第3章-脉冲编码调制与增量调制课件.ppt（53页）

1、通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20通信概论通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.1 PCM基本概念基本概念3.2 抽样定理抽样定理3.3 量化量化3.4 PCM编码编码3.5 时分复用时分复用3.6 简单增量调制简单增量调制3.7 增量总和调制增量总和调制本章内容简介本章内容简介通信概论通信概论-JING

2、PING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制一一.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号声强 炭精送话器 电压VR 炭精 t R VR t E (a)声信号 (b)声电转换电路 (c)电信号 声波通过炭精送话器产生模拟话音信号声波通过炭精送话器产生模拟话音信号 模拟信号模拟信号3.0 引言引言通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-2

3、0第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制模拟话音信号的特点：模拟话音信号的特点：时间取值连续性时间取值连续性 时间取值连续性表明在任意小的时间段（时间取值连续性表明在任意小的时间段（t0）内的这种）内的这种信号必须用无数点的瞬时值来表达。信号必须用无数点的瞬时值来表达。幅度取值连续性幅度取值连续性 幅度取值连续性表明在任意小的限定幅度（最大幅度取值连续性表明在任意小的限定幅度（最大Vmax，最小，最小Vmin，且，且Vmax-Vmin0）范围内，任一时刻的信号幅度有无限）范围内，任一时刻的信号幅度有无限多的取值可能。多的取值可能。我们通常把时间段（我们通常把时间段（t0）

4、内的这种必须用无数点的瞬时）内的这种必须用无数点的瞬时值来表达，其幅度有无限多种取值可能（尽管有最大，最小值来表达，其幅度有无限多种取值可能（尽管有最大，最小值限制）的这种模拟信号称作值限制）的这种模拟信号称作连续时间模拟信号连续时间模拟信号，而把时间，而把时间上不连续的模拟信号为上不连续的模拟信号为离散时间模拟信号离散时间模拟信号。一一.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号3.0 引言引言模拟信号模拟信号通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与

5、增量调制脉冲编码调制与增量调制数字信号是时间和幅度取值都不连续的数字信号是时间和幅度取值都不连续的(称为离散的称为离散的)信号。信号。TbTbT 1 0 1 0 1 1 0 1 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t（a）二进制数字信号 1 0 2 1 3 2 2 1 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t（b）四进制数字信号 典型的两种数字信号典型的两种数字信号 上图示出的两种数字信号都是上图示出的两种数字信号都是单极性单极性（只有正电平和零电平，没有负电平）的（只有正电平和零电平，没有负电平）的不归零不归零（代表（代表“1”或或“2”和和“3”的正脉冲电平维持整个码

6、元宽度的正脉冲电平维持整个码元宽度Tb）矩形矩形码。实际中可能采用双极性（不码。实际中可能采用双极性（不仅有正电平和零电平，还有负电平）的，或者是归零码（代表仅有正电平和零电平，还有负电平）的，或者是归零码（代表“1”或或“2”和和“3”的正脉冲电的正脉冲电平维持一定宽度平维持一定宽度，Tb），码的形状也不一定是矩形。），码的形状也不一定是矩形。一一.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号3.0 引言引言数字信号数字信号通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉

7、冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制 强的抗干扰能力强的抗干扰能力 数字信号只要畸变的程度被控制在不超过某一限度，接收数字信号只要畸变的程度被控制在不超过某一限度，接收端可以无失真地恢复原信号。端可以无失真地恢复原信号。（a）发送数字信号（b）受干扰畸变的信号（c）再生判决时钟（d）恢复的数字信号 从受干扰畸变的信号中正确再生原始数字信号从受干扰畸变的信号中正确再生原始数字信号 一一.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号3.0 引言引言数字通信的优越性数字通信的优越性通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八

