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1第4章模拟信号的数字化技术4.1概述数学描述:时域:已知语音信号的频带为300-3400Hz,对它进行等间隔采样,求信号带宽,奈奎斯特速率和耐奎斯特间隔。Ts1均匀量化和量化信噪功率比定义:把抽样信号值域等幅分割的量化过程称为均匀量化。量化误差(量化噪声):量化后的信号和原来信号存在误差,这种误差被称为量化误差。问题思考--均匀量化有哪些不足?非均匀量化的目的提高小信号的输出信号量噪比。非均匀量化的原理量化间隔随信号抽样值的不同而变化。信号抽样值小时,量化间隔v也小;信号抽样值大时,量化间隔v也变大。x非均匀量化的实现原理压缩扩展实例压缩(非线性电路)---输出:y=f(x)扩张(非线性电路)---输出:常用的压扩方法A压缩律(A律):主要用于英国、法国、德国等欧洲各国和我国大陆;压缩律(律):主要用于美国、加拿大和日本等国。A压缩律(A律)压缩规律:13折线压缩特性-A律的近似13折线压缩特性A=87.6A律与13折线压缩特性比较压缩律压缩规律:μ压缩律斜率(假设μ为100):15折线压缩特性讨论:●上式表示的是一个近似对数关系→μ律也称近似对数压扩率;●μ输入越小,压缩越小;●μ=0时,y=x,压缩特性是一条过原点的直线→没有压扩效果;●μ越大,压扩作用越明显→对改善小信号的特性越有利,一般,μ>100,通常选μ=255。●Ⅰ、Ⅲ象限奇对称。问题:此前介绍的A律,μ律压扩特性都是连续曲线,在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。解决办法:实际中通常用数字压扩逼近上述两种特性。数字压缩特性:●A律:13折线--(A87.6/13—PCM30/32路);●μ律:15折线--(μ255/15—PCM24路)。重点:讲A律13折线--我国采用PCM30/32路。非均匀量化和均匀量化比较PCM编码原理把从模拟信号抽样、量化,直到变换成为二进制符号的基本过程,称为脉冲编码调制(PulseCodeModulation),简称脉码调制。PCM原理电路实现——逐次比较法编码原理编码表自然二进制码和折叠二进制码码字:在编码时,每个量化级都是用一定位数的二进制码来表示的,这一组二进制码就称为码字。码型:码字中码位的整体编排方式称为码型。PCM中常用的码型:自然二进码;折叠二进码;循环二进码量化电平序号折叠码的优点①编码电路和编码过程简单;②误码对于小电压的影响较小,有利于减小语音信号的平均量化噪声。在语音通信中,通常采用8位的PCM编码就能够保证满意的通信质量。码位排列方法段落码编码规则段内码编码规则3.3.2PCM编码器编码器原理例1:设输入电话信号抽样值的归一化动态范围在-1至+1之间,将此动态范围划分为4096个量化单位,即将1/2048作为1个量化单位。当输入抽样值为+1270个量化单位时,试用逐次比较法编码将其按照13折线A律特性编码。2)确定段落码c2c3c4:由段落码编码规则表可见,c2值决定于信号抽样值大于还是小于128,即此时的权值电流Iw=128。现在输入抽样值等于1270,故c2=1。3)确定段内码c5c6c7c8:段内码是按量化间隔均匀编码的,每一段落均被均匀地划分为16个量化间隔。由编码规则表可见,决定c5等于“1”还是等于“0”的权值电流值在量化间隔7和8之间,即有Iw=1536。现在信号抽样值Is=1270,所以c5=0。同理,决定c6值的权值电流值在量化间隔3和4之间,故Iw=1280,因此仍有Is<Iw,所以c6=0。如此继续下去,决定c7值的权值电流Iw=1152,现在Is>Iw,所以c7=1。最后,决定c8值的权值电流Iw=1216,仍有Is>Iw,所以c8=1。这样编码得到的8位码组为c1c2c3c4c5c6c7c8=11110011。c1c2c3c4c5c6c7c8=11110011表示的量化值应该在第8段落的第3间隔中间,即等于(1280-1216)/2+1216=1248(量化单位)。将此量化值和信号抽样值相比,得知量化误差等于1270–1248=22(量化单位)。PCM译码器c2~c8段落【解】12位线性码:100111000000译码输出的样值:+1248(量化单位)3.3.4PCM编译码器芯片小结思考题:8k抽样频率,那么,1路标准A律对数压扩PCM信号需要用多大的传输速率?