【文章內(nèi)容簡介】 利于減小語音信號(hào)的平均量化噪聲.13折線法中采用的折疊碼實(shí)際有8位，即用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣量化電平。第一位c1表示量化值極性正負(fù)。后7位分為段落碼和段內(nèi)碼兩部分，用于表示量化值的絕對(duì)值(即c2 c3 …c7大小表示量化的值) 。第2至4位(c2 c3 c4)是段落碼，共計(jì)3位，有8種可能狀態(tài)　來分別表示8個(gè)段落的段落電平(斜率)；其它4位(c5 ~ c8)為段內(nèi)碼，表示每一段落內(nèi)的16種量化電平。段內(nèi)碼代表的16個(gè)量化電平是均勻劃分的。段落碼與段內(nèi)碼合在一起構(gòu)成的7位碼總共能表示27 ＝ 128種量化值。這種編碼方式是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。 8位非線性編碼的碼組結(jié)構(gòu)極性碼段落碼段內(nèi)碼其中，第1位碼的數(shù)值“1”或“0”分別代表信號(hào)的正、負(fù)極性，稱為極性碼。從折疊二進(jìn)制碼的規(guī)律可知，對(duì)于兩個(gè)極性不同，但絕對(duì)值相同的樣值脈沖，用折疊碼表示時(shí)，除極性碼不同外，其余幾位碼是完全一樣的。因此在編碼過程中，只要將樣值脈沖的極性判出后，編碼器便是以樣值脈沖的絕對(duì)值進(jìn)行量化和輸出碼組的。這樣只要考慮13折線中對(duì)應(yīng)于正輸入信號(hào)的8段折線就行了。這8段折線共包含128個(gè)量化級(jí)，正好用剩下的7位碼()就能表示出來。 段落碼段落序號(hào)段落碼段落范圍(量化單位)811110242048711051210246101256512510012825640115412830103264200116321000016 段內(nèi)碼量化間隔段內(nèi)碼量化間隔段內(nèi)碼15111170111141110601101311015010112110040100111011300111010102001091001100018100000000在仿真編碼時(shí)，先確定極性碼z=sign(y)；再采用逐次比較的辦法，確定段落碼；最后，由量化間隔與段落起點(diǎn)電平的差值來確定段內(nèi)碼。實(shí)現(xiàn)PCM編碼的matlab程序請(qǐng)查看附錄。綜上所述,編碼程序算法流程圖如下:抽樣信號(hào)C1=1?C1=0m128?C2=1?m512?C3=1?m1024?C4=1C4=0C4=1C4=1C3=0?m256?C2=0m32?C3=0?C3=1?m1024?m16?C4=1C4=0C4=1C1C2C3C4C5C6C7C8編碼結(jié)束段落起點(diǎn)電平與段內(nèi)量化間隔確定段內(nèi)碼 所在碼段：DuanluoN = (C2C3C4) + 1C4=0是是是是是是是是否否否否否否否否 編碼算法程序流程圖 編碼算法程序流程圖 譯碼對(duì)于輸入的PCM信號(hào)，可以看成有限個(gè)數(shù)字碼組，每個(gè)碼組由八位碼元構(gòu)成，分別是，譯碼時(shí)，先由段落碼確定編碼所在段落，確定段落起點(diǎn)電平和量化間隔，由段落起點(diǎn)電平加上段內(nèi)碼與相應(yīng)量化間隔的乘積之和，即得到了抽樣信號(hào)的絕對(duì)值，再由極性碼來確定抽樣值的正負(fù)號(hào)： （1）確定段落碼DuanluoN(i)：即段落碼為bin2dec(num2str(f(i,2:4))) + 1。（2）確定量化單位LianghuaDanweiN(i)： 即量化單位由PAM信號(hào)后四位確定 bin2dec(num2str(f(i,5:8)))。