間隔 2Δ/ 。 因此將 PAM信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PCM信號(hào)之前，將幅度連續(xù)的 PAM信號(hào)利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)量化值（量化電平）來(lái)表示，這個(gè)過(guò)程叫“ 量化 ”。 不同點(diǎn)： ? 由于采用的載波不一樣，自然抽樣頻譜的包絡(luò)線按抽樣函數(shù)的規(guī)律變化，隨頻率增高而下降，第一零點(diǎn)帶寬? ?Hz1Bτ?。 分析： 載波 60 路群信號(hào)為帶通信號(hào)，應(yīng)按照帶通信號(hào)的抽樣定理來(lái)計(jì)算抽樣頻率。 解： 門函數(shù)的頻譜為 ? ? ???????2ωττ SaωG （ 4 . 5 ） 則第一零點(diǎn)的頻率 ? ?HzτB1? （ 4 . 6 ） 忽略第一零點(diǎn)以外的頻率分量，則門函數(shù)的最高頻率（截止頻率）Hf為 1 0 0 Hz 。帶通信號(hào)的帶寬LH fB = f ??！?通信原理課件 》 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 引言 抽樣 量化 編碼 4. 5 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng) 語(yǔ)音壓縮編碼 圖像壓縮編碼 《 通信原理課件 》 引言 數(shù)字通信系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，而實(shí)際上，由信息轉(zhuǎn)換成的原始電信號(hào)一般為模擬信號(hào)，它是時(shí)間和幅值都連續(xù)變化的信號(hào)。 《 通信原理課件 》 圖 44 理想抽樣的原理圖 《 通信原理課件 》 當(dāng)抽樣脈沖序列為單位沖激序列時(shí)，稱為理想抽樣。由抽樣定理可知，奈奎斯特抽樣速率為 ? ?HzffHs2023 ?? 《 通信原理課件 》 寬平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的抽樣定理 對(duì)于一個(gè)攜帶信息的基帶信號(hào)，可以視為隨機(jī)基帶信號(hào)。 解： 帶通信號(hào)的帶寬 LH ffB ??k H z240312552 ??? 因?yàn)?1240312./BfL??， n 是一個(gè)不超過(guò)/BfL的最大整數(shù)，所以 1?n 。而理想抽樣頻譜的包絡(luò)線為一條直線，帶寬為無(wú)窮大。 《 通信原理課件 》 圖 413 量化的輸入和輸出 《 通信原理課件 》 ?把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為 均勻量化 。當(dāng)量化值選擇適當(dāng)時(shí)，隨著量化級(jí)數(shù)的增加，可以使量化值與抽樣值的近似程度提高，即量化誤差減小。 ?為了解決小信號(hào)的量化信噪比太小這個(gè)問(wèn)題，若仍采用均勻量化，需要減小量化間隔，即增加量化級(jí)數(shù)，但是量化級(jí)數(shù) M過(guò)大時(shí)，一是大信號(hào)的量化信噪比更大，二是使編碼復(fù)雜，三是使信道利用率下降。 圖 416 壓縮器和擴(kuò)張器的特性 《 通信原理課件 》 ? ? 理想壓縮特性： 如果壓縮器能夠使得信號(hào)的量化信噪比與信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)，即qNS= 常數(shù)。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中取 A =8 。 《 通信原理課件 》 一、自然二進(jìn)碼 ?自然二進(jìn)碼就是將量化級(jí)序號(hào)看作一般的十進(jìn)制正整數(shù)，然后用二進(jìn)制表示。 《 通信原理課件 》 量化級(jí)數(shù)為 16 ，即編碼位數(shù)4?l時(shí)的二進(jìn)制常用碼型如表 4. 4 1 所示。 3 、將 x ， y 各個(gè)對(duì)應(yīng)段的交點(diǎn)連接起來(lái)，構(gòu)成 8 個(gè)折線段。考慮到正、負(fù)雙向共有 16個(gè)段落，這需要將每個(gè)段落再等分為 16 個(gè)量化級(jí)。 m a x/ 2048sIIII???《 通信原理課件 》 編碼電平，解碼電平 （量化電平） 及量化誤差 編碼電平CI： 編碼器輸出碼字對(duì)應(yīng)量化級(jí)的 最低電平 ： ? ?3 2 15 6 7 82 2 2C B i iI I C C C C? ? ? ? ? ? 解碼電平 （ 量化電平 ）DI： 編碼器輸出碼字對(duì)應(yīng)量化級(jí)的 中間電平 ，即 ? ?3 2 1 15 6 7 8/ 2 2 2 2 2D C i B i iI I I C C C C ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 量化誤差： 解碼電平 （量化電平）DI與SI的偏 差 ：DSe I I?? 《 通信原理課件 》 [例 ] 設(shè)輸入信號(hào)抽樣值??? 1 2 5 5Is，寫出按 A 律 13 折線編成 8位碼1 2 3 4 5 6 7 8C C C C C C C C，并計(jì)算 編碼電平，解碼電平（ 量化電平 ） 和量化誤差。 《 通信原理課件 》 4 、比較判決器 比較判決器是編碼器的核心。它包括記憶電路、 7 ／ 11 變換電路和 11 位線性解碼電路。確定82 C~C的標(biāo)準(zhǔn)值等于幾個(gè)基本權(quán)值相加。 《 通信原理課件 》 [例 ] 設(shè)輸入信號(hào)抽樣值sI= + 1 2 5 5 Δ，計(jì)算編碼電平，寫出 7 位非線性幅度碼（不含極性碼）對(duì)應(yīng)的 11 位線性碼。 