【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Ax 10,ln1 ???11,ln1 ln1 ???? xAAAxY = A為壓擴(kuò)參數(shù)， A=1時(shí)無壓縮， A值越大壓縮 效果越明顯。國(guó)際上都取 A=。 壓縮器大多采用對(duì)數(shù)式壓縮 ， 即 y=lnx。 廣泛采用的是 μ律壓擴(kuò)和 A律壓擴(kuò) 。 美國(guó)采用 μ律壓擴(kuò) ， 我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用 A律壓擴(kuò) 。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 A律 歸一化信號(hào)的 181。律，對(duì)數(shù)壓縮特性的表達(dá)式為： y=[ln(1+181。x)]/[ln(1+181。)] 0?x?1 其中，常數(shù) 181。為壓縮系數(shù)，其值愈大，壓縮效果愈好 。現(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中取 181。=255。 數(shù)字壓擴(kuò)技術(shù) 采用折線段來近似表示對(duì)數(shù)壓縮特性，可用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，比較容易實(shí)現(xiàn)壓縮特性的一致性和穩(wěn)定性。 利用 13折線逼近 A律， 15折線逼近 181。律，已形成 CCITT國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我們僅討論 A律。 1/ 13折線的形成 各折線段的斜率按 Ki=?yi/?xi計(jì)算。 由于第 1段的斜率是 K1=(1/8)/(1/128)=16； 橫軸 x： 對(duì)分法 分成為 8段 ， 壓縮器的歸一化輸入信號(hào) 縱軸 y： 等分法 均勻分成為 8段， 壓縮器的歸一化輸出信號(hào) 1 1 1/2 1/4 1/8 1/8 1/4 1/2 1 x 2/8 4/8 6/8 1 2/8 4/8 6/8 第 2段的斜率 K2=(1/8)/(1/64 1/128) =16，所以這兩段 實(shí)際上是一段，再考 慮負(fù)半軸，故構(gòu)成 13 段折線。 13折線近似 A率壓縮特性 x y 2 1 4 8 1 1 16 1 32 1 64 1 128 0 1 7 8 6 8 5 8 4 8 3 8 2 8 1 8 1 均勻分成 16等份 1 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 13折線時(shí) 1 1/ 1/3.4 1/ 1/ 1/ 1/ 1/128 A=時(shí) 1 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 y x 表 折線法的壓縮特性與 A律對(duì)數(shù)函數(shù)特性比較 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 A律 13折線 y1786858483828181011 2 816 411 613 21181412x斜 率 ：1 段 1 62 段 1 63 段 84 段 45 段 26 段 17 段 1 / 28 段 1 / 4234567第 8 段第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 非均勻量化的特點(diǎn) ，非均勻量化輸出有比較高的平均信號(hào)量化噪聲比 樣值的幅度成比例關(guān)系 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 模擬信號(hào)需要經(jīng)過 抽樣 、 量化 和 編碼 ， 將模擬信號(hào)變換成代碼才能在信道上傳輸。 脈沖編碼調(diào)制（ PCM） 把模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣、量化，直到變換成二進(jìn)制代碼的基本過程稱為脈沖編碼調(diào)制（ Pulse Code Modulation)。 脈沖 編碼調(diào) 制（ PCM） 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 綜上所述 ， PCM信號(hào)的形成是模擬信號(hào)經(jīng)過 “ 抽樣 、量化 、 編碼 ” 三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的 。 抽樣 是按抽樣定理把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的抽樣信號(hào)； 量化是把幅度上仍連續(xù)的抽樣信號(hào)進(jìn)行幅度離散，即指定 M個(gè)規(guī)定的電平，把抽樣值用最接近的電平表示； 編碼 是用二進(jìn)制碼組表示量化后的樣值脈沖 。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 PCM通信系統(tǒng)原理圖 抽樣 量化 編碼 信道 譯碼 低通 濾波 干擾 m(t) ms(t) A/D變換 msq(t) msq(t) m(t) 從上面的 PCM通信系統(tǒng)原理圖可以看出，從模擬 信號(hào)的抽樣量化值到代碼的變化是由編碼器實(shí)現(xiàn)的。 PCM信號(hào) （數(shù)字信號(hào)） ^ 把 量化 后的 N個(gè)電平轉(zhuǎn)化為 二進(jìn)制碼 的過程，稱為編碼。 編碼： 把二進(jìn)制碼 恢復(fù) 成 N個(gè)電平信號(hào)的過程，稱為譯碼。 