8、章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制一一.强的抗干扰能力强的抗干扰能力二二.传输距离远，信号质量好传输距离远，信号质量好三三.便于加密，保密性强便于加密，保密性强 四四.能够进行时分多路复用能够进行时分多路复用 五.五.便于与各种非话数据业务综合便于与各种非话数据业务综合六.六.便于处理设备的大规模集成电路化便于处理设备的大规模集成电路化 数字通信的缺点数字通信的缺点 占用频带较宽（一路模拟话音占用频带约占用频带较宽（一路模拟话音占用频带约4kHz，而一路，而一路PCM数字话音信号要占用频带数字话音信号要占用频带60kHz以上）。以

9、上）。数字信号传输处理设备较复杂，技术要求较高。数字信号传输处理设备较复杂，技术要求较高。一一.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号3.0 引言引言 数字通信的优越性数字通信的优越性通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制抽样量化编码抽 样 器量 化 器编 码 器连续模拟信号 离散模拟信号 多进制数字信号 二进制数字信号 e(t)es(t)eq(t)c(t)抽样脉冲序列 s(t)从模拟信号到数字信号的三个阶段从模拟信

10、号到数字信号的三个阶段 二二.模拟信号的数字化过程模拟信号的数字化过程3.0 引言引言通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制（b）抽样脉冲序列 v70v1v2v3v4v5v6Vmax e（t）0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb t（a）连续模拟信号 s（t）0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb t 抽样器输入的典型连续模拟信号与抽样脉冲序列抽样器输入的典型连续模拟信号与抽样脉冲序列 二二.模拟信号的数字化过程模拟信号的数

11、字化过程3.0 引言引言通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制c（t）1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb t（c）编码器输出的二进制数字信号 典型模拟信号到数字信号的转换波形示意图典型模拟信号到数字信号的转换波形示意图 e（t）v7v0v1v2v3v4v5v6Vmax 0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb t（a）抽样器输出的离散模拟信号v（b）量化器输出的多进制（M=8）

12、数字信号量化误差二二.模拟信号的数字化过程模拟信号的数字化过程3.0 引言引言通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制三三.模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输3.0 引言引言模拟信源模拟信宿模拟信号数字化数字信号模拟化数字传输系统噪声模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输抽样、量化、编码译码、低通滤波汇接交换和中继传输的数字化举例汇接交换和中继传输的数字化举例模拟用户终端模拟市话交换机模拟市话交换机模拟用户终端数字汇

13、接交换机用户线用户线中继线中继线通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.1 PCM基本概念基本概念图图3.1 PCM通信系统方框图通信系统方框图通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.1 低通抽样定理低通

14、抽样定理 抽样定理抽样定理表明：一个频带限制在表明：一个频带限制在0 fH 赫兹内的连续时赫兹内的连续时间信号间信号m(t)，如果以不大于，如果以不大于1/2fH 秒的时间间隔对它进行等间秒的时间间隔对它进行等间隔抽样，则隔抽样，则 m(t)将被得到的抽样值信号将被得到的抽样值信号ms(t)完全确定。这一完全确定。这一准则称为奈奎斯特准则。我们通常把准则称为奈奎斯特准则。我们通常把1/2fH秒的时间间隔称作秒的时间间隔称作奈奎斯特抽样间隔，把它的倒数奈奎斯特抽样间隔，把它的倒数2fH（单位单位“赫兹赫兹”）称作）称作奈奎斯特抽样频率奈奎斯特抽样频率，这是保证从抽样值恢复原始模拟信号所，这是保证

15、从抽样值恢复原始模拟信号所要求的最低抽样速率。要求的最低抽样速率。实际在对模拟信号进行抽样时所使用的抽样频率实际在对模拟信号进行抽样时所使用的抽样频率fs应满应满足：足：fs 2fH通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.1 低通抽样定理低通抽样定理m(t)M()t -H 0 H (a)连续模拟信号及频谱 T t s=2/T (b)抽样冲激序列及频谱 nTnTtt)()(nssnT)(