（3）則可以求的譯碼值Signal_trans(i) ：即符號(hào)位（sign1 ）* (起點(diǎn)電平（Mark(i)） +量化值（ Lianghuazhi(i)） * 量化單位（LianghuaDanweiN(i)）)。譯碼算法matlab的實(shí)現(xiàn)：function code=pcmdecode(f)QidianDianping = [0,16,32,64,128,256,512,1024]。 %段落起點(diǎn)電平LianghuaJiange = [1,1,2,4,8,16,32,64]。 %各段落量化間隔len=length(f)。LianghuaDanweiN = zeros(1,len)。Lianghuazhi = zeros(1,len)。Mark = zeros(1,len)。Signal_trans = zeros(1,len)。for i = 1:lenDuanluoN(i) = bin2dec(num2str(f(i,2:4))) + 1。LianghuaDanweiN(i) = bin2dec(num2str(f(i,5:8)))。Mark(i) = QidianDianping(DuanluoN(i))。Lianghuazhi(i) = LianghuaJiange(DuanluoN(i))。sign = 1。if(f(i,1) == 0)sign = 1。endSignal_trans(i)=sign*(Mark(i)+Lianghuazhi(i)* LianghuaDanweiN(i))。endfor i = 1:lenSignal_trans(i) = Signal_trans(i)/2048。% Signal_trans(i) = 10 * (Signal_trans(i)/2048)。endcode=Signal_trans。譯碼算法流程圖如下圖：給定碼組C1C2C3C4C5C6C7C8C1=1?Sign=+1Sign=1段落碼和段落間隔段起點(diǎn)電平及段內(nèi)量化值m=sign*(段起點(diǎn)電平+段內(nèi)量化值)結(jié)束 譯碼程序算法流程圖 PCM處理過程的其他步驟由圖31所示,在整個(gè)PCM處理過程中,除了抽樣、量化和編碼還有碼型轉(zhuǎn)換、噪聲干擾以及低通濾波，這3個(gè)過程在語音信號(hào)處理過程中是必不可少的，但是在本文中，由于不是本文所要研究的內(nèi)容，這里僅作簡單的介紹。（1）碼型轉(zhuǎn)換碼型轉(zhuǎn)換,即信道編碼, 是為了與信道的統(tǒng)計(jì)特性相匹配，并區(qū)分通路和提高通信的可靠性，而在信源編碼的基礎(chǔ)上，按一定規(guī)律加入一些新的監(jiān)督碼元，以實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)的編碼。在PCM編碼后的碼組因信道存在干擾而會(huì)出現(xiàn)較大的誤差,因此不適合在信道中傳輸,因此需將二進(jìn)制碼組進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,提高傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性。信道編碼包括包括分組碼、卷積碼、Turbo碼、交織及擾碼，本仿真程序使用雙極性歸零碼模擬信道傳輸。（2）信道干擾噪聲以及濾波信道中不可避免存在噪聲，因此也就不可避免的存在誤碼，本文在仿真碼型傳輸時(shí)，加入適當(dāng)隨機(jī)二進(jìn)制碼，使其適當(dāng)產(chǎn)生誤碼，模擬信道噪聲的干擾。由于噪聲的加入，而噪聲的頻譜多在高頻部分，有用的聲音信號(hào)都在低頻部分，如30Hz3000Hz處，利用這個(gè)原理使用低通濾波器進(jìn)行濾波，濾除噪聲信號(hào)，還原出原始信號(hào)。由于這些過程不是本文所研究的內(nèi)容，這里就不在過多介紹，但是在仿真中是絕對(duì)不可少的，具體原因會(huì)在以下算例分析中予以解說。 