基于matlab的pcm編譯碼器的實現(xiàn)(編輯修改稿)
2025-12-13 21:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖 2 A 律對數(shù)壓縮特性 2． 2 對數(shù)壓縮特性的折線近似 理想的 A 律早期是用二極管的非線形來實現(xiàn)的，但由于二極管的一致性不好，因此很難保證壓縮特性的一致性與穩(wěn)定性，同時也很難做到壓縮特性與擴(kuò)張?zhí)匦韵嗥ヅ?，在實際系統(tǒng)中常采用折線的方法來近似對數(shù)壓縮特性，按原 CCITT建議，對語音信號的 PCM 編碼采用 13 折線的方法來逼近 A 律壓縮特性。 13 折線的形狀如圖 3 所示，圖中 X 表示歸一化的輸入信號， Y 表示歸一化的輸出信號。 圖 3 13 折線產(chǎn)生的方法 13 折線的產(chǎn)生過程分為以下三步。 第一步，把 X 劃分為不均勻的 8 段，第一分點取在 1/2 處，第二分點取在1/4 處，以后每個分點都取在剩余段的 1/2 處，直到 1/128 處，這樣就將 X 軸分成了不均勻的 8 段 。 第二步，把 y 軸均勻地分成 8 段，分別為：第 1 段 0~1/8，第 2 段 1/8~2/8，第三段 2/8~3/8， 第八段 7/8~1。 第三步，用直線將原點與 各 坐標(biāo)點 依次相連， 得到 8 段直線連成的折線。各段直線的斜率 k 分別為：第一段 k1=k2=128/1 8/1=16,第三段 k3=64/18/1=8，同理可得第四段 k4=4， k5=2， k6=1， k7= 21 ，第 8 段 k8=1/4。由于第一段和第二段的斜率相同，都為 16，所以實際上只有 7 段直線。當(dāng)輸入信號為負(fù)時，壓縮特性對原點奇對稱，因此在第三象限中還有 7 段直線。由于負(fù)方向的第 1 段和第 2段直線的斜率相同，因而，正負(fù)雙向折線實際上由 13 段直線組成，故稱其為 13折線。 下面考察 13 折線與 A 律壓縮特性曲線的近似程度，由式 y= AAxln1? ,可求出該段直線的斜率為 k’=dxdy = AAln1? ，將 A= 帶入此式，可得 k’≈16,該值與 13折線正方向第 1 段直線的斜率相同。故我們認(rèn)為 13 折線與 A= 的 A 律壓縮特性曲線最為逼近。因此， 13 折線也稱為 A= 的 13 折線 . 2． 3 非均勻量化過程 有了 13 折線之后，量化是通過對輸出信號 y 均勻地分層實現(xiàn)的在 y 軸被均勻分成 8 份的基礎(chǔ)上，再將每段均勻地分成 16 等份，這樣輸出的信號共有816=128 個均勻 量化級。由 13 折線的對應(yīng)關(guān)系可以看出，輸出信號 y 的均勻量化對應(yīng)到輸入信號 x 是非均勻量化的，即對輸入信號不均勻的 8 段的每段也均勻地分成了 16 等份共 816=128 個量化級。但這 128 個量化級是不均勻的，小信號時，量化臺階小；大信號時量化臺階大。最小的是第 1 段的長度是歸一化值的1/128，再將它等分為 16 段，故量化臺階為 △ =1/1281/16=1/2048；第二段長度與第 1 段的相同，因而第 2 段的量化臺階與第 1 段相同，為 △ = 20481 ；第三段的量化臺階為 △ =1/641/16=1/1024；第四段的量化臺階為 △ =1/512； 第 8 段為 1/32。 3． PCM編碼原理 模擬信號經(jīng)抽樣、量化后變成了離散的數(shù)字信號，但它是多電平（多進(jìn)制）數(shù)字信號，這種多電平數(shù)字信號是不適合在信道中直接傳送的。因此，還必須將這些多進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)亩M(jìn)制信號。一般來說， PCM編碼多采用折疊二進(jìn)制碼，折疊二進(jìn)制碼 左邊第一位表示信號的極性，后面幾項表示信號的幅度。這里用 “1”表示正極性，用 “0”表示負(fù)極性。折疊碼的特點是碼組的上半部分和下半部分除極性外，呈倒影關(guān)系，這相當(dāng)于相 對零電平對稱折疊。因此，當(dāng)信號幅度的絕對值相同時，折疊碼組除第 1 位外都相同。也就是說，用第一位碼表示極性后，雙極性信號可以采用單極性編碼方法，從而可以大為簡化編碼過程。折疊碼的另一個優(yōu)點是誤碼對小信號的影響較小，這對語音信號編碼十分有利，因為語音信號出現(xiàn)小信號的概率大。 按原 CCITT 建議，對語音信號來說，采用 A 律 13 折線 PCM 編碼時，量化分層數(shù) L=2128=258=2^8,因此語音信號 PCM 編碼時需要的碼位數(shù) N=8. 在實際的 PCM 編碼系統(tǒng)中 ,常采用逐位比較反饋型編碼器 ,在編第一位碼時 ,將樣值脈沖與整 個信號電平的一半進(jìn)行比較 ,編第二位碼時 ,將樣值脈沖與整個電平的四分之一進(jìn)行比較 ,依次下去編出 N 位碼組 . 對語音信號來說 ,編碼器的任務(wù)就是根據(jù)輸入的樣值脈沖輸出相應(yīng)的 8 位二進(jìn)制碼字 位二進(jìn)制碼一般按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列 ,具體的編碼過程如下 : D1： 極性碼 。 當(dāng)樣值脈沖為正值時 ,D1 編為 ”1”碼 。當(dāng)樣值脈沖為負(fù)時 ,D1 編為 ”0”碼 . D2D3D4： 段落碼 。 由前面討論的 13 折線壓縮特性曲線看出，對輸入信號 x來說，正部分有 8 個不均勻段落，可用 3 位二進(jìn)制碼表示，下表列出了段 落碼與段落號之間的關(guān)系，各段以最小量化臺階 △ =20481 為起始的電平和各段落量化臺階與最小量化臺階 △ 的關(guān)系。當(dāng)樣值給定時，可由各段起始電平值確定樣值屬于哪一段，確定后就用該段的段落碼表示。 段落號 1 2 3 4 5 6 7 8 段落碼（ D2 D3D4） 000 001 010 011 100 101 110 111 起始電平（以 △ 為單位） 0 16 32 64 128 256 512 1024 各段量化臺階與 △ 的比值 1 1 2 4 8 16 32 64 D5D6D7D8：段內(nèi)碼，又稱為電平碼。由于每段均勻分成 16 等級，故每級可用 4 位二進(jìn)制碼表示，編碼時將輸入信號的抽樣值量化到 16 個量化級中的某一級上，然后就用該級的電平表示。 在給出了編碼規(guī)則后，再來看一下逐位比較反饋型編碼器的編碼過程，逐位比較反饋型編碼器包括：極性判別、整流、保持電路、 7—11 位碼變換電路及記憶電路。如圖 4 所示： 圖 4 逐位比較反饋型編碼器原理框圖 極性判決電路用來判別輸入樣值脈沖的極性，樣值為正編 “1”碼，
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