16、2)(ms(t)=m(t)s(t)T t -s -H 0 H s 抽样后信号抽样后信号ms(t)的波形及频谱的波形及频谱)(*)(21)(sMMsnsnMT)(1当当fs 2fH 或或s 2H时，利用截频为时，利用截频为fH 的低通滤波器就可以从的低通滤波器就可以从m s(t)中恢复中恢复m(t)通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.1 低通抽样定理低通抽样定理T t -s -H 0

17、 H s )(*)(21)(sMMsnsnMT)(1(9.2-2)模拟信号模拟信号m(t)(1MTms(t)=m(t)s(t)nnnTtm)(从从ms(t)恢复原模拟信号恢复原模拟信号m(t),将其通过截止频率为将其通过截止频率为fH(或或H)的理想低通滤波器的理想低通滤波器G2H()即可。设低通滤波器增益为即可。设低通滤波器增益为1,则则2()()()HsMT MGnnsnTtmtm)()(m(t)()(tSatgHH通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章

18、脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.1 低通抽样定理低通抽样定理对于对于应用时域卷积定理，可得应用时域卷积定理，可得2()()()HsMT MG(3.7)nnsnTtmtm)()(m(t)()(tSatgHHHHHHnnnnmmm(t)Sa(tnT)Satn(3.9)T t模拟信号模拟信号m(t)图图3.4通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.1 低通抽样定理低

19、通抽样定理带限滤波器抽样电路m(t)ms(t)s(t)抽样抽样的实现的实现低通滤波器m(t)抽样抽样的恢复的恢复CMOS模拟开关 连续模拟信号m(t)输出离散抽样信号ms(t)抽样脉冲序列 s(t)抽样的抽样的CMOS模拟开关实现模拟开关实现H(f)fH 是原来连续模拟信号的最高频率-fH 0 fH f 抽样恢复的低通特性抽样恢复的低通特性 H(f)当 fs 2fH时，非理想低通也可恢复连续模拟信号-fH 0 fH f 通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章

20、脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.2 带通抽样定理带通抽样定理设带通模拟信号最高频率设带通模拟信号最高频率fH是带宽是带宽B的整数倍，即的整数倍，即 fH =nB则最小抽样频率只须满足则最小抽样频率只须满足 fs =2B，便可得到如下抽样后信号，便可得到如下抽样后信号ms(t)的频谱的频谱0fs3fsf-fs-3fsMs()2fs-2fs对于带通型连续时间模拟信号对于带通型连续时间模拟信号m(t)，其频谱如下，其频谱如下可以证明，抽样频率不一定要满足可以证明，抽样频率不一定要满足 fs 2fH。0fH-BfHf-fH+B-fHM()从频谱可见，只要将抽

21、样后信号从频谱可见，只要将抽样后信号ms(t)通过一与原连续模拟信通过一与原连续模拟信号频带相应的号频带相应的带通滤波器带通滤波器，便可恢复原连续模拟信号，便可恢复原连续模拟信号m(t)。通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.2 带通抽样定理带通抽样定理对于带通模拟信号最高频率对于带通模拟信号最高频率fH不是带宽不是带宽B的整数倍情况，设的整数倍情况，设 fH =nB+kB n是是

22、fH/B 的最大整数，的最大整数，0k1.可以证明，最小抽样频率只须满足可以证明，最小抽样频率只须满足 fs =2B+2(fH nB)/n =2B(1+k/n)即可。即可。该情况下，频谱间不发生重叠该情况下，频谱间不发生重叠(有隔离带有隔离带),),利用原连续模拟信利用原连续模拟信号频带相应的号频带相应的带通滤波器带通滤波器，可恢复原连续模拟信号，可恢复原连续模拟信号m(t)。0fs3fsf-fs-3fsMs()2fs-2fs(3.10)(3.11)(3.12)通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东

