【正文】 PCM 編碼和 CVSD 編碼的基本原理及其異同。 2. 了解語音傳輸（ SCO 鏈路）與數(shù)據(jù)傳輸（ ACL 鏈路）的異同。 3. 了解隨機錯誤和突發(fā)錯誤對傳輸?shù)挠绊憽? 二．實驗設(shè)備與軟件環(huán)境 本實驗每兩人為一組，每臺軟、硬件配置相同。 硬件： PC機一臺，帶語音功能的藍牙模塊，串口電纜，耳機話筒。 軟件： Windows 2021 或 Windows 操作系統(tǒng)， TTP局域網(wǎng)語音傳輸實驗軟件。 三．實驗內(nèi)容 1. 脈沖編碼調(diào)制（線性、 A律 PCM）。 2. 連續(xù)可變斜律增量（ CVSD）調(diào)制原理。 3. 隨機錯誤和突發(fā)錯誤的觀察分析。 4. 藍牙設(shè)備的 ACL鏈路和 SCO鏈路分析。 5. 藍牙設(shè)備的身份切換。 6. 藍牙設(shè)備的內(nèi)部通話與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鬟^程。 7. 根據(jù) A律 PCM和 CVSD的編碼原理進行自己編程。 四．實驗要求 1. 記錄線性 PCM、 A律 PCM和 CVSD在相同參數(shù)下的量化編碼 。 2. 畫出線性 PCM、 A律 PCM和 CVSD 在相同隨機錯誤與突發(fā)錯誤參數(shù)下得譯碼后波形并加以比較 。 3. 分別畫出同一種語音編碼方式在不同采樣頻率和相同隨機錯誤與突發(fā)錯誤參數(shù)下的譯碼后波形 ，并加以比較 。 4. 記錄藍牙建立和斷開語音鏈路的過程 。 5. 寫出自己進行 A律 PCM和 CVSD的編程程序。 語音傳輸實驗 35 五．實驗原理 1. 基帶信號編碼的基本原理 1）線性 PCM 編碼的基本原理 PCM 編碼是將模擬信號變換為數(shù)字信號廣泛應(yīng)用的一種方法，其處理具體包括抽樣、量化和編碼。對于即將量化的信號，將其劃分為 M 個量化電平，每個量化電平用一個 N 位的二進制碼來表示，一般 N2M? 。如果是均勻量化的 PCM編碼，則稱為線性 PCM編碼。 2） A 律 PCM 編碼的基本原理 A 律 13 折線 PCM 編碼是一種非均勻量化編碼方法，其量化間隔隨輸入信號幅度的變化而變化。當輸入信號幅度小時，量化間隔劃分的較小；當輸入信號幅度大時，量化間隔劃分的大。當信號分布不均勻、編碼位數(shù)一定的情況下常采用這種方法，犧牲大信號的量化信噪比，以提高小信號的量化信噪比，從而獲得較好的小信號接收效果。其具體做法是： 3） CVSD 編碼的基本原理 CVSD 是連續(xù)可變斜率增量調(diào)制，輸入是 64K 采樣值每秒的線性 PCM。其輸出比特跟隨波形變化而變化，用一位碼表示相鄰抽樣值的相對大小。為減少斜率過載，使用了語音壓縮技術(shù)，根據(jù) 平均信號的斜率，階梯高度可以調(diào)整。 2. SCO 鏈路和 ACL 鏈路的異同 藍牙支持電路和分組交換，數(shù)據(jù)以分組形式在信道中傳輸，并使用流控制來避免分組丟失和擁塞。分組包數(shù)據(jù)可以包含話音、數(shù)據(jù)或兩者兼有。 藍牙定義了兩種鏈路類型，即面向連接的同步鏈路（ SCO）和面向無連接的異步鏈路（ ACL）。 