【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 號(hào)的量化信噪比大。 μ?21 量化 均勻量化的缺點(diǎn)：均勻量化方式對(duì)傳輸大信號(hào)極為有利，對(duì)傳輸小信號(hào)不利。 ? 語(yǔ)聲信號(hào)的幅度分布特性為：大信號(hào)出現(xiàn)的概率小，小信號(hào)出現(xiàn)的概率大； ? 因此，均勻量化對(duì)傳輸語(yǔ)聲信號(hào)是不利的。 ? 具體表現(xiàn)是通話時(shí)聲音越小時(shí)，傳到對(duì)方越小甚至被噪聲所淹沒(méi)。 解決上述問(wèn)題的方法 減小量化間隔，增大量化級(jí)數(shù) 將量化區(qū)間分得更細(xì)一些，即△ u要小，量化分層數(shù) N要多。于是編碼位數(shù)就會(huì)相應(yīng)增加，結(jié)果將導(dǎo)致編碼及編碼器復(fù)雜，信道利用率降低。 編碼復(fù)雜 信道利用率下降 非均勻量化 量化 量化 （ 2）非均勻量化 ①非均勻量化的目的、思想 目的： 減小小信號(hào)時(shí)的量化誤差，提高小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。 — 使信噪比趨于一致。 ?由最大相對(duì)量化誤差公式： ?產(chǎn)生均勻量化的 “ 小信號(hào)量化信噪比小 ” 現(xiàn)象的原因：是由均勻量化時(shí)的量化間隔△ u是固定值，它不隨信號(hào)幅度的變化而變化。 ?故小信號(hào)時(shí)相對(duì)量化誤差大，大信號(hào)時(shí)相對(duì)量化誤差小。 △ u x 樣值12 思想： ? 信號(hào)幅度區(qū)間小時(shí)，量化間隔△ u小些，即分層細(xì)一些； ? 信號(hào)幅度區(qū)間大時(shí)，量化間隔△ u大些，即分層粗一些； ? 以使大小信號(hào)相對(duì)量化誤差（量化信噪比）趨于一致。 量化 ②非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法： 模擬壓擴(kuò)法 數(shù)字壓擴(kuò)法 ? 采用 壓縮擴(kuò)張技術(shù) 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)抽樣信號(hào)非均勻量化。 量化 壓縮擴(kuò)張技術(shù)基本原理： 由最大相對(duì)量化誤差公式 ： 為達(dá)到使大小信號(hào)量化信噪比趨于一致的目的，可采取一種等效途徑： 首先通過(guò)人為變換，對(duì)樣值進(jìn)行處理 χ→ y， 即 以增大小信號(hào)樣值，減小大信號(hào)的樣值。 然后再對(duì)處理后的 y樣值區(qū)間進(jìn)行均勻量化以保證量化間隔△ u′ 一致（△ u變?yōu)椤?u′ ）。 達(dá)到大小信號(hào)量化信噪比趨于一致的目的。 △ u x 樣值12 量化 量化 壓縮器與擴(kuò)張器的工作特性： 壓縮器工作特性： y=f(x)， 壓縮大信號(hào)，擴(kuò)張小信號(hào)。 量化 在發(fā)送端通過(guò)壓縮器人為完成了抽樣信號(hào)的處理，在接收端必須有與壓縮器相反功能的電路以恢復(fù)原來(lái)抽樣信號(hào) χ ，此電路稱(chēng)為 擴(kuò)張器 。 擴(kuò)張器工作特性： x=f1(y)， 擴(kuò)張大信號(hào)，壓縮小信號(hào)。 量化 壓縮擴(kuò)張技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法 ： 將抽樣值通過(guò)壓縮再進(jìn)行 均勻量化 。 量化 ? 具體如何通過(guò)壓縮擴(kuò)張來(lái)實(shí)現(xiàn)非均勻量化思想，經(jīng)壓縮處理，再均勻量化后對(duì)小信號(hào)量化信噪比的改善情況又如何？ 參見(jiàn)圖（ b）， 小信號(hào)抽樣值 A在送入壓縮器前，處在 第 1量化級(jí) 的，而經(jīng)過(guò)壓縮器后，跳到了 第 5量化級(jí) 。這意味著經(jīng)過(guò)壓縮器后對(duì)小信號(hào)抽樣值而言， 分層數(shù) N增加了 5倍 ，因而小信號(hào)的信噪比提高了； ? 最大相對(duì)量化誤差：壓縮處理前： 壓縮處理后： ＝ 10％ 大信號(hào)抽樣值 B， 則在壓縮器前后，變化（或壓縮）了兩個(gè)量化級(jí)，即由 第 11級(jí) 壓縮到 第 9級(jí) ，它相當(dāng)于對(duì)大信號(hào)抽樣值的分層更粗糙了。 ? 最大相對(duì)量化誤差：壓縮處理前： ＝ ％ 壓縮處理后： ＝ ％ 量化 ? 說(shuō)明： ? 采用非均勻量化后，小信號(hào)的信噪比大大提高，大信號(hào)的信噪比有所下降。 ? 但大信號(hào)出現(xiàn)的概率小，小信號(hào)出現(xiàn)的概率大，故總的信噪比提高了。 壓縮處理后，再對(duì) y均勻量化等效于對(duì) x非均勻量化 因此，壓縮器的功能，加上均勻量化的功能，等效于非均勻量化。 