23、北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.2 抽样定理抽样定理3.2.2 带通抽样定理带通抽样定理图图3.7 fs与与fL的关系的关系通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3 量化量化 量化是将具有无限数目取值范围的离散抽样信号用有限个量化是将具有无限数目取值范围的离散抽样信号用有限个固定电平的脉冲信号来近似表示。这种有限个固定电平的脉固定电平的脉冲信号来近似表示

24、。这种有限个固定电平的脉冲信号原则上就是数字信号。冲信号原则上就是数字信号。根据这有限个固定电平（应该在模拟信号的幅度范围之内，根据这有限个固定电平（应该在模拟信号的幅度范围之内，对于单极性信号为对于单极性信号为0 Vmax，对于双极性信号为，对于双极性信号为-Vmax +Vmax）的选取和划分方法，量化分为）的选取和划分方法，量化分为 均匀量化均匀量化M个量化电平间隔个量化电平间隔(量化阶步量化阶步)v=qi+1-qi 相等。相等。非均匀量化非均匀量化M个量化电平间隔个量化电平间隔 v=qi+1-qi 不相等。不相等。m(t)ms(t)=m(kTs)mq(t)=mq(kTs)q0,q2,qM

25、-1抽样器量化器通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制m1m2m3m4m5m6m7m0m8q8q7q6q5q4q3q2q1Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Tstv3.3.1 均匀量化均匀量化3.3 量化量化均匀量化均匀量化将输入信号的变化范围均匀分为将输入信号的变化范围均匀分为M等份，设被抽样等份，设被抽样模拟信号幅度变化范围模拟信号幅度变化范围ab，则，则M份均匀量化的量化间隔为份均匀量化

26、的量化间隔为 Mabv(3.14)量化误差量化误差0.5v量化值量化值mq量化区间量化区间四舍五入均匀量化过程示意图四舍五入均匀量化过程示意图量化值量化值mq抽样值抽样值msisiiiiqmmmmmqm11,2通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.1 均匀量化均匀量化3.3 量化量化 量化过程会产生误差，称为量化误差。当模拟信号采样值量化过程会产生误差，称为量化误差。当模拟信号采样值幅度落在幅度落在iv(i

27、1)v之间时之间时 若用若用iv表示表示(只舍不入只舍不入量化法量化法)，则最大量化误差为，则最大量化误差为v；若依四舍五入方法取若依四舍五入方法取iv或或(i+1)v时，最大量化误差为时，最大量化误差为 0.5v。前者的较大量化误差，事实上可以在接收方从编码信号恢前者的较大量化误差，事实上可以在接收方从编码信号恢复抽样值时给其复抽样值时给其0.5v的增加量予以补偿，即可做到和的增加量予以补偿，即可做到和四舍五四舍五入入近似法等效。近似法等效。四舍五入量化法四舍五入量化法和和只舍不入量化法只舍不入量化法 均匀量化的均匀量化的量化噪声功率量化噪声功率和和量化信噪比量化信噪比通信概论通信概论-JI

28、NGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.1 均匀量化均匀量化3.3 量化量化 均匀量化的均匀量化的量化噪声功率量化噪声功率和和量化信噪比量化信噪比平均量化噪声功率平均量化噪声功率 dxxfmxmmENbaqqq)()()(22Mimmiiidxxfqx121)()(vviaqviamii21,其中，(3.18)量化信噪比量化信噪比qodBqoqolg10NSNSNS或平均信号功率平均信号功率 (3.19)dxxfxmESba)(2

29、2o通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.1 均匀量化均匀量化3.3 量化量化例例设模拟抽样在设模拟抽样在-a+a范围内等概率取值，试求量化过程中范围内等概率取值，试求量化过程中产生的平均量化噪声功率、平均信号功率和量化信噪比。产生的平均量化噪声功率、平均信号功率和量化信噪比。均匀量化的均匀量化的量化噪声功率量化噪声功率和和量化信噪比量化信噪比平均量化噪声功率平均量化噪声功率平均信号功率平均信号功率 量化信

