2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1

第六章

信源編碼2025/4/20信息與通信工程學(xué)院2數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼、信道編碼、加密信源譯碼、信道譯碼、解密信源編碼:提高系統(tǒng)的有效性。信道編碼(糾錯編碼):提高系統(tǒng)的可靠性。本章內(nèi)容在通信系統(tǒng)模型中的位置2025/4/20信息與通信工程學(xué)院3本章內(nèi)容離散無記憶信源（DMS）編碼抽樣定理脈沖編碼調(diào)制（PCM）PCM信號的時分復(fù)用PCM系統(tǒng)的抗噪聲性能自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）增量編碼調(diào)制(DM）PCM系統(tǒng)與DM系統(tǒng)的比較話音和圖像信號的壓縮編碼46.1.離散無記憶信源（DMS）編碼信源編碼：為使代表消息的信號在數(shù)字系統(tǒng)中有效地傳輸，必須將信源輸出的信號進(jìn)行變換，使之變成合適

的數(shù)字脈沖串（一般為二進(jìn)制脈沖）的過程。信源編碼目的：第一，將信號變換為適合于數(shù)字通信系統(tǒng)處理和傳輸?shù)臄?shù)字信號形式。對模擬信源，應(yīng)首先進(jìn)行A/D變換；第二，提高通信的有效性，盡可能地減少原消息中的冗余度（Redundancy），進(jìn)行壓縮信號帶寬的編碼，使單位時間或單位系統(tǒng)頻帶上所傳的信息量最大。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院56.1

離散無記憶信源（DMS）編碼離散信源編碼：把每個符號用一定長度的代碼來表示。

DMS編碼效率：H(x)/N即每位二進(jìn)制碼所代表的信源的信息量。

信息論中已經(jīng)證明，每個符號的二進(jìn)制代碼平均長度N最短不應(yīng)小于信源的熵。代碼長度可以是等長的，也可以不等長。編碼方法不同，編碼效率也不同。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院66.1.1等長編碼

等長編碼（均勻編碼）：不管符號出現(xiàn)的概率如何，每個符號都用N位二進(jìn)制碼表示。[例]：

一次實驗可能出現(xiàn)四種概率不同結(jié)果，我們可以用兩位碼00，01，10，11分別表示四種結(jié)果。

設(shè)信源共有L

種符號，需要編碼長度為N。L

為2的整數(shù)次冪L不為2的整數(shù)次冪N=log2LN=[log2L]+12025/4/20信息與通信工程學(xué)院76.1.1等長編碼

N>=log2LJ=

Jlog2L

L為2的整數(shù)次冪時，編碼效率為100%。

L不為2的整數(shù)次冪時，符號平均信息量與編碼長度之間最多相差1比特。擴(kuò)展編碼：為了提高編碼效率,將連續(xù)多個符號進(jìn)行統(tǒng)一編碼。

對J個符號擴(kuò)展編碼時，必有個LJ個不同碼字，每個碼字編碼長度為因此，當(dāng)L》1時，編碼效率下降不嚴(yán)重，但當(dāng)值L

較小時，編碼效率較低。符號等概出現(xiàn)2025/4/20信息與通信工程學(xué)院86.1.1等長編碼

由上看出，擴(kuò)展編碼后使每個符號所增加的1比特下降到了1/J比特，從而提高了編碼效率。這時，每個信源符號平均位數(shù)N=N/J=[log2L]+1/J對N取整數(shù)，得N=[Jlog2L]+1符號不等概出現(xiàn)時,編碼效率更低。解決辦法：采用不等長編碼。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院96.1.2不等長編碼

不等長編碼：將出現(xiàn)概率較大的符號用位數(shù)較短的二進(jìn)制碼字表示，而出現(xiàn)概率較小的符號用位數(shù)較長的二進(jìn)制碼字表示。不等長編碼提高了編碼效率，是一種概率匹配編碼。哈夫曼（Huffman）碼：最佳的匹配編碼，單義可譯碼，平均編碼長度最短的碼。哈夫曼碼性質(zhì)：碼組中任意一個碼字都不是另一較長碼字的前綴。這一重要性質(zhì)使得哈夫曼碼成為唯一可譯碼。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院106.1.2不等長編碼

假設(shè)哈夫曼編碼中，出現(xiàn)概率為P(xi)的符號的編碼長度為ni，則每個符號的平均碼長為可以證明，每個符號的平均碼長滿足2025/4/20信息與通信工程學(xué)院11[例]

