【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(jī)錯誤和突發(fā)錯誤對傳輸?shù)挠绊憽? 二．實(shí)驗(yàn)設(shè)備與軟件環(huán)境 本實(shí)驗(yàn)每兩人為一組，每臺軟、硬件配置相同。 硬件： PC機(jī)一臺，帶語音功能的藍(lán)牙模塊，串口電纜，耳機(jī)話筒。 軟件： Windows 2021 或 Windows 操作系統(tǒng)， TTP局域網(wǎng)語音傳輸實(shí)驗(yàn)軟件。 三．實(shí)驗(yàn)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(jī)錯誤和突發(fā)錯誤的觀察分析。 4. 藍(lán)牙設(shè)備的 ACL鏈路和 SCO鏈路分析。 5. 藍(lán)牙設(shè)備的身份切換。 6. 藍(lán)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(jìn)行自己編程。 四．實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)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(lán)牙建立和斷開語音鏈路的過程 。 5. 寫出自己進(jìn)行 A律 PCM和 CVSD的編程程序。 語音傳輸實(shí)驗(yàn) 35 五．實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(dāng)輸入信號幅度小時，量化間隔劃分的較??；當(dāng)輸入信號幅度大時，量化間隔劃分的大。當(dāng)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(lán)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(lán)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(diǎn)之間點(diǎn)對點(diǎn)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(diǎn)可同時支持 3 個 SCO 鏈接，從節(jié)點(diǎn)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(diǎn) 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(diǎn)在沒有為 SCO 鏈接保留的時隙中，提供可以與任何從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行異步或同步數(shù)據(jù)交換的機(jī)制。一對主從節(jié)點(diǎn)只可以維持一個 ACL 鏈接。使用多個 ACL 分組時，藍(lán)牙采用分組包重發(fā)機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的完整性。 ACL 分組不指定確定從節(jié)點(diǎn)時，被認(rèn)為是廣播分組，每個從節(jié)點(diǎn)都接收這個分組。 3. 隨機(jī)錯誤和突發(fā)錯誤 隨機(jī)錯誤是指錯誤出現(xiàn)的位置是隨機(jī)的且各個碼元是否發(fā)生錯誤是互相獨(dú)立的。突發(fā)錯語音傳輸實(shí)驗(yàn) 36 誤是指錯誤的的出現(xiàn)是一連串的。 六．實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn) 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(jī)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(yán)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(jī)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(jī)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(dāng)， CVSD 碼的波形失真較嚴(yán)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(shí)驗(yàn) 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(dāng)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。可以認(rèn)為： ACL語音傳輸實(shí)驗(yàn) 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剩窂捷^多，但實(shí)時性未必好； SCO 能保證實(shí)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(shí)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(jìn)行較小間隔的劃分，對大信號進(jìn)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(lán)牙系統(tǒng)如何分配 ACL 鏈路與 SCO 鏈路所占用的時隙？ 答：藍(lán)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(jī)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(jī)錯誤？ 答：隨機(jī)錯誤： 錯誤的出現(xiàn)是隨機(jī)的，錯誤出現(xiàn)的位置是隨機(jī)分布的，各個碼元是否發(fā)生錯誤是互相獨(dú)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(jī)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(jī)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(jī)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。