30、噪比量化信噪比MivavMva123312)(24)(12)(2112)(21222ovMdxaxSaa)dB(lg20lg102dBqoMMNSMimmiqiidxaqxN12121)(Miviaviadxavviax1)1(221)2(通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3 量化量化 均匀量化较易于实现，但均匀量化的量化误差（如均匀量化较易于实现，但均匀量化的量化误差（如0

31、.5v）不随被量化信号的幅度变化。这意味着，当信号幅度很小时，不随被量化信号的幅度变化。这意味着，当信号幅度很小时，量化信噪比很小。这对于小数值概率比大数值概率要大得多的量化信噪比很小。这对于小数值概率比大数值概率要大得多的话音抽样信号来说及为不利，解决的办法是话音抽样信号来说及为不利，解决的办法是非均匀量化非均匀量化。非均匀量化非均匀量化和均匀量化不同的是，这和均匀量化不同的是，这M个量化电平之间的个量化电平之间的间隔，即量化间隔或量化阶步是不相等的间隔，即量化间隔或量化阶步是不相等的。为改善小信号区的。为改善小信号区的量化信噪比，在量化电平数目量化信噪比，在量化电平数目M不变情况下，不变情

32、况下，大信号区使用的大信号区使用的量化阶步较大；小信号区使用的量化阶步较小量化阶步较大；小信号区使用的量化阶步较小。在量化电平数目在量化电平数目M不变情况下，不变情况下，非均匀量化非均匀量化用于改善小信用于改善小信号的量化信噪比性能，但会对大信号量化的量化信噪比带来一号的量化信噪比性能，但会对大信号量化的量化信噪比带来一定的损失。定的损失。通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3

33、 量化量化非均匀量化的实现原理与方法非均匀量化的实现原理与方法压缩编码解码扩张均匀量化信 道 抽样值 恢复值 通过发送方的压缩和接收方的扩张实现非均匀量化通过发送方的压缩和接收方的扩张实现非均匀量化 通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3 量化量化 压缩器均匀量化器7 输出 压缩特性 6 6.1 6.5 3 2.6 2.5 54210A 0.4 输入 A B A B B 5.6

34、 发送方非均匀量化过程（压缩特性）发送方非均匀量化过程（压缩特性）非均匀量化的实现原理与方法非均匀量化的实现原理与方法通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3 量化量化 接收接收方对非均匀量化的恢复（扩张特性）方对非均匀量化的恢复（扩张特性）扩张器7 输入 6.5 65 扩张特性4 2.5 3210 AR BR AR 0.375 输出 BR 5.8AR与 BR分别作为A 和B的接

35、收恢复值，产生的量化误差分别是0.025和0.2 非均匀量化的实现原理与方法非均匀量化的实现原理与方法通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3 量化量化 y 律压扩特性 y A律压扩特性 1.0 1.00.8 a 0.8 a0.6 b 0.6 b0.4 c 0.4 c0.2 0.20.0 x 0.0 x0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6

36、 0.8 1.0（a:=255；b:=5；c:=0）(a:A=87.6；b:A=2；c:A=1)图图3.9 两种用于话音数字化的标准的对数压扩特性两种用于话音数字化的标准的对数压扩特性 律压扩特性律压扩特性(3.23)10)1ln()1ln(xxy A A律压扩特性律压扩特性 11ln1ln110ln1xAAAxAxAAxy(3.22)通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3 量

37、化量化 A A律律对数压扩特性的对数压扩特性的13折线近似折线近似输出 y7/86/815/84/83/82/81/80输入x 0 1/128 1/64 1/32 1/16 1/8 1/4 1/2 1 第7大段第8大段第1大段图图3.10 A A律十三折线近似对数压扩特性律十三折线近似对数压扩特性 通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.3.2 非非均匀量化均匀量化3.3 量化量化 A A律律对数压扩特性的对数压

