【正文】 定。 實現(xiàn)抽樣的方法很簡單，只需有三個乘法器即可 . 抽樣定理是模擬信號數(shù)字化的理論基礎，其內(nèi)容是：一個頻帶限制在 0 到 fx 內(nèi)的低通信號 x(t) ,如果以 fs2fx 的抽樣速率進行的抽樣，則 x(t)可以由抽樣后的信號 X(t)完全的確定，而最小抽樣速率 fs=2fx 稱為奈奎斯特速率， 1/2fx 這個抽樣間隔稱為奈奎斯特間隔。如果取 fs2fx 時，相鄰諧波邊帶就會有一定的間隔，也可以通過低通濾波器得到 x(w)。因此必須要求 fs2fx， x(t)才能被 X (t)完全確定，這樣就證明了抽樣定理。通常取抽樣頻率為（ ~5） fx ,以避免失真。因此，在實際中采用脈沖寬帶相對于抽樣周期很窄的脈沖序列近似代替沖擊序列，其中實際抽樣的兩種形式：自然抽樣和平頂抽樣。平頂抽樣又稱瞬時抽樣，它與自然抽樣不同之處在于它的抽樣信號 Xs(t) 中的脈沖均具有相同的形狀 —— 頂部平坦的矩形脈沖，矩形脈沖的幅度值即為抽樣的瞬時值。它們的共同特點是抽樣頻率必須大于或至少等于信號 x(t)最高頻率的兩倍，即fs2fx 。此外，抽樣脈沖寬度較寬，對信號的頻譜影響小，但會影響帶寬，不利于輸出信噪比，故對 fs 和脈寬要兼顧考慮。如果采樣率低于 2fx 就會發(fā)生頻域的混疊失真。然后，對其采樣就可以保證無混疊失真，所以，該低通濾波器又叫抗混疊濾波器。 D/A 轉換器件是 MAX531，通過 McBSP 串口 1，進行數(shù)據(jù)發(fā)送。 CLKSM=0，選擇片內(nèi)的 CPU時鐘（ CPU clock）作為采樣率發(fā)生器的 輸入時鐘； CLKSM=1，選擇芯片外部的時鐘源（由引腳 CLKS 接入）作為采樣率發(fā)生器的輸入時鐘。 語音輸入與輸出的設計結果 圖 11 輸出信號基本無失真地保持原模擬輸入信號 由輸出的波形與信號發(fā)生器輸入的正弦波信號比較，即可知實現(xiàn)了課題目標。這是因為設定的采 樣率滿足抽樣定理，符合了理論要求。 量化的基本原理 量化是對經(jīng)抽樣得到的瞬時值進行幅度離散，即指定 Q 個規(guī)定的電平，把抽樣值用最接近的電平表示。但是，抽樣值脈沖序列幅度仍然取決于輸入模擬信號，幅度取值是任意的，無限的（即連續(xù)的）。 從量化結果可見，是用 Q 個電平取代抽樣值的一種近似，近似的原則就是量化原則，量化中電平數(shù)越大， Xq（ t）就越近 X（ t）。根據(jù)量化原則，量化誤差不能超過177。量化誤差一旦形成，在接收端無法去掉，它與傳輸距離，轉出次數(shù)無關，又稱為量化噪聲。其中 Sq 表示信號功率， Nq 表示由量化誤差產(chǎn)生的功率，（ Sq/Nq）越大，說明量化性能越好。非均勻量化克服了均勻量化的缺點，是語音信號實際應用量化方式，也是本設計的重點，將重點介紹非均勻量化。在信號幅度小時，量化間隔劃分得??；信號幅度大時，量化間隔也劃分得大。 實現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴張技 術，它的基本思想是在均勻量化之前先讓信號經(jīng)過一次壓縮處理，對大信號進行適當?shù)膲嚎s而對小信號進行較大的放大，信號經(jīng)過這種非線性壓縮電路處理后，改變了大信號和小信號之間的比例關系，大信號的比例基本不變或變得較小，而小信號相應的增大，即“壓大補小”。在接收端將收到的相應信號進行擴張，以恢復原始信號原來的相對關系，擴張?zhí)匦耘c壓縮特性相反。