若氣象臺用四種符號發(fā)布天氣預(yù)報：A表示晴天，B表示陰天，C表示雨天，D表示霧天。設(shè)它們出現(xiàn)的概率分別為：1/2，1/4，1/8，1/8。求其哈夫曼編碼及碼的平均長度。編碼的結(jié)果為：A：0；B：10；C：110；D：111。

6.1.2不等長編碼

解：2025/4/20信息與通信工程學(xué)院126.1.2不等長編碼

該信源的熵為比特/符號平均編碼長度為編碼效率H(x)/N為100%。編碼的結(jié)果為：A：0；B：10；C：110；D：111。

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院13香農(nóng)第一定理

上式說明我們總可以（通過擴(kuò)展編碼）使編碼的平均長度任意接近信源的熵，從而提高信源的編碼效率。6.1.2不等長編碼

對不等長編碼，如果不是對每一個符號單獨進(jìn)行編碼，而是對J個符號進(jìn)行擴(kuò)展編碼，則編碼效率會進(jìn)一步提高。這時平均碼長可用下式表示

---香農(nóng)（Shannon）無干擾編碼定理2025/4/20信息與通信工程學(xué)院146.2抽樣定理

當(dāng)信源輸出是模擬信號（如：話音信號、圖像信號等）時，為了使這些信號能在數(shù)字系統(tǒng)中傳輸，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在接收端進(jìn)行相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換。第一步，將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的樣值，該過程稱為抽樣。第二步，將樣值脈沖在幅度上離散化，它用預(yù)先規(guī)定的有限個電平來表示每一個模擬抽樣值，該過程稱為量化。A/D轉(zhuǎn)換的步驟：

能否由離散的樣值序列重建原始的模擬信號，是抽樣定理要回答的問題。抽樣定理是模擬信號數(shù)字化的理論基礎(chǔ)。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院156.2.1低通信號的抽樣定理

設(shè)信號的頻譜限制在fL(下截止頻率)與fH

(上截止頻率)之間。B=

fH

-fL，稱為信號的帶寬。低通信號：

fL

<

B。如話音信號（300~3400赫茲）帶通信號:

B

<

fL。

如FDM信號（4~7千赫茲）低通信號均勻抽樣定理：一個頻帶限制在(0,fH)赫茲內(nèi)的低通信號f(t)如果以fS大于等于2fH赫茲的抽樣頻率(或以TS小于等于1/2fH秒的抽樣間隔）對其進(jìn)行等間隔的抽樣，則信號將由所得到的抽樣值完全確定。最小抽樣頻率（2fH赫茲）稱為奈奎斯特（Nyquist）速率。

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院16

f(t)f

S(t)6.2.1低通信號的抽樣定理

抽樣過程2025/4/20信息與通信工程學(xué)院17抽樣過程中各點信號及其頻譜

6.2.1低通信號的抽樣定理

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院186.2.1低通信號的抽樣定理

混疊現(xiàn)象：當(dāng)fS小于等于2fH時，抽樣信號的頻譜會出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，帶來恢復(fù)信號的失真。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院19

6.2.2自然抽樣

自然抽樣波形及頻譜2025/4/20信息與通信工程學(xué)院206.2.3平頂抽樣

平頂抽樣模型及抽樣波形2025/4/20信息與通信工程學(xué)院216.2.4帶通信號的抽樣定理帶通信號：頻譜限制在fL與fH之間，B=fH–fL，且B

<

fL的信號。

對帶通信號來說，抽樣頻率不一定需要大于帶通信號上截止頻率的兩倍。對帶通信號來說，抽樣頻率接近信號帶寬的兩倍。當(dāng)fH是帶寬B的整數(shù)倍時，抽樣頻率等于2B。式中，n

為小于fH/B

的最大整數(shù)。帶通信號抽樣定理：設(shè)fH=nB+kB()，則抽樣頻率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院22fS與fH的關(guān)系曲線

6.2.4帶通信號的抽樣定理2025/4/20信息與通信工程學(xué)院23上一講主要內(nèi)容抽樣定理低通信號均勻抽樣(2fH)、帶通信號抽樣(2B)信源編碼目的：A/D變換（模擬信源）；減少冗余度DMS編碼效率：等長編碼；擴(kuò)展編碼；不等長編碼：哈夫曼（Huffman）碼離散無記憶信源（DMS）編碼復(fù)用概念、復(fù)用目的、復(fù)用方式：（FDM、TDM

）

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院246.2.4帶通信號的抽樣定理

國際上，CCITT[1993年3月，CCITT改為ITU-T（國際電信聯(lián)盟-電信標(biāo)準(zhǔn)部門）]建議：話音信號：

0-4千赫茲（300~3400赫茲）每秒取8千個樣值（8kHz速率抽樣）或以125微秒間隔進(jìn)行抽樣話音信號PCM編碼時2025/4/20信息與通信工程學(xué)院25