SCO 鏈接是一個對稱的主從節(jié)點之間點對點的同步鏈接，在預(yù)留的時間里發(fā)送 SCO分組，屬于電路交換，主要攜帶話音信息。主節(jié)點可同時支持 3 個 SCO 鏈接，從節(jié)點可同時支持 2～ 3 個鏈接 SCO， SCO 分組包不支持重傳。 SCO 鏈路通過主節(jié) 點 LMP 發(fā)送一個 SCO建立消息來建立，該消息包含定時參數(shù)（ Tsco 和 Dsco）。 ACL 鏈接是為匹配網(wǎng)主節(jié)點在沒有為 SCO 鏈接保留的時隙中，提供可以與任何從節(jié)點進行異步或同步數(shù)據(jù)交換的機制。一對主從節(jié)點只可以維持一個 ACL 鏈接。使用多個 ACL 分組時，藍牙采用分組包重發(fā)機制來保證數(shù)據(jù)的完整性。 ACL 分組不指定確定從節(jié)點時，被認為是廣播分組，每個從節(jié)點都接收這個分組。 3. 隨機錯誤和突發(fā)錯誤 隨機錯誤是指錯誤出現(xiàn)的位置是隨機的且各個碼元是否發(fā)生錯誤是互相獨立的。突發(fā)錯語音傳輸實驗 36 誤是指錯誤的的出現(xiàn)是一連串的。 六．實驗結(jié) 果 1. 線性 PCM、 A 律 PCM 和 CVSD 編碼和譯碼： 三種編碼方式的參數(shù)設(shè)置相同，如下設(shè)置：幅度： 8V；頻率： 2K Hz；編碼位數(shù)： 8位。 PCM量化編碼 ,譯碼： 圖 41 無誤碼時線性 PCM量化編碼 ,譯碼圖 A律 PCM量化編碼，譯碼： 語音傳輸實驗 37 圖 42 無誤碼時 A律 PCM量化編碼，譯碼圖 CVSD量化編碼，譯碼： 圖 43 無誤碼時 CVSD量化編碼，譯碼圖 誤碼率為 1%時的圖案： 語音傳輸實驗 38 圖 44 有誤碼時 線性 PCM量化編碼、譯碼圖 圖 45 有誤碼時 A律 PCM量化編碼，譯碼圖 語音傳輸實驗 39 圖 46 有誤碼時 CVSD量化編碼，譯碼圖 改變采樣頻率， f=1k，誤碼率為 1%的圖案： 圖 47 改變頻率時 線性 PCM量化編碼、譯碼圖 語音傳輸實驗 40 圖 48 改變頻率 時 A律 PCM量化編碼，譯碼圖 圖 49 改變頻率 時 CVSD量化編碼，譯碼圖 語音傳輸實驗 41 結(jié)果分析： PCM 分為抽樣、量化、編碼三個步驟，量化分為均勻量化和非均勻量化，線性 PCM 和 A 律 PCM分屬這兩種。均勻量化：量化電平間隔均勻－－線性 PCM，對小信號譯碼后失真較大。非均勻量化：采用均勻量化時，對小信號和大信號都采用相同的 量化等級，因而對小信號的量化不利，引起“信號 /量化噪聲”比值變小，這時可采用非均勻量化的方法加以解決。 ①線性 PCM：信號幅度為 8V，頻率選擇較低為 2KHZ，由上圖可以看出，隨機錯誤情況下，其譯碼的波形也有不小的起伏而應(yīng)對突發(fā)錯誤的能力很弱，導(dǎo)致譯碼后的波形失真嚴重，正弦波的波谷被譯碼為波峰。 ②A 律 PCM：信號幅度為 8V，頻率選擇較低為 2kHZ，隨機錯誤和突發(fā)錯誤情況下，其譯碼后波形失真 較小。這里有兩個參數(shù)比較重要，一個是高電平，一個是較高頻率。 由于兩種編碼方式，參數(shù)選擇不一致，導(dǎo)致了其不可比較性。但從各自的圖中可以得出：信號幅度越高，頻率越大（在語音信號頻率范圍之內(nèi)），其效果越好。 