38、扩特性的13折线近似折线近似A律律13折线近似中，将信号正负两部分都分成相同的折线近似中，将信号正负两部分都分成相同的8个不等个不等的大段。为进一步减小量化误差，每大段又分成相等的的大段。为进一步减小量化误差，每大段又分成相等的16小小段。整个信号范围共分段。整个信号范围共分 1616=256小段，即小段，即256个量化阶步。个量化阶步。设最小的量化阶步设最小的量化阶步min(第第1和第和第2大段中的一个小段大段中的一个小段1 和和2)为为，则，则 =（1/128）161/2048最大的量化阶步最大的量化阶步max(第第8大段中的一个小段大段中的一个小段8)为为1/32=64。A律十三折线近似

39、各大段的端点电平值和量化阶步律十三折线近似各大段的端点电平值和量化阶步量 化 1=2=3=4=5=6=7=8=阶 步 2 4 8 16 32 64 大段号 端 点 0 16 32 64 128 256 512 1024 值 16 32 64 128 256 512 1024 2048 通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.4 PCM编码编码3.4.1 PCM基本原理基本原理一自然二进制码与折叠二进制码一自然二进

40、制码与折叠二进制码 折叠二进制码除极性码外，其他三位码（称作幅度码或电平码）是关于零电平对称的，即两个样值的绝对值只要相同，编出的折叠二进制码的幅度码（或电平码）一定相同。折叠二进制码的上述特点使得它有一个特别的好处，就是在传输中如果出现误码，对小信号的影响较小。样值脉冲极性样值脉冲极性自然二进码自然二进码折叠二进码折叠二进码量化级量化级正极性部分正极性部分111111101101110010111010100110001111111011011100101110101001100015141313111098负极性部分负极性部分01110110010101000011001000010000

41、0000000100100011010001010110011176543210通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.4 PCM编码编码3.4.1 PCM基本原理基本原理 C1：极性码：极性码 样值正极性样值正极性C1 =“1”，负极性，负极性C1 =“0”。C2C3C4：大段落码：大段落码 样值落在第样值落在第1大段（大段（0Vs1/128）时，）时，C2C3C4=“000”；样值落在第；样值落在第2大段（大

42、段（1/128Vs1/64）时，）时，C2C3C4=“001”；样值落在第样值落在第8大段（大段（1/2Vs1）时，）时，C2C3C4=“111”。C5C6C7C8：段内电平码：段内电平码 样值落在某大段的第样值落在某大段的第 1小段（靠小段（靠近大段低端）时，近大段低端）时，C5C6C7C8=“0000”；样值落在某大段的第；样值落在某大段的第2小段时，小段时，C5C6C7C8=“0001”；样值落在某大段第样值落在某大段第16小小段（靠近大段高端）时，段（靠近大段高端）时，C5C6C7C8=“1111”。二二A A律律1313折线近似的折叠二进制编解码折线近似的折叠二进制编解码A律律13折

43、线近似中，整个信号输入范围折线近似中，整个信号输入范围(-Vmax+Vmax)共分为共分为 1616=256小段，用小段，用8位折叠二进制码位折叠二进制码来表示。来表示。C5 C6 C7 C8 C1C2 C3 C4通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.4 PCM编码编码3.4.1 PCM基本原理基本原理 设最小的量化阶步（第一和第二大段中的一个小段）为，设最小的量化阶步（第一和第二大段中的一个小段）为，则则 =

44、（1/128）161/2048由此可以得到用由此可以得到用“”表示的各大段的端点电平值及量化阶步：表示的各大段的端点电平值及量化阶步：二二A A律律1313折线近似的折叠二进制编解码折线近似的折叠二进制编解码A律十三折线近似各大段的端点电平值和量化阶步律十三折线近似各大段的端点电平值和量化阶步量 化 1=2=3=4=5=6=7=8=阶 步 2 4 8 16 32 64 大段号 端 点 0 16 32 64 128 256 512 1024 值 16 32 64 128 256 512 1024 2048 通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四

