基于matlab的pcm系統(tǒng)仿真(編輯修改稿)
2024-12-13 21:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 上離散、幅度上離散、及量化信號的二進(jìn)制表示。根據(jù) CCITT 的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為 A 律和 ? 律方式，本設(shè)計(jì)采用了 A律方式。 由于 A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13折線法編碼，采用非均勻量化 PCM 編碼示意圖如圖 1所示。 話音輸入 低通濾波 瞬時壓縮 抽 樣 量 化 編 碼 信 道 再 生 解 碼 解 調(diào) 瞬時擴(kuò)張 低通濾波 話音輸出 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 MATLAB 課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖 1 PCM 原理框圖 抽樣 所謂抽樣，就是對模擬信號進(jìn)行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。 在一個頻帶限制在 (0, )hf 內(nèi)的時間連續(xù)信號 ()ft ，如果以 1/2hf 的時間間隔對它進(jìn)行抽樣，那么根據(jù)這些抽樣值就能完全恢復(fù)原信號。或者說，如果一個連續(xù)信號 ()ft 的頻譜中最高頻率不超過 hf ，當(dāng)抽樣頻率 2shff? 時，抽樣后的信號就包含原連續(xù)的全部信息。抽樣定理在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意在抽樣前后模擬信號進(jìn)行濾波，把高于二分之一抽樣頻率的頻率濾掉。這是抽樣中必不可少的步驟。 量化 從數(shù)學(xué)上來看，量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖 2 所示，量化器 Q 輸出 L 個量化值 ky ， Lk ,3,2,1 ?? 。 ky 常稱為重建電平或量化電平。當(dāng)量化器輸入信號幅度 x 落在 kx 與 1?kx 之間時，量化器輸出電平為ky 。這個量化過程可以表達(dá)為： ,}{)( 1 kkk yxxxQxQy ????? ? Lk ,3,2,1 ?? （ 1） 這里 kx 稱為分層電平。通常： kkk xx ??? ?1 （ 2） 其中 k? 稱為量化間隔。 模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點(diǎn)是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號 ()mt 較小時，則信號量化噪聲功率比也就很小，這樣，對于弱信號時的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號取值范圍定義為動態(tài)范圍，可見，均勻量化時的信號動態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。 非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對于信號取值小的區(qū)間，其量化間隔 v? 也小；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 MATLAB 課程設(shè)計(jì)說明書 8 實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對數(shù)壓縮律是 ? 壓縮律和 A壓縮律。美國采用 ? 壓縮律，我國和歐洲各國均采用 A 壓縮律，因此， PCM 編碼方式采用的也是 A壓縮律。模擬信號的量化過程如圖 2所示 圖 2 模擬信號的量化 編碼 所謂編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。 在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合 13 折線的量化來加以說明。 在 13 折線法中，無論輸入信號是正是負(fù)，均按 8段折線（ 8個段落）進(jìn)行編碼。若用 8 位折 疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的 8種可能狀態(tài)來分別代表 8 個段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的 16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的 16個均勻劃分的量化級。這樣處理的結(jié)果， 8個段落被劃分成 128 個量化級。段
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