一種是以μ作為參數(shù)的壓縮特性，稱為μ律壓縮特性，另一種是以 A 作為參數(shù)的壓縮特性，叫 A 律壓縮特性。 用折線作壓縮特性，它即不同于均勻量化的直線，又不同于對數(shù)壓縮特性的光滑曲線。又有均勻量化（同一折線的小范圍內(nèi)）。另一種是 15 折線μ律壓縮，其特性近似為μ =255 的μ律壓縮特性。 13 折線 A 律，是從不均勻量化的基點出發(fā)，設法用許多折線 來逼近 A 律的壓縮特性。再將余下的 0 至 1/2 平分 ,取 1/2 至 1/4 為一段；再將余下的 1/4 至 0 平分，取1/8 至 1/4 為一段；??直至分成 8 段為止。在上述 8 段之中，每一段都是再均勻地分成 16 等份，每一等份就是一個量化級，要注意在每一段內(nèi)，這些等份之間（ 16 個量化級之間）長度是相等的，但是，在不同的段內(nèi)，這些量化級又是不相等的。可見，用這樣的分段方法就可使輸入信號形成一種不均勻量化分級，它對小信號分得細，最小量化級（第一、二段的量化級）為（ 1/128） * (1/16)=1/2048,對大信號的量化級分得粗，最大量化級為（ 1/2） *（ 1/16） =1/32。 將 Y 軸也分成 8 段，不過是均勻地分 8 段， Y 軸的每一段又均勻地分成 16 等份，每一等份就是一個量化級，于是 Y 軸的區(qū)間（ 0、 1）就被分為 128 個均勻量化級，每個量化級均為 1/128。 可見第 1， 2 段斜率相等 ,因此可看成一條直線段 ,實際上得到 7 條斜率不同的折線。由于輸入信號通常有正負兩個極性，因此，在負方向上也有與正方向對稱的一組折線。 可以看出均勻量化的輸入信號共有 4096 個量化級，需要 12 位編 碼。而經(jīng)過非均勻量化的輸出信號共有 256 個量化級，只需要8 位編碼。 編碼的基本原理 編碼是利用二進制碼組來表示固定電平的量化值，實際上量化是在編碼過程中同時完成的。 已知模擬信號經(jīng)過抽樣量化后，還需要進行編碼過程才能使離散樣值形成更適宜的二進 制數(shù)字信號進行信號傳輸，這就是 PCM 基帶信號，接收端將 PCM 信號還原成模擬信號的過程稱為譯碼，這里主要介紹常用二進制碼的編碼和譯碼。 編碼的碼字和碼型。 碼型指的是把量化后的所有量化級，按基電平的大小次序排列起來，并列出各對應的碼字，這種對應關系的整體就稱為碼型。例如 PCM30/32 路終端機中最大輸入信號幅度對應 4096 個量化單位（最小的量化間隔稱為一個量化單位），在 4096個單位的輸入幅度范圍內(nèi)，被分成 256 個量化級，因此需用 8 位碼表示每一個量化級。 極性碼： M1，段落碼： M2M3M4，段內(nèi)碼 M5M6M7M8。從折疊二進制碼的規(guī)律可知，對于兩個極性不同，但絕對值相同的樣值脈沖，用折疊碼表示時，除極性碼 M1 不同外，其余幾位碼是完全一樣的。 第 2 位至第 4 位碼（即 M2， M3， M4）稱為段落碼，因為 8 段折線用 3 位碼就能表示，具體劃分如表 1 所示。表 1 段落碼 表 2 段內(nèi)碼 M5 至 M8 為段內(nèi)碼 ,每一段中的 16 個量化級就是用這 4 位碼表示的 ,段內(nèi)碼具體的方法如表 2 所示。 這樣，一個信號的正負極性用 M1 表示 ，幅度在一個方向（正或負）有 8 個大段用 M2M3M4 表示，具體落在某段內(nèi)的電平上，用 4 位段內(nèi)碼 M5 M6 M7 M8G 表示。