通過比較可以看出，在遇到隨機錯誤時，誤碼率一定的條件下， A 律 PCM 和線性 PCM譯碼后波形失真較小且相當， CVSD 碼的波形失真較嚴重；在遇到突發(fā)錯誤時，在突發(fā)參數(shù)相同的情況下， A 律 PCM 譯碼效果最好，線性 PCM 譯碼次之， CVSD 的譯碼效果最差。 ACL 鏈路連接： 圖 410 ACL 鏈路連接過程圖 語音傳輸實驗 42 SCO 鏈路連接： 圖 411 SCO 鏈路連接過程圖 斷開鏈路： 圖 412 斷開鏈路過程圖 分析： SCO 鏈路：只在規(guī)定的時隙傳送話音，即占用固定時隙。 ACL 鏈路：當沒有 SCO時， ACL 可以使用任何時隙，一旦有 SCO， ACL 必須讓出 SCO 的固定時隙?？梢哉J為： ACL語音傳輸實驗 43 鏈路是分組交換， SCO 鏈路是電路交換。各有其優(yōu)勢所在， ACL 可以保證傳輸?shù)男?，路徑較多，但實時性未必好； SCO 能保證實時性，像是固定電話網(wǎng)能夠保證長話不斷話，但效率不高。 七．思考題 1． 實際應(yīng)用中通常采用非均勻量化，而不是均勻量化，為什么？ 答：通常情況下信號分布不均勻，如語音信號，由于硬件限制，通常編碼位數(shù)也是一定的，非均勻量化通過對小信號進行較小間隔的劃分，對大信號進行較大間隔的劃分，可以以犧牲大信號的量化信噪比，來提高小信號的量化信噪比，從而獲得較好的小信號接收效果。 2． 思考解碼后的波形失真程度與哪些因素有關(guān)？ 答：編碼位數(shù)、編碼方式、信噪比、信號采樣頻率。 3． 藍牙系統(tǒng)如何分配 ACL 鏈路與 SCO 鏈路所占用的時隙？ 答：藍牙系統(tǒng)分配固定的時隙給 SCO 鏈路，將 SCO 鏈路的間隔時隙分配給 ACL 鏈路。 4． 隨機錯誤和突發(fā)錯誤的異同是什么？怎樣將突發(fā)錯誤轉(zhuǎn)換成隨機錯誤？ 答：隨機錯誤： 錯誤的出現(xiàn)是隨機的，錯誤出現(xiàn)的位置是隨機分布的，各個碼元是否發(fā)生錯誤是互相獨立的，通常不是成片地出現(xiàn)錯誤。一般是由信道的加性隨機噪聲引起的。 突發(fā)錯誤： 錯誤的的出現(xiàn)是一連串出現(xiàn)的。在一個突發(fā)錯誤持續(xù)時間內(nèi)，開頭和末尾的碼元總是錯的，中間的某些碼元可能錯也可能對，但錯誤的碼元相對較多。如移動通信中信號在某一段時間內(nèi)發(fā)生衰落而造成一串差錯，光盤上的一條劃痕等等。 突發(fā)錯誤長度 ： 如果 B比特連續(xù)碼序列的首位和末位，或中間任意位在 接收時發(fā)生誤碼，則定義該連續(xù)碼序列為 n 比特接收碼字中的長度為 B 的突發(fā)錯誤。采用交織技術(shù)可以將突發(fā)錯誤轉(zhuǎn)換成隨機錯誤。 PCM 和 CVSD 的性能？ 答： PCM 編碼所占空間較少，在傳輸信道質(zhì)量好時性能好，受采樣頻率影響較大。因此，在隨機錯誤小，采樣頻率低時，是一種很好的編碼方式。但是由于上述分析，可知該種編碼方式的譯碼結(jié)果不太穩(wěn)定，尤其受突發(fā)錯誤影響較大。 CVSD 編碼所占空間大。量化噪聲較大。但這種編碼方式的譯碼結(jié)果穩(wěn)定，受信道質(zhì)量、采樣頻率影響小。特別是對于突發(fā)錯誤的抵抗能力好。