【文章內(nèi)容簡介】 這個碼字的整體被稱為碼型。 PCM系統(tǒng)中常用的碼型有自然二進(jìn)制碼和折疊二進(jìn)制碼， 已在表 23中列出。表中的 16個量化級分成兩個部分： 0~7的 8個量化級對應(yīng)于負(fù)極性樣值脈沖； 8~15的 8個量化級對應(yīng)于正極性樣值脈沖。 從表 23中可以看出， 自然二進(jìn)制碼上下兩部分的碼沒有任何相似之處， 但是折疊二進(jìn)制碼除最高位外， 其上半部分與下半部分成鏡像關(guān)系， 即互為折疊。 自然二進(jìn)制碼就是普通的二進(jìn)制數(shù)， 編碼和譯碼都非常簡單， 但是在編碼過程中， 如果最高位判決有誤， 將使譯碼后輸出所產(chǎn)生的幅度誤差達(dá)到最大幅度的 1/2。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 折疊碼左邊第一位（最高位）表示正負(fù)極性， 用“ 1”表示正值， 用“ 0”表示負(fù)值； 第二位至最后一位表示幅度絕對值。所以， 極性相反、幅度大小相同的樣值對應(yīng)的碼字只有第一位不同。在編碼過程中， 對于雙極性信號， 可以先編出極性碼， 再取絕對值， 編出絕對值的幅度碼， 這樣只用單極性編碼電路就完成了雙極性信號的編碼， 很大程度上簡化了編碼電路。折疊碼的特點是任何相鄰電平的碼組， 只有一位碼發(fā)生變化。其優(yōu)點是在譯碼過程中， 如果判決有誤， 樣值產(chǎn)生的誤差較小； 缺點是譯碼電路比較復(fù)雜， 需要轉(zhuǎn)換為自然二進(jìn)制碼后再譯碼。如果折疊碼在傳輸過程中出現(xiàn)誤碼， 那么同自然二進(jìn)制碼相比， 對小信號影響較小， 對大信號影響較大， 這是非常重要的， 因為話音信號小幅度出現(xiàn)的概率比大幅度出現(xiàn)的概率大。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 2. 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。在輸入信號變化范圍一定的情況下，碼位越多，量化分層就越細(xì)，量化過程中產(chǎn)生的噪聲就越小，通信質(zhì)量就越高。但碼位太多也會出現(xiàn)一些新的問題。一般情況下，采用 3到 4位編碼，就能達(dá)到人耳的辨別能力，就可以聽懂。當(dāng)編碼位數(shù)在 7位到 8位時，通信質(zhì)量相對來說就比較理想了，基本可以達(dá)到長途通話的話音質(zhì)量。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 在對話音信號的編碼中，我們采用 8位二進(jìn)制碼字對應(yīng)一個語音樣值的方法。現(xiàn)在結(jié)合 A律 13折線的編碼方法來說明。 A律 13折線編碼對信號樣值采用歸一化方法，先非均勻量化成 8個大段，再分別把 8個大段均勻量化成 16小段，然后再進(jìn)行編碼，如表 24所示。其中 : a1是極性碼，它表示樣值的正負(fù)極性。樣值為正值，則 a1為 1碼 ；樣值為負(fù)值，則 a1為 0碼。 a2a3a4是段落碼，表示該樣值位于 8個大段的哪個大段中。 a5a6a7a8是段內(nèi)電平碼，表示該樣值位于所在的大段落中的 16個小段的哪一小段。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 A律 13折線特性 PCM編碼 A律 13折線編碼常采用逐次比較反饋型非線性編碼的方法。學(xué)習(xí)這種編碼方式，要了解以下幾個方面的內(nèi)容。 1. 編碼過程 A律 13折線編碼主要分三步來進(jìn)行 : 首先，確定極性碼；其次，確定段落碼；最后，確定段內(nèi)碼。一個樣值信號可以編出 7位非線性碼和 1位極性碼，總共 8位碼。 8比特編碼的相關(guān)參數(shù)如表 25所示。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 PCM編碼方法首先要規(guī)定一些大小不等的判定值，即各段起始電平和段內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)權(quán)值電平，以便與抽樣值 (IS)進(jìn)行比較。那么這些判定值是如何確定的呢？ 1) 確定極性碼 極性碼是根據(jù)輸入信號的樣值的極性來確定的。當(dāng)IS≥0時， a1＝ 1碼；當(dāng) IS0時， a1＝ 0碼。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 2) 確定段落碼 A律 13折線編碼是采用歸一化方法將編碼電平范圍以量化段或量化級為單位，逐次對分，對分點的電平值即為判定值。具體的對分方法是 : 第一次對分點的電平值就是 a2碼判定值 IW2=128Δ。若 IS≥IW2，則 a2＝ 1， IS的電平屬于后 4段 (即 8段 )， 再將后 4段對分，其分段點的電平值就是 a3碼判定值 IW3； 如果 ISIW2，則 a2＝ 0， IS的電平屬于前 4段 (即 4段 )， 再將前 4段進(jìn)行對分，其分段點的電平值就是 a3碼判定值 IW3。如此類推，就可以確定 3位段落碼的判定值。