PCM編碼譯碼設(shè)計(jì)

1、現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：PCM編碼及譯碼專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：任課教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：PCM編碼及譯碼一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)輸入信號(hào)為x(t)二Asin2t,對(duì)X(t)信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化c和律編碼，經(jīng)過(guò)傳輸后，接收端進(jìn)行譯碼。畫(huà)出經(jīng)過(guò)編碼、譯碼后的波形與未編碼波形；設(shè)信道沒(méi)有誤碼，畫(huà)出不同幅度情況下，譯碼后的量化信噪比；二、設(shè)計(jì)任務(wù)分析基本模型：采用仿真，基本框型圖如下:抽樣：對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后包含原信號(hào)所有信息，也就能夠無(wú)失真的回復(fù)模擬信號(hào)。在某些選定的時(shí)刻抽取連續(xù)時(shí)間信號(hào)在各該時(shí)刻的值。數(shù)字計(jì)算機(jī)所處理的信號(hào)必須是離散

2、時(shí)間信號(hào)。在涉及連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)，就必須先以適當(dāng)?shù)念l度從中抽取其在各時(shí)刻的數(shù)值，形成相應(yīng)的離散時(shí)間信號(hào)，然后進(jìn)行處理。A律壓縮用13段折線逼近的律壓縮特性軸：0內(nèi)1不均勻分成8段,每次以1/對(duì)2分（即按2的冪次分段）軸：內(nèi)等分成段每段間隔均為各交點(diǎn)連接構(gòu)成段折線，斜率不同0 x1/AAxy1,lnA用13段折線逼近的律壓縮特性1+lnAxy=1+lnA1/Ax1用13段折線逼近的律壓縮特性用13段折線逼近的律壓縮特性用13段折線逼近的律壓縮特性用13段折線逼近的律壓縮特性量化：用有限的電平來(lái)表示抽樣值的過(guò)程（從而可進(jìn)一步編碼），且電平間隔大于噪聲，則可準(zhǔn)確恢復(fù)樣值。把取值連續(xù)的信號(hào)變成取值離散的

3、信號(hào),引入失真即量化誤差。在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，量化指將信號(hào)的連續(xù)取值（或者大量可能的離散取值）近似為有限多個(gè)（或較少的）離散值的過(guò)程。量化主要應(yīng)用于從連續(xù)信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換中。連續(xù)信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣成為離散信號(hào)，離散信號(hào)經(jīng)過(guò)量化即成為數(shù)字信號(hào)。注意離散信號(hào)通常情況下并不需要經(jīng)過(guò)量化的過(guò)程，但可能在值域上并不離散，還是需要經(jīng)過(guò)量化的過(guò)程。信號(hào)的采樣和量化通常都是由ADC實(shí)現(xiàn)的。量化方法（段落非均勻量化，段內(nèi)均勻量化）8位量化共28=2量5化6級(jí)，正/負(fù)各12；8每段再均勻劃分16個(gè)量化級(jí)；各段量化間隔不同。第8段最大1/32（；2第-15,）段2最小1/2048（；2-為避免分?jǐn)?shù)，令的歸一化值為量化

4、單位,可寫(xiě)出律折線的參數(shù)。將想（）作為輸入信號(hào)，進(jìn)行抽樣量化，律壓縮編碼，即坐標(biāo)橫軸，可使用折線方法，逼近取的律壓縮曲線，軸即為壓縮編碼。量化信噪比：TOC o 1-5 h z設(shè)壓縮曲線fx）=則匕f-噪聲功率:BX（=.CxaW*（英信號(hào)功率S=2才以心量化信噪比$-4處（5）上式表明：壓縮特性為艮擻特性時(shí)，量化器的信噪比始終保持常數(shù)，耳輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)!實(shí)現(xiàn)了最佳非均勻量化.國(guó)際上通用的兩種對(duì)數(shù)壓縮特性：妙和虛。本次設(shè)計(jì)采用的是盒律13折線。的概念脈沖編碼調(diào)制就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對(duì)模擬信號(hào)先抽樣，再對(duì)樣值幅

5、度量化，編碼的過(guò)程。抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)，抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。抽樣速率采用8H量化，就是把經(jīng)過(guò)抽樣得到的瞬時(shí)值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來(lái)表示,通常是用二進(jìn)制表示。量化誤差：量化后的信號(hào)和抽樣信號(hào)的差值。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。量化級(jí)數(shù)越多誤差越小，相應(yīng)的二進(jìn)制碼位數(shù)越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。為使量化噪聲盡可能小而所需碼位數(shù)又不太多，通常采用非均勻量化的

6、方法進(jìn)行量化。非均勻量化根據(jù)幅度的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔，幅度小的區(qū)間量化間隔取得小，幅度大的區(qū)間量化間隔取得大。一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，它僅為有限個(gè)數(shù)值。編碼，就是用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值。然而，實(shí)際上量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成的，故編碼過(guò)程也稱為模/數(shù)變換，可記作/話音信號(hào)先經(jīng)防混疊低通濾波器，進(jìn)行脈沖抽樣，變成重復(fù)頻率的抽樣信號(hào)（即離散的脈沖調(diào)幅信號(hào)），然后將幅度連續(xù)的信號(hào)用“四舍五入”辦法量化為有限個(gè)幅度取值的信號(hào)，再經(jīng)編碼后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。對(duì)于電話，規(guī)定抽樣率為8H每抽樣值編8位碼，即共有2A8=256個(gè)量化值，因而每話路編碼后