譯碼： 常用的二進(jìn)制碼： 3 編碼 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 在 PCM系統(tǒng)中常用的碼型有自然二進(jìn)制碼、循環(huán) 碼、折疊二進(jìn)制碼。 (P`72) 自然二進(jìn)碼： 16個(gè)量化級(jí)分成兩部分， 0– 7的 8 個(gè)量化級(jí)對(duì)應(yīng)于負(fù)極性的樣值脈沖， 8– 15的 8 個(gè)量化級(jí)對(duì)應(yīng)于正極性的樣值脈沖。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 折疊二進(jìn)碼： 上下兩部分除去最高位的不同 外，其余部分呈倒影關(guān)系 折疊關(guān)系。上半 部分最高位全為“ 1” ，下半部分最高位全為 “ 0” ?？捎米罡呶蝗ケ硎拘盘?hào)的正、負(fù)極 性，其余碼去表示信號(hào)的絕對(duì)值。因此用最高 位表示極性后，雙極性信號(hào)可以采用單極性編 碼方式來實(shí)現(xiàn)。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 與自然二進(jìn)碼相比，折疊二進(jìn)碼有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)這種雙極性信號(hào)，只要絕對(duì)值 相同，用最高位碼表示極性后，就可以采用單極性 編碼方式，大大簡(jiǎn)化編碼的過程。 在傳輸過程中如果出現(xiàn)誤碼，折疊二進(jìn)碼對(duì) 小信號(hào)影響較小。而語(yǔ)音信號(hào)中小信號(hào)出現(xiàn)的概率 比大信號(hào)出現(xiàn)的概率要大， 因此在 PCM語(yǔ)音系統(tǒng)中通 常采用折疊二進(jìn)碼。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 附表 常用二進(jìn)碼型 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 樣值脈沖極性 自然二進(jìn)碼 折疊二進(jìn)碼 量化級(jí) 正極性部分 負(fù)極性部分 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 碼位安排 碼位不僅關(guān)系到通信質(zhì)量的好壞，還關(guān)系到設(shè)備的復(fù)雜程度。在輸入信號(hào)變化范圍一定的情況下，碼位越多兩化分層就越細(xì)，量化過程中產(chǎn)生的噪聲就越小，通信質(zhì)量就越好。 在對(duì)話音信號(hào)的編碼中，我們采用 8位二進(jìn)制碼字對(duì)應(yīng)一個(gè)語(yǔ)音樣值的方法，現(xiàn)在結(jié)合 A律 13折線的編碼方法來說明，如表所示。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 碼位安排表 極性碼 a1 0 幅 度 碼 段落碼 a2 a3 a4 000 001 010 011 段內(nèi)碼 a5 a6 a7 a8 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 極性碼 a1 1 幅 度 碼 段落碼 a2 a3 a4 100 101 110 111 段內(nèi)碼 a5 a6 a7 a8 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 b7 1代表正極性， 0代表負(fù)極性 B6b5b4 表示抽樣值處于哪一個(gè)折線段 b3b2b1b0 表示抽樣值處于哪一個(gè)量化級(jí) b7 b6b5b4 b3b2b1b0 極性碼 段落碼 段內(nèi)碼 CCITT標(biāo)準(zhǔn)的 PCM編碼規(guī) 則 1 2 3 4 5 6 7 8 0 128 256 612 1024 2048 0 16 32 64 128 每一段 起始電平 及 段落碼 ： 000 001 010 011 100 101 110 111 A律 13折線壓縮特性示意圖 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 A律 13折線特性 PCM編碼 編碼過程 A律 13折線編碼主要分三步來進(jìn)行： 1）確定極性碼； 2）確定段落碼； 3）確定段內(nèi)碼。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 在 8位非線性編碼過程中 ， 采用歸一化方法 ，對(duì)橫軸以 1/2對(duì)折分成不均勻的 8段 ， 然后再將每一段均勻地等分成 16等份 ， 就相當(dāng)于先非均勻量化再均勻量化 ， 均勻量化成 2048個(gè)量化級(jí) ， 所以可以根據(jù)均勻量化將每個(gè)抽樣值編成 11位線性碼 ， 如表 46所示為非線性碼與線性碼之間的關(guān)系 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 舉例 ： 設(shè)輸入信號(hào)抽樣值位 +1270各個(gè)量化單位，采用逐次比 較型編碼將它按照 13折線 A律特性編成 8位碼。 解答 ： 設(shè)碼組的 8位碼分別用 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8表示。 編碼過程如下 (P`77) （ 1）確定極性碼 M1 因輸入信號(hào)抽樣值為正，故極性碼 M1＝ 1。 （ 2）確定段落碼 M2M3M4 13折線中，正半部分的 8個(gè)段落以 1//2048為單位的 每個(gè)段落的起點(diǎn)電平如下表所示。 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 8184861