由此可見， a2的狀態(tài)將決定后面碼位的判定值。段落碼碼字的判決過程如圖 212所示。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 圖 212 段落碼碼字的判決過程 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 3) 確定段內(nèi)碼 當(dāng)段落碼確定之后，接著確定出該量化段的起始電平和量化間隔 Δi，由此，我們可以得到標(biāo)準(zhǔn)權(quán)值電平 IW IWIW IW8，然后即可進(jìn)行段內(nèi)電平碼的判決，判決規(guī)則如下 : IW5=IB+8Δi 若 IS≥IW5， 則 a5=1； 若 ISIW5， 則 a5=0 IW6=IB+(8Δi)a5+4Δi 若 IS≥IW6， 則 a6=1； 若 ISIW6， 則 a6=0 IW7=IB+(8Δi)a5+(4Δi)a6+2Δi 若 IS≥IW7， 則 a7=1； 若 ISIW7，則 a7=0 IW8=IB+(8Δi)a5+(4Δi)a6+(2Δi)a7+Δi 若 IS≥IW8， 則 a8=1； 若 ISIW8， 則 a8=0 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 例 21 設(shè)輸入信號的抽樣值為 +998個量化單位，采用 13折線 A律特性編碼編出對應(yīng)的 8位碼字，并求出發(fā)送端在編碼過程中產(chǎn)生的量化誤差。 解： (1) 確定對應(yīng)的編碼碼字。 第一步 : 確定極性碼 a1。因為樣值是正極性，故 a1=1。 第二步 : 確定段落碼 a2a3a4。 因為 998Δ在 512Δ~1024Δ范圍內(nèi)，即第 7段，所以段落碼為 110。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 第三步 : 確定段內(nèi)碼 a5a6a7a8。 第 7段起始電平為 512Δ，段落間隔為 32Δ。 IW5=512Δ+8(32Δ)=768Δ IS=998Δ768Δ， a5=1 IW6=512Δ+8(32Δ)+4(32Δ)=896Δ IS=998Δ896Δ， a6=1 IW7=512Δ+8(32Δ)+4(32Δ)+2(32Δ)=960Δ IS=998Δ960Δ， a7=1 IW8=512Δ+8(32Δ)+4(32Δ)+2(32Δ)+32Δ=992Δ IS=998Δ992Δ， a8=1 所以對應(yīng)的編碼碼字為 11101111。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 (2) 求產(chǎn)生的量化誤差。 因為樣值電平為 998Δ，量化電平為 992Δ，所以發(fā)送端編碼過程中產(chǎn)生的量化誤差為 |998Δ－ 992Δ|=6Δ。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 2. 非線性碼與線性碼之間的關(guān)系 在 8位非線性編碼過程中，采用歸一化方法，將橫軸以1/2對折分成不均勻的 8段，然后再將每一段均勻地分成 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個量化級，所以可以根據(jù)均勻量化將每個抽樣值編成11位線性碼， 表 26所示為 11位線性碼的相關(guān)參數(shù)。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 將例 21中的 8位編碼輸出轉(zhuǎn)換成 11位線性碼為01111100000。另外值得注意的是， 采用這種編碼方式時，為了在解碼過程中盡量減小誤差， 解碼時在量化電平的基礎(chǔ)上加上 1/2個 Δi，所以相對應(yīng)的編碼輸出是 12位， 1/2個 Δi的權(quán)值位于 4位段內(nèi)碼之后，如例 21中若要求輸出的線性編碼是12位，則為 011111100000。故其樣值脈沖的幅度應(yīng)為 |PAM|＝ 512Δ＋ (1 8+1 4+1 2+1 1+1 1/2)Δ7 ＝ 512Δ＋ 32Δ＝ 1008Δ 即在接收端解碼輸出樣值脈沖為＋ 1008Δ。所以譯碼所恢復(fù)出來的 PAM信號與發(fā)送端的樣值信號相差 |1008Δ－ 998Δ| =10Δ，這就是由量化帶來的誤差，即接收端的誤差。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 逐次反饋型 PCM編碼器 PCM通信中常用的編碼器是逐次反饋型編碼器。前面已對逐次反饋型編碼的碼字判決過程及判定值的提供規(guī)律做了分析和介紹。逐次反饋型編碼器的原理框圖如圖 213所示。從圖中可以看出，它的基本電路結(jié)構(gòu)由極性判決電路、全波整流電路、保持電路、比較判決電路和非線性本地譯碼器等組成。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 圖 213 逐次反饋型編碼器的原理框圖 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 1. 