7 / 1 2 變換為了保證最大量化誤差不超過(guò)2/i?，人為地補(bǔ)上了半個(gè)量化級(jí)，即2/i?。 《 通信原理課件 》 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng) ?PCM的產(chǎn)生包含抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟?？梢?jiàn)，碼位 l 越多，碼元寬度bT越小，占用帶寬 B 越大，信道利用率將下降。 考慮兩種噪聲時(shí)，如圖 4 25 所示的 P C M 系統(tǒng)接收端低通濾波器的輸出為 ? ? ? ? ? ? ? ?tntntmtm?eq0??? （ 4 . 3 6 ） 《 通信原理課件 》 為了衡量 PCM 系統(tǒng)的抗噪聲性能，通常將系統(tǒng)輸出端總的信號(hào)噪聲功率比定義為 222oooo q eqeP CMEmSSN N NE n E n???? ???????? ? ? ???? ? ? ? ?《 通信原理課件 》 先 考慮量化噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響。常見(jiàn)的語(yǔ)音壓縮編碼有差值脈沖編碼調(diào)制（ DPCM）、自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制（ ADPCM）、增量調(diào)制（ DM或 M）、自適應(yīng)增量調(diào)制（ ADM）、參量編碼、子帶編碼（ SBC）等。但是語(yǔ)音信號(hào)相鄰的抽樣值之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，信號(hào)的一個(gè)抽樣值到相鄰的一個(gè)抽樣值不會(huì)發(fā)生迅速的變化，這說(shuō)明信源本身含有大量的冗余成份。 pG可理解為D P C M系統(tǒng)相對(duì)于P C M系統(tǒng)而言的信噪比增益，稱為預(yù)測(cè)增益。圖像的信息可由光強(qiáng)度函數(shù) I 描述，靜止的彩色圖像 和 活動(dòng)的彩色圖像分別表示為 ),( ?yxfI ? ( 4 . 4 8 ) ),( tyxfI ?? ( 4 . 4 9 ) 黑白電視圖像不考慮光的波長(zhǎng)，強(qiáng)度函數(shù)為： ),( tyxfI ? ( 4 . 5 0 ) 強(qiáng)度函數(shù) I 連續(xù)的圖像稱為模擬圖像 。它既可在一幀圖像內(nèi)進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼，也可在多幀圖像間進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)編碼。但是由于計(jì)算的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)上的困難， KL變換的實(shí)際應(yīng)用甚少。 《 通信原理課件 》 熵編碼 熵編碼旨在去除信源的統(tǒng)計(jì)冗余，熵編碼不會(huì)引起信息的損失，因而又稱為無(wú)損編碼。而對(duì)于活動(dòng)圖像，相鄰幀之間也有相關(guān)性，故可以進(jìn)行三維預(yù)測(cè)。 從而，一幅均勻量化 數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量為： M ? N ? l 比特 。當(dāng)1G p ??時(shí)，DP CM 系統(tǒng)的量化信噪比遠(yuǎn)大于量化器的量化信噪比。 利用語(yǔ)音信號(hào)的相關(guān)性，根據(jù)過(guò)去的信號(hào)樣值預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的樣值，并僅把樣值與預(yù)測(cè)值的差值（預(yù)測(cè)誤差）進(jìn)行量化、編碼，這種方法稱為差分脈沖編碼調(diào)制。 波形編碼是直接對(duì)信號(hào)波形的抽樣值或抽樣值的差值進(jìn)行編碼。通過(guò)推導(dǎo)，可以得到 PCM 系統(tǒng)輸出端的平均量化信噪比 lqMNS2202?? 《 通信原理課件 》 信道噪聲對(duì) PC M 系統(tǒng)性能的影響表現(xiàn)在接收端的判決誤碼上。 《 通信原理課件 》 [例 ] 單路 語(yǔ)音 信號(hào)的最高頻率為 400 0 Hz ，抽樣頻率為奈奎斯特抽樣頻率，以 PC M 方式傳輸。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，抽樣過(guò)程中，在滿足抽樣定理時(shí)， PCM系統(tǒng)能夠做到無(wú)失真的重建。 ? ?i180716253BiiCD2C2C2C2C2I2II ???????????解碼器輸出的解碼電平和樣值之差 稱為 解碼誤差（即量化誤差）。 因?yàn)? ? ? ?21001 0 0 1 1 0 0 0 0 01 2 1 6 ?，所以 7 位非線性碼 1110011 對(duì)應(yīng)的11 位線性碼為 01 0 0 1 1 0 0 0 0 0 。 《 通信原理課件 》 （ 1 ）非線性碼的碼字電平，即編碼器輸出非線性碼所對(duì)應(yīng)的電平，也稱為 編碼電平 ，用CI表示。因此， 7 位碼字中的前 6位狀態(tài)均應(yīng)由記憶電路寄存下來(lái)。當(dāng)sI＞wI時(shí)，得到“ 1 ”碼，反之得到“ 0 ”碼。它由整流器、極性判決、保持電路、比較判決器及本地解碼電路等組成，如下圖所示。1C的數(shù)值“ 1 ”或“ 0 ”分別表示信號(hào)的正、負(fù)極性。 表 4. 4 2 13 折線分段時(shí)的x值和 A 律壓擴(kuò)特性（ A = 87. 6 ）的x值的比較 y 0 81 82 83 84 85 86 87 1 A 律壓擴(kuò)曲線的 x 0 8121 1 1 1 1 1