這種權值當然不能正好使天平平衡。請注意，第二次所加砝碼的權值，是根據(jù)第 1 次做出判斷的結果確定的。這個過程叫做逐次比較稱重過程。而“比較”則是把上一次稱重的結果作為參考，比較得到下一次輸出權值的大小。 有了稱重的概念之后，就可以具體說明逐次比較型編碼方法編出 8位碼的過程了。 圖 13 逐次比較編碼器原理圖 抽樣后的 模擬 PAM 信號，需保持展寬后再進行編碼。 比較器通過比較樣值電流 Ic 和標準電流 Is，從而對輸入信號抽樣值實現(xiàn)非線性（即壓擴）量化和編碼，每比較一次，輸出一位二進制代碼，且當 IcIs 時，出“ 1”碼，反之出“ 0”碼。 由于 13 折線 A 律在正方向共分為 8 大段，用段落碼 M2M3M4 表示，所以在判決輸出碼時，第 1 次比較應先決定信號 Ic 是屬于 8 大段的上 4 段還是下 4 段，這時權值 Is是 8 段的中間值， Ic 落在上 4 段， m2=1，落在下 4 段， M2=0；第 2 次比較要選擇本文源自六維論文網(wǎng)在第 1 次比較結果后的那 4 段的上兩段還是下兩段，當 Is在上兩段時，M3=1，否則 M3=0；同理用 M4 為“ 1”或“ 0”來表示 Ic 落在那兩段的上一段還是下一段，可以說段落碼編碼的過程是決定 Ic落在 8段中那一段并用這段起始電平表示 Is的過程。 本地譯碼器是由 A/D 轉換器和記憶器， 7/11 變換電路以及輸出權值的恒流源網(wǎng)絡組成的。這是因為除第 1 次比較外，其余各次比較都要依據(jù)前幾次比較的結果來確定標準電流 Is 的值。 7/11 變換電路就是數(shù)字壓縮 器，因為采用非均勻量化的 7 位非線性編碼等效為 11 位線性碼，而比較器只能編 7 位碼，反饋到本地譯碼器的全部碼也只有 7 位，恒流源有 11 個基本權值電流支路，需要 11 個控制脈沖來控制，所以必須經(jīng)過變換，把 7 位碼變?yōu)?11 位碼。恒流源用來提供各種標準電壓值。 譯碼原理，譯碼作用是把收到的 PCM 信號還原成相應的 PAM 信號，即實現(xiàn)數(shù) /模變換（ D/A 變換）。 7/12 變換電路是將 7 位非線性碼轉換為 12 位線性碼，在編碼器的本地譯碼器中采用 7/11 位碼變換，使得量化誤差有可能大于本段落量化間隔的一半，為使量化誤差均小于段落內(nèi)量化間隔的一半，譯碼器的 7/12 變換電路使輸出的線性碼增加一位碼，人為地補上半個量化間隔，從而改善量化信噪比。 以上介紹完量化和編碼的基本原理。 圖 15 語音壓縮 運行 explore 的 A 律壓縮程序后暫停，打開圖像窗口，將圖形窗口設置為采樣點512，時域，自動標尺，數(shù)據(jù)類型 16 位整型。 A 律壓縮的設計結果 圖 16 壓縮后的數(shù)據(jù)內(nèi)存 觀察壓縮后的數(shù)據(jù)內(nèi)存，可以清楚的發(fā)現(xiàn)：由 MAX1246A/D 輸出的 12 位數(shù)字信號已經(jīng)被壓縮成 8 位的數(shù)字信號，并存入 0x3000 地址空間內(nèi)。由于人的語音信號的特點，故可以適當忽略大信號，確保小信號，以本文源自六維論文網(wǎng)達到壓縮數(shù)據(jù)的目的。本課題的基本內(nèi)容是完成一個基于 DSP 的語音壓縮處理系統(tǒng) ，所以本部分是課題的最重要的核心。