模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸

1、 第第4章章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)模擬信號(hào)數(shù)字傳輸系統(tǒng)受信者n多種變換：原始信號(hào)到電信號(hào)；數(shù)字化；多種變換：原始信號(hào)到電信號(hào)；數(shù)字化；n數(shù)字化：信源編碼。數(shù)字化：信源編碼。脈沖編碼的研究對(duì)象脈沖編碼的研究對(duì)象n內(nèi)容涉及語音信源編碼內(nèi)容涉及語音信源編碼 信源 信源編碼 信道編碼 調(diào)制 發(fā)射 傳輸媒質(zhì) 接收 解調(diào) 信道譯碼 信源解碼 信宿 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容一、一、 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制(PCM)基本原理基本原理二、二、 對(duì)數(shù)量化及其折線近似對(duì)數(shù)量化及其折線近似三、三、 PCM編碼原理編碼原理四、四、 增量調(diào)制增量調(diào)制(M)五、五、 圖像與語音的壓縮

2、編碼圖像與語音的壓縮編碼4.1 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制PCM4.1.1PCM基本原理基本原理脈沖編碼調(diào)制的概念是脈沖編碼調(diào)制的概念是1937年，由法國工程師年，由法國工程師Alec Reeres 最早出來的。最早出來的。1946年美國年美國Bell實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了第一臺(tái)實(shí)現(xiàn)了第一臺(tái)PCM數(shù)字電話終端機(jī)數(shù)字電話終端機(jī)1962年，晶體管年，晶體管PCM終端機(jī)大量應(yīng)用于市話網(wǎng)中終端機(jī)大量應(yīng)用于市話網(wǎng)中 局間局間 中繼線，使市話電纜傳輸電話路數(shù)擴(kuò)大中繼線，使市話電纜傳輸電話路數(shù)擴(kuò)大2430倍倍70年代后期，超大規(guī)模集成電路的年代后期，超大規(guī)模集成電路的PCM編、解碼編、解碼器的出現(xiàn)，使光纖通信、數(shù)

3、字微波通信、衛(wèi)星通器的出現(xiàn)，使光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信獲得了更廣泛的應(yīng)用信獲得了更廣泛的應(yīng)用nPCM包括：抽樣、量化、編碼三個(gè)過程包括：抽樣、量化、編碼三個(gè)過程n抽樣：時(shí)間離散化抽樣：時(shí)間離散化n量化：幅度離散化量化：幅度離散化n編碼：轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼編碼：轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼 模擬信源 預(yù)濾波 抽樣 波形編碼 信道 波形譯碼 重建濾波 信宿 4.1.1PCM基本原理基本原理PCM基本原理示意圖基本原理示意圖n現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)均采用現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)均采用脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 PCM (Pulse Code Modulation)體制。體制。 采樣頻率越高，編碼所需要的數(shù)據(jù)位就越多采樣頻率越高，

4、編碼所需要的數(shù)據(jù)位就越多采樣周期 Tt信號(hào)t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原4.1.2.1 抽樣定理抽樣定理n信號(hào)：最高頻率信號(hào)：最高頻率f H ，限帶限帶(0，f H)描述描述n無失真恢復(fù)條件：無失真恢復(fù)條件： 滿足滿足Nyquist抽樣定理抽樣定理n抽樣脈沖信號(hào)：抽樣脈沖信號(hào)：n時(shí)域抽樣信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào) t x(t) T s 2sHff( )TsttnT ( )( )ssx tx ttnT 4.1.2抽樣定理抽樣定理理理想想的的抽抽樣樣過過程程抽樣中的問題：抽樣中的問題：n上述抽樣定理是在如下三個(gè)前提下得到的，即：上述抽樣定理是在如下三個(gè)前提下得到的，即：n（1）信號(hào)

5、是嚴(yán)格帶限的（一個(gè)時(shí)間上有限的信號(hào)，不）信號(hào)是嚴(yán)格帶限的（一個(gè)時(shí)間上有限的信號(hào)，不可能同時(shí)又是嚴(yán)格帶限的信號(hào)，反之亦然）；可能同時(shí)又是嚴(yán)格帶限的信號(hào)，反之亦然）；n（2）抽樣用理想沖激序列；）抽樣用理想沖激序列；n（3）用理想低通濾波器來恢復(fù)原信號(hào)。）用理想低通濾波器來恢復(fù)原信號(hào)。n但實(shí)際上，上述三個(gè)條件沒有一個(gè)能夠完全滿足，因但實(shí)際上，上述三個(gè)條件沒有一個(gè)能夠完全滿足，因而會(huì)產(chǎn)生各種誤差。要對(duì)這些誤差進(jìn)行嚴(yán)格分析必須而會(huì)產(chǎn)生各種誤差。要對(duì)這些誤差進(jìn)行嚴(yán)格分析必須進(jìn)行復(fù)雜的處理，這里只作些簡單的說明。進(jìn)行復(fù)雜的處理，這里只作些簡單的說明。1.折疊（混疊）誤差首先考慮信號(hào)不是嚴(yán)格帶限時(shí)的情況。這