壓縮處理 +均勻量化 =非均勻量化 量化 結(jié)論： 壓擴(kuò)特性 為使量化噪聲最小，應(yīng)選擇最佳的壓縮器和擴(kuò)張器工作特性，基于對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的大量統(tǒng)計(jì)和研究，國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（ CCITT） 建議采用兩種近似于對(duì)數(shù)函數(shù)的壓擴(kuò)特性。 一種是以 μ 作為參數(shù)的壓縮特性， 稱(chēng) μ 律壓縮特性。 μ律壓縮特性具體表示式： ln(1+ μ x)ln(1+ μ )y=0≤ x≤ 1μ =255其中壓縮參數(shù)31式 量化 另一種是以 A作為參數(shù)的壓縮特性，叫 A律壓縮特性。 A律壓縮特性：（具體表達(dá)式） 3２式 這兩種壓縮特性都具有對(duì)數(shù)特性且通過(guò)原點(diǎn)呈中心對(duì)稱(chēng)的曲線，接近于最佳特性，并容易進(jìn)行二進(jìn)制編碼。 A=Ax1+lnA1+lnAx1+lnA1A≤≤0≤1A≤ 1y ＝XX 量化 1）模擬壓擴(kuò)法 電路實(shí)現(xiàn)方法： 早期采用伏 — 安特性完全一致的一對(duì)二極管，分別作為 壓縮器和擴(kuò)張器 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 ? 因由 31式和 32式所決定的 μ 律和 A律壓擴(kuò)特性，是均勻連續(xù)變化的曲線 ，它們可用二極管的非線特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。 模擬壓擴(kuò)法中，用二極管組成的壓縮器和擴(kuò)張器有以下兩個(gè)缺點(diǎn)： ? 第一 ， 選擇特性完全一致的二極管比較因難； ? 第二 ， 二級(jí)管的溫度特性很差 ， 極易受溫度變化的影響 ， 這樣很難保證壓縮和擴(kuò)張效果的一致性 。 量化 量化 2）數(shù)字壓擴(kuò)法 目前已采用由若干段直線組成的折線來(lái)逼近 μ 律和 A律壓擴(kuò)特性 。 由于折線壓擴(kuò)特性 ， 可以用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 因而獲得了廣泛的應(yīng)用 。 目前數(shù)字壓擴(kuò)特性國(guó)際上有兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)： A律十三折線壓擴(kuò)特性 （近似于 A=) 13折線 A律主要用于英、法、德等歐洲各國(guó)的 PCM設(shè)備中， 我國(guó)也采用 A律13折線。 μ 律十五折線壓擴(kuò)特性 (近似于 μ =255) 15折線 μ 律主要用于美國(guó)、日本和加拿大等國(guó)的 PCM設(shè)備中。 量化 量化 ? 13折線 A律壓擴(kuò)曲線 量化 A律 13折線的生成： 13折線 A律是從非均勻量化的基點(diǎn)出發(fā)，設(shè)法用許多折線來(lái)逼近 A律對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性的。 設(shè)在直角坐標(biāo)系中， x軸和 y軸分別表示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，并假定輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的最大取值范圍都是＋ 1～－ 1，即都是歸一化的。 ?歸一化的壓縮器輸入電壓 ? x=壓縮器的輸入電壓 /壓縮器可能的最大輸入電壓 ?歸一化的壓縮器輸出電壓 ?y =壓縮器的輸出電壓 /壓縮器可能的最大輸出電壓 量化 段號(hào) 輸入信號(hào) x=（ 1～ 1） 區(qū)間長(zhǎng)度 LX 8 7 6 5 4 3 2 1 [1/2， 1] [1/4， 1/2] [1/8， 1/4] [1/16， 1/8] [1/32， 1/16] [1/64， 1/32] [1/128， 1/64] [0， 1/128] 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/128 為達(dá)到非均勻量化的目的， A律 13折線分兩步生成： 第一步 ，把 x軸的區(qū)間［－ 1， 1］不均勻地分成 16大段，正半軸 8大段，負(fù)半軸 8大段。 量化 量化 第二步 ，將以上 8個(gè)不均勻大段的每一段，再均勻地分成 16等份，每一等份代表一個(gè)量化級(jí)。 量化 因此 ， 將 x軸的 0～ 1的變化域分成了16 8＝ 128個(gè)非均勻量化級(jí) ， 以使輸入信號(hào)的抽樣值進(jìn)行非均勻量化； 另外 ， 對(duì) x軸也作同樣的分段處理 ， 則 x軸坐標(biāo)共有 256個(gè)非均勻量化級(jí) 。 對(duì)于 y（ 或 y） 軸的 0～ 1的變化域被均勻地分成 8大段 ，