工作過程 經(jīng)抽樣保持的 PAM信號分成兩路 : 一路送入極性判決電路，在 D1時刻進(jìn)行極性判決，并用 a1碼表示， a1＝ 1表示正極性， a1＝ 0表示負(fù)極性； 另一路經(jīng)全波整流送入比較電路，與本地譯碼器產(chǎn)生的權(quán)值進(jìn)行比較編碼。此過程是按時鐘脈沖 D2～ D8逐位進(jìn)行比較的， 根據(jù)比較結(jié)果形成a2～ a8 7位非線性碼。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 2. 各部分電路的作用 1) 極性判決電路 極性判決電路用來對輸入的 PAM樣值信號進(jìn)行極性判決。當(dāng)位時鐘脈沖 D1到來時，若輸入信號為正，則判決出 1碼； 若輸入信號為負(fù)， 則判決出 0碼。 2) 全波整流電路 整流電路的作用是將雙極性信號變成單極性信號，便于進(jìn)行折疊二進(jìn)制編碼。 3) 保持電路 在逐次反饋型編碼器進(jìn)行編碼的過程中，需要將樣值信號與權(quán)值信號比較 7次，在這 7次比較中，樣值的幅度必須保持不變。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 4) 比較判決電路 比較判決電路可以對輸入信號 IS進(jìn)行量化，并與本地譯碼電路輸出的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)值信號進(jìn)行比較，每比較一次就可以輸出一位碼。在位時鐘脈沖 D2～ D8的作用下，分別編出 a2～ a8 7位碼。在比較判決的過程中，當(dāng)樣值大于權(quán)值時，判決輸出 1碼；當(dāng)樣值小于權(quán)值時，判決輸出 0碼。 5) 非線性本地譯碼器 非線性本地譯碼器的作用是將極性碼以外的 a2～ a8 7位碼逐位反饋，經(jīng)串 /并變換，記憶為 M1～ M7，再將 M1～M7(7位非線性碼 )經(jīng) 7/11變換電路變換為相應(yīng)的 11位線性碼B1～ B11，然后經(jīng)過 11位的線性解碼網(wǎng)絡(luò) (恒流源 )解碼，即可輸出相應(yīng)的權(quán)值信號。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 PCM解碼器 解碼是編碼的逆過程，它的任務(wù)是將接收到的 PCM數(shù)字碼流還原成幅度受調(diào)制的脈沖信號，也就是重建 PAM樣值信號，然后再利用低通濾波器恢復(fù)成原來的模擬信號。所以，解碼過程也是數(shù) /模轉(zhuǎn)換的過程 (即 D/A轉(zhuǎn)換 )。具有解碼功能的電路叫做解碼器。常用的單路解碼器有加權(quán)網(wǎng)絡(luò)型、級聯(lián)型和混合型三種。 1) 單路解碼器的工作原理 下面以加權(quán)網(wǎng)絡(luò)型解碼器為例來說明解碼器的工作原理。圖 214所示為加權(quán)網(wǎng)絡(luò)型解碼器的工作原理框圖。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 圖 214 加權(quán)網(wǎng)絡(luò)型解碼器工作原理框圖 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 接收到的 PCM串行碼通過串 /并變換記憶電路變?yōu)椴⑿写a，并由記憶電路記憶，通過 7/12變換電路、寄存讀出電路和 12位線性解碼電路輸出相應(yīng)的 PAM量化信號。從圖 214 可以看出，加權(quán)網(wǎng)絡(luò)型解碼器和逐次漸近型編碼器電路的主要部分基本相似，但又有所不同，不同之處有以下三點 : (1) 加權(quán)網(wǎng)絡(luò)型解碼器增加了極性控制部分。根據(jù)接收到的 PCM信號中的極性碼 a1 是“ 1”還是“ 0”來判別 PAM信號的極性。極性碼的狀態(tài)記憶在寄存器 C1中，由 C1＝“ 1”或 C1=“0”來控制極性控制電路，使解碼后的 PAM信號的極性得以恢復(fù)成與發(fā)送端相同的極性。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 (2) 數(shù)字?jǐn)U張部分由 7/11變換變?yōu)?7/12變換。該解碼器采用線性解碼網(wǎng)絡(luò)，需要將非線性碼變換成線性碼。為了保證接收端解碼后的量化誤差不超過 (1/2)Δi，在接收端應(yīng)加入 (1/2)Δi的補差項，所以要進(jìn)行 7/12變換，最后由變換后的線性碼 B1～ B12來控制 12位線性解碼網(wǎng)絡(luò)。 (3) 增加了讀出控制電路。圖 214中的寄存讀出是接收端解碼器特有的。它的作用是把經(jīng) 7/12變換后的 B1～ B12碼存入寄存器中，在要求解碼輸出的時刻再送入線性解碼網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行解碼。 第 2章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼 2. 單片集成 PCM編 /解碼器 脈沖編碼調(diào)制技術(shù)已