6、時(shí)抽樣信號(hào)的頻譜成分可能出現(xiàn)某些重疊，這種重疊叫做折疊誤差，如圖（b）所示。抽樣中的問題：抽樣中的問題：抽樣中的問題：抽樣中的問題：2.孔徑效應(yīng)孔徑效應(yīng)當(dāng)抽樣不是理想沖激抽樣，而是用實(shí)際脈沖進(jìn)行瞬時(shí)當(dāng)抽樣不是理想沖激抽樣，而是用實(shí)際脈沖進(jìn)行瞬時(shí)抽樣時(shí)，由于抽樣脈沖具有一定的寬度，當(dāng)通過理想抽樣時(shí)，由于抽樣脈沖具有一定的寬度，當(dāng)通過理想LPF時(shí)，不能完全恢復(fù)原信號(hào)，通常把這種影響稱作時(shí)，不能完全恢復(fù)原信號(hào)，通常把這種影響稱作孔徑效應(yīng)。這種失真可用適當(dāng)?shù)木怆娐酚枰匝a(bǔ)償。孔徑效應(yīng)。這種失真可用適當(dāng)?shù)木怆娐酚枰匝a(bǔ)償。3.內(nèi)插噪聲內(nèi)插噪聲內(nèi)插公式表明，要想恢復(fù)在內(nèi)插公式表明，要想恢復(fù)在t時(shí)刻的原信號(hào)

7、值，必須給時(shí)刻的原信號(hào)值，必須給出出t從到的全部樣值。也就是說，對(duì)于從到的全部樣值。也就是說，對(duì)于t=0時(shí)刻所加的時(shí)刻所加的脈沖，其沖激響應(yīng)只有在脈沖，其沖激響應(yīng)只有在t8 = M 個(gè)量化級(jí)，n即正、負(fù)輸入幅度范圍內(nèi)各有128 個(gè)量化級(jí)，這需要將13 折線中的每個(gè)折線段再均勻劃分16 個(gè)量化級(jí)，由于每個(gè)段落長度不均勻，因此正或負(fù)輸入的8 個(gè)段落被劃分成16 8 = 128個(gè)不均勻的量化級(jí)。PCM編碼編碼n按折疊二進(jìn)碼的碼型，這8 位碼的安排如下：n極性碼 段落碼 段內(nèi)碼C 1 C 2 C 3 C 4 C5 C 6 C 7 C 8 其中第1 位碼C 1 的數(shù)值“1”或“0”分別表示信號(hào)的正、負(fù)極

8、性，稱為極性碼。第2 至第4 位碼C 2 C 3 C 4為段落碼，代表8 個(gè)段落的起點(diǎn)電平。第5 至第8 位碼C5 C 6 C 7 C 8為段內(nèi)碼，這4 位碼的16 種可能狀態(tài)用來分別代表每一段落內(nèi)的16 個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。c) 編碼原理常用的逐次比較型編碼器原理n編碼器的任務(wù)是根據(jù)輸入的樣值脈沖編出相應(yīng)的8 位二進(jìn)代碼。除第一位極性碼外，其他7 位二進(jìn)代碼是通過類似天平稱重物的過程來逐次比較確定的。n逐次比較型編碼的原理與天平稱重物的方法相類似，樣值脈沖信號(hào)相當(dāng)被測物，標(biāo)準(zhǔn)電平相當(dāng)天平的砝碼。預(yù)先規(guī)定好一些作為比較標(biāo)準(zhǔn)的電流(或電壓)，稱為權(quán)值電流，用符號(hào)W I 表示。W I 的個(gè)數(shù)與編碼位數(shù)有關(guān)。當(dāng)樣值脈沖S I 到來后，用逐步逼近的方法有規(guī)律地用各標(biāo)準(zhǔn)電流W I 去和樣值脈沖比較，每比較一次出一位碼，當(dāng)S I W I 時(shí)，出“l(fā)”碼；反之出“0”碼，直到W I 和抽樣值S I 逼近為止，完成對(duì)輸入樣值的非線性量化和編碼。編碼原理圖編碼原理圖4.1.9.2 信道誤碼對(duì)信噪比的影響信道誤碼對(duì)信噪比的影響 常見模擬信號(hào)脈沖調(diào)制常見模擬信號(hào)脈沖調(diào)制 n除上一章利用正弦載波的模擬調(diào)制外，除上一