PCM系統(tǒng)中噪聲的影響 PCM系統(tǒng)中的噪聲有兩種：加性噪聲和量化噪聲(1)加性噪聲的影響錯(cuò)碼分析：一般只需考慮在碼組中有一位錯(cuò)碼的情況，這因在同一碼組中出現(xiàn)兩個(gè)以上錯(cuò)碼的概率非常小，可以忽略。例如，當(dāng)誤碼率為Pe = 104時(shí)(每個(gè)碼元的平均誤碼)，在一個(gè)8位碼組中出現(xiàn)一位錯(cuò)碼的概率為P1 = 8Pe ＝8 180。 104，而出現(xiàn)2位錯(cuò)碼的概率為僅討論高斯加性白噪聲對(duì)均勻量化的自然碼的影響?？烧J(rèn)為碼組中出現(xiàn)的錯(cuò)碼是彼此獨(dú)立的和均勻分布的。設(shè)碼組長度為N 位，誤碼率為Pe，可證信噪比為： （）在大信噪比條件下，即當(dāng)22(N+1)Pe 1時(shí)，上式變成S / N =22N。在小信噪比條件下，即當(dāng)22(N+1)Pe 1時(shí)，上式變成S / N =1/(4Pe) (2)量化噪聲的影響還可求出輸出信號(hào)量噪比等于 ： （）Nq為經(jīng)過低通濾波器后，輸出的量化噪聲功率。上式表明：PCM系統(tǒng)的輸出信號(hào)量噪比僅和編碼位數(shù)N有關(guān)，且隨N按指數(shù)規(guī)律增大。另一方面，對(duì)于一個(gè)頻帶限制在fH的低通信號(hào)，按照抽樣定理，要求抽樣速率不低于每秒2fH次(碼元速率)。對(duì)于PCM系統(tǒng)，這相當(dāng)于要求傳輸速率至少為2NfH(信息速率) (b/s)。故要求系統(tǒng)帶寬B至少等于NfH (Hz)。因此 （）表明：當(dāng)?shù)屯ㄐ盘?hào)最高頻率fH給定時(shí)，PCM系統(tǒng)的輸出信號(hào)量噪比隨系統(tǒng)的帶寬B按指數(shù)規(guī)律增長。 3 算例分析以上我們對(duì)脈沖編碼調(diào)制（PCM）原理做了詳細(xì)的理論闡述，對(duì)脈沖編碼調(diào)制（PCM）的抽樣、下面我們對(duì)脈沖編碼調(diào)制（PCM）部分特性做定量的分析和定性的分析，這里我們選用一正弦信號(hào)x=sin(4*t)以及語音信號(hào)handle作為研究對(duì)象，該正弦信號(hào)簡單，抽樣頻率很小，可以使我們清晰地看到各個(gè)抽樣、量化、編碼以及譯碼過程的波形差異，對(duì)認(rèn)識(shí)該脈沖編碼調(diào)制（PCM）原理有很大的幫助；由于脈沖編碼調(diào)制（PCM）主要面向電話語音信號(hào)，這里對(duì)該語音信號(hào)的分析，有助于我們理解語音信號(hào)在傳播以及轉(zhuǎn)換過程中的狀態(tài)，最后生成新的語音文件，通過比較編碼前后的語音文件，加深我們對(duì)脈沖編碼調(diào)制的理解。在定性分析中，我們知道量噪比是脈沖編碼調(diào)制（PCM）中最重要的特征之一，為了更好說明消噪效果我們引入量噪比SNR 量噪比SNR公式： （）（是原信號(hào) ，量化值）前面講過，量噪比是用信號(hào)功率與量化噪聲之比（簡稱信號(hào)量噪比）來衡量此誤差對(duì)信號(hào)影響的大小。對(duì)于給定的信號(hào)最大幅度，量化電平數(shù)愈多，量化噪聲愈小，信號(hào)量噪比就越高。且量化分均勻量化和非均勻量化，我們已知均勻量化的理論量噪比公式：非均勻量化的理論量噪比為 （）式中：分別為按量化器過載值歸一化的輸入輸出值，為壓縮特性的斜率。為歸一化的模擬信號(hào)的概率密度分布。我們對(duì)正弦信號(hào)x=sin(4*t)，探究非均勻量化與均勻量化量噪比；以下是這兩種信號(hào)基本信號(hào)信息： 正弦信號(hào)與語音信號(hào)基本信息正弦信號(hào)x=sin(4*t)語音信號(hào)波形基本信息ts=。t=t0/2:ts:t0/2。x=sin(4*t)。原文件大小：78