45、章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.4 PCM编码编码3.4.1 PCM基本原理基本原理0 1/8 1/4 732 1/2 864 1 0 256 512 1024 2048 0 1/16 58 1/8 616 1/4 0 32 64 128 256 512 0 1/128 1/64 32 1/32 44 1/160 16 32 64 1280 1 1/128 2 1/640 16 32A A律十三折线近似非均匀分段示意图律十三折线近似非均匀分段示意图 通信概论通信概论-JINGPING-JING

46、PING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.4 PCM编码编码3.4.1 PCM基本原理基本原理解解:因为因为Vs为正极性，则为正极性，则C1“1”；又因为抽样信号电平绝对值又因为抽样信号电平绝对值|Vs|=0.22048=409.6，落在了，落在了A律律13折线的分段的第六大段（端点为折线的分段的第六大段（端点为256 和和 512）中，则）中，则C2C3C4“101”；再根据第六大段中的小段（量化阶步）再根据第六大段中的小段（量化阶步）616；用抽样信号电

47、平；用抽样信号电平409.6减去第六大段下限值减去第六大段下限值256，将减得结果除以量化阶步，将减得结果除以量化阶步616，来决定抽样信号落在第六大段的哪一个小段中。因为（来决定抽样信号落在第六大段的哪一个小段中。因为（409.6-256）/16=9.6,说明抽样信号幅度落在第六大段中的第说明抽样信号幅度落在第六大段中的第10小段中小段中,则则C5C6C7C8“1001”。至此我们得到对给定抽样信号至此我们得到对给定抽样信号Vs的的编码结果为编码结果为“11011001”。其实它是。其实它是400416之间所有抽样值的编码结果。之间所有抽样值的编码结果。例例 设归一化抽样信号电平幅度设归一化

48、抽样信号电平幅度Vs 0.2，求，求A律律13折线编折线编出的出的8位折叠二进制码位折叠二进制码C1C2C3C4C5C6C7C8。二二A A律律1313折线近似的折叠二进制编解码折线近似的折叠二进制编解码通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与增量调制脉冲编码调制与增量调制3.4 PCM编码编码3.4.1 PCM基本原理基本原理二二A A律律1313折线近似的折叠二进制编解码折线近似的折叠二进制编解码解：解：Vs的编码值的编码值“11011001

49、”，则，则极性码极性码C1“1”，大段落码，大段落码C2C3C4“101”，段内电平码，段内电平码 C5C6C7C8“1001”。由由 可以得到可以得到Vs为正极性为正极性；抽样信号电平应落；抽样信号电平应落在第六大段的第在第六大段的第10小段内小段内，即在（，即在（256+916）与此）与此（256+1016）之间，则解）之间，则解码器解码输出结果应为码器解码输出结果应为 Vs+（2569160.516）+408 或或 Vs+（408/2048）+0.1992 比较以上两个例子，实际是对同一抽样信号的编码和解码，解码的结比较以上两个例子，实际是对同一抽样信号的编码和解码，解码的结果和原始抽样

50、信号的电平出现了误差，着就是量化造成的误差。本例产生果和原始抽样信号的电平出现了误差，着就是量化造成的误差。本例产生的的量化误差（最大信号电平归一化）是量化误差（最大信号电平归一化）是0.0008 或或1.6。例例 设设“11011001”是对某抽样信号是对某抽样信号Vs 按按A律律13折线近似编出折线近似编出的的 折叠二进制码，试求其解码结果，即折叠二进制码，试求其解码结果，即Vs的幅度电平。的幅度电平。通信概论通信概论-JINGPING-JINGPING内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章东北大学网2023-9-20第第3 3章章 脉冲编码调制与