7、的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是6b為解決均勻量化時(shí)小信號(hào)量化誤差大，音質(zhì)差的問(wèn)題，在實(shí)際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號(hào)時(shí)分層密，量化間隔小，而在大信號(hào)時(shí)分層疏，量化間隔大。三、設(shè)計(jì)結(jié)果和分析在MATLAB上進(jìn)行仿真后，所得的結(jié)果如下未編碼的信號(hào)與經(jīng)過(guò)編碼波形對(duì)比:回0.S0-0502345GS9100.60回0.S0-0500.20.30.40.60.60.70.60-0.500.20.30.40.60.70.6未編碼信號(hào)滅形編譯碼后得到的信近液形nafe篝縱跟搖”凰00未編碼信號(hào)滅形編譯碼后得到的信近液形FileEditViewInsertToolsDesktopWindowH

8、elpFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpDdH|fe0|n0未編碼的正弦信號(hào)經(jīng)律編譯碼后的量化信噪比:總結(jié)分析：在仿真的過(guò)程中，多次觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論，通過(guò)MATLAB所設(shè)計(jì)的程序，成功的實(shí)現(xiàn)了將不同幅度的模擬正弦信號(hào)，進(jìn)行采樣、量化、A律PCM編碼、譯碼，最后得到譯碼的信號(hào)，計(jì)算量化信噪比，繪制量化信噪比曲線，并比較未編碼與經(jīng)過(guò)A律PCM編譯碼后得到的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)波形大致相同且得到的量化噪聲比曲線與理論上的曲線也大致一致。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，多次因?yàn)樽畛鯏?shù)據(jù)選擇的原因，造成了反復(fù)修改程序的情況出現(xiàn)，這使得在小組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，連帶的出現(xiàn)了其他問(wèn)題，小

9、組成員經(jīng)過(guò)討論和調(diào)試，最終確定了需要采用的數(shù)據(jù)以及方法，最終的出了差強(qiáng)人意的實(shí)驗(yàn)成果。資料搜索和整合過(guò)程，也是十分繁復(fù)的，在不同的資料中，找到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所需要的相關(guān)部分，我們采用了多方面調(diào)查的方法，包括網(wǎng)絡(luò)和書(shū)籍等，通過(guò)調(diào)查檢索，得到了所需要的信息。設(shè)計(jì)要求中的各個(gè)環(huán)節(jié)，也做了相應(yīng)的分析。從程序調(diào)試的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)程序存在一點(diǎn)不足，所得到的量化信噪比曲線存在一定的缺陷，在以后的學(xué)習(xí)生活中，將對(duì)這一方面進(jìn)行更深層次的探索和學(xué)習(xí)。心得與體會(huì)：在此次實(shí)驗(yàn)仿真的過(guò)程中，小組成員，分工合理，在程序調(diào)試和代碼檢測(cè)上，下了很大的功夫，這也說(shuō)明了，我們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)生活中，對(duì)這方面的學(xué)習(xí)探究工作，做的不夠，做的不好。

10、這次設(shè)計(jì)課程中，我們也了解了專業(yè)知識(shí)的冰山一角，在繁瑣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，多次遇到了各方面，各層次困難。尤其是在代碼調(diào)試和檢查程序錯(cuò)誤以及題目分析的過(guò)程中。不僅僅是完成一門課程，還能給我們能力一定的提升，它不僅包括動(dòng)手能力，還包括學(xué)習(xí)能力、判斷能力、搜集資料的能力、交流能力、心理素質(zhì)等。在大一、大二已經(jīng)做過(guò)很多課程設(shè)計(jì)，總結(jié)以前課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，花了我很多時(shí)間，付出了少心血，不過(guò)并沒(méi)有得到我想要的回報(bào)。不過(guò)我還是比較滿意我自己的表現(xiàn)，雖然也還有些不足。從設(shè)計(jì)中獲得的知識(shí)，得到的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我以后的學(xué)習(xí)、工作都是有幫助的。在這次課程設(shè)計(jì)中，不僅對(duì)于以前的上理論課中一些不清楚的地方有了新的認(rèn)識(shí)，對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)

11、單的數(shù)字通信系統(tǒng)有了一定的了解，而且對(duì)于如何將理論轉(zhuǎn)化成程序有了些更深刻的體會(huì)，編程中處理問(wèn)題的能力也有所增強(qiáng)。雖然是一個(gè)簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)做事態(tài)度方面有了不同的理解，事情無(wú)論大小，我們都應(yīng)該認(rèn)真面對(duì)，盡自己的能力去做，不能因?yàn)槭虑樾【筒槐M心。課本和給出的實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)習(xí)了一下相關(guān)理論知識(shí)。由于之前學(xué)過(guò)相關(guān)的內(nèi)容，再次溫習(xí)花的時(shí)間也不會(huì)太多。這個(gè)課程設(shè)計(jì)從開(kāi)始做到完成，雖然總共花的時(shí)間并不算長(zhǎng)，但是讓我明白了無(wú)論是這次的通信原理課程設(shè)計(jì)還是其他工程或是畢業(yè)設(shè)計(jì)，乃至今后的實(shí)習(xí)和工作中，都是一個(gè)溫故而知新的過(guò)程，技術(shù)的更新是非常迅速的，但是理論基礎(chǔ)是根本，是必不可少的，只有學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)才有可能談

12、其他創(chuàng)新和發(fā)展。另外在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中也會(huì)遇到很多困難。首先，此次設(shè)計(jì)用的設(shè)計(jì)軟件是MATLAB,由于軟件編程一直是我的薄弱項(xiàng)，所以開(kāi)始就有畏難的情緒。但是通過(guò)仔細(xì)閱讀老師給出的參考程序片段，上網(wǎng)搜索已有的程序案例，讀懂相關(guān)的程序功能，并根據(jù)實(shí)際需求作出適當(dāng)修改，就能符合設(shè)計(jì)要求。其次，在程序運(yùn)行的過(guò)程中也會(huì)由于子程序引用時(shí)的格式錯(cuò)誤，使得不能編譯通過(guò)，通過(guò)重新了解相關(guān)格式，仔細(xì)檢查程序和向其他同學(xué)請(qǐng)教等方式，發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤。因此，很多事情不是因?yàn)殡y以做到，我們才失去信心；相反，是因?yàn)槲覀兪バ判模虑椴棚@得困難，所以克服畏難情緒，靜下心來(lái)，通過(guò)努力，很多看起來(lái)困難的事情其實(shí)并不難。總體而言

13、，這次課程設(shè)計(jì)使我受益匪淺，讓我更加深入的了解了PCM脈沖編碼調(diào)制的原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)MATLAB編程，對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作起到了一定的作用。實(shí)驗(yàn)代碼：t=0:0.01:10;m1=-60:1:0;%輸入的正弦信號(hào)幅度不同m=104(ml/20);figure(1)fori=1:length(m)forj=1:2x1=m(i)*sin(2*pi*t+2*pi*rand(1);v=1;x=x1/v;%normalizesxx=floor(x*4096);y=pcm_encode(sxx);y2=pcm_decode(y,v);nq(j)=sum(x1-y2).*(x1-y2)/length(x1);

14、sq(j)=mean(y2.A2);snr(j)=(sq(j)/nq(j);drawnowsubplot(211)plot(t,x1);title(未編碼信號(hào)波形)；subplot(212)plot(t,y2)title(編譯碼后得到的信號(hào)波形)；endsnrq(i)=10*log10(mean(snr);endfigure(2)drawnowsubplot(211)plot(t,x1);axis(00.7-11);title(未編碼信號(hào)波形)；subplot(212)plot(t,y2)axis(00.7-11);title(編譯碼后得到的信號(hào)波形)；figure(3)plot(m1,snr

15、q)；axis(-600060)；title(xulie的量化信噪比)grid；PCM編碼函數(shù)程序：functionout=pcm_encode(x)%xencodetopcmcoden=length(x)；%-4096x0out(i,1)=1；elseout(i,1)=0；endifabs(x(i)=0&abs(x(i)32out(i,2)=0；out(i,3)=0；out(i,4)=0；step=2；st=0；elseif32=abs(x(i)&abs(x(i)64out(i,2)=0；out(i,3)=0；out(i,4)=1；step=2；st=32；elseif64=abs(x(i)

16、&abs(x(i)128out(i,2)=0；out(i,3)=1；out(i,4)=0；step=4；st=64；elseif128=abs(x(i)&abs(x(i)256out(i,2)=0；out(i,3)=1；out(i,4)=1；step=8；st=128elseif256=abs(x(i)&abs(x(i)512out(i,2)=1；out(i,3)=0；out(i,4)=0；step=16；st=256；elseif512=abs(x(i)&abs(x(i)1024out(i,2)=1；out(i,3)=0；out(i,4)=1；step=32；st=512；elseif102

17、4=abs(x(i)&abs(x(i)2048out(i,2)=1；out(i,3)=1；out(i,4)=0；step=64；st=1024；elseif2048=abs(x(i)&abs(x(i)=4096)out(i,2:8)=1111111；elsetmp=floor(abs(x(i)-st)/step);t=dec2bin(tmp,4)-48;%函數(shù)dec2bin輸出的是ASCII字符串，48對(duì)應(yīng)0out(i,5:8)=t(1:4);endendout=reshape(out,1,8*n);PCM解碼函數(shù)程序：functionout=pcm_decode(in,v)%decodetheinputpcmcode%in:inputthepcmcode8bitssample%v:quantizedleveln=length(in);in=reshape(in,8,n/8);slot(1)=0;slot(2)=32;slot(3)=64;slot(4)=128;slot(5)=256;slot(6)=512;s