6.3脈沖模擬調(diào)制

脈沖調(diào)幅（PAM--PulseAmplitudeModulation）脈沖調(diào)寬（PDM---PulseDurationModulation）脈沖調(diào)位(PPM---PulsePositionModulation）

脈沖模擬調(diào)制：用脈沖作為載波的一種調(diào)制方式，即用模擬基帶信號對脈沖的參數(shù)（幅度、寬度及時間位置）進(jìn)行控制調(diào)制得到的一種調(diào)制方式。脈沖模擬調(diào)制種類：2025/4/20信息與通信工程學(xué)院26脈沖模擬調(diào)制信號波形

基帶波形脈沖載波PAMPDMPPM

6.3脈沖模擬調(diào)制

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院27

6.4

脈沖編碼調(diào)制（PCM）1937年：由法國工程師瑞維斯（A.H.Reeves）提出。脈沖編碼調(diào)制PCM---PulseCodeModulation，是一種將模擬信號經(jīng)過抽樣、量化和編碼變換成數(shù)字信號的編碼方式。

1946年：美國Bell實驗室制造出第一臺PCM數(shù)字電話終端機(jī)。

上世紀(jì)60年代以后，晶體管PCM終端機(jī)開始大量應(yīng)用于市話網(wǎng)的中繼線路中使市話電纜傳輸電話的路數(shù)擴(kuò)大了幾十倍隨著超大規(guī)模集成電路的PCM編、解碼器的出現(xiàn)PCM在通信系統(tǒng)中獲得了更廣泛的應(yīng)用2025/4/20信息與通信工程學(xué)院28信道譯碼LPF干擾

PCM通信系統(tǒng)的基本組成

6.4.1PCM基本原理抽樣量化編碼PCM編碼時間離散模擬信號多進(jìn)制數(shù)字信號二進(jìn)制數(shù)字信號2025/4/20信息與通信工程學(xué)院29PCM三個步驟：抽樣、量化和編碼。

6.4.1PCM基本原理抽樣將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的抽樣信號。量化把抽樣信號變?yōu)榉入x散的數(shù)字信號

。編碼將量化后的數(shù)字信號（多進(jìn)制）表示為二進(jìn)制碼組輸出。

從調(diào)制角度來看，PCM編碼過程可認(rèn)為是一種特殊的調(diào)制方式，即用模擬信號去改變脈沖載波序列有無或“0”、“1”，所以PCM稱為脈沖編碼調(diào)制。

PCM碼組，經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩撕?，先對PCM碼組進(jìn)行譯碼，然后通過理想低通濾波器濾波，就得到重構(gòu)的模擬信號。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院306.4.2均勻量化與量化噪聲02025/4/20信息與通信工程學(xué)院31量化誤差（量化噪聲）：量化信號與原信號之間存在著一定的誤差。量化誤差一般在內(nèi)變化。6.4.2均勻量化與量化噪聲量化過程：用預(yù)先規(guī)定的有限個電平來表示每一個模擬抽樣值，將

樣值脈沖在幅度上離散化。均勻量化時，量化臺階大小相同，為量化臺階（量化節(jié)）：量化區(qū)間大小，用符號表示。量化分層數(shù)：量化區(qū)間個數(shù)，用符號

L表示。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院320其它量化噪聲平均功率Nq，可由下式求得量化噪聲平均功率6.4.2均勻量化與量化噪聲

假設(shè)信號取值的概率分布是均勻的，且誤差信號e(t)

的分布在內(nèi)也是均勻的，則誤差信號的概率密度為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院33量化噪聲平均功率6.4.2均勻量化與量化噪聲量化分層數(shù)（L值）越大，量化臺階越小量化噪聲平均功率越小。Nq僅與量化臺階平方成正比當(dāng)信號變化范圍確定時量化噪聲永遠(yuǎn)不可能消除。量化噪聲隨信號出現(xiàn)而存在，隨信號消失而消失。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院346.4.2均勻量化與量化噪聲設(shè)信號在范圍內(nèi)均勻分布，即信號概率密度函數(shù)為量化后信號功率為量化信號平均功率信號均勻地量化為L個電平，取值為：2025/4/20信息與通信工程學(xué)院356.4.2均勻量化與量化噪聲當(dāng)L

>>1時，信號功率近似為或量化信噪比2025/4/20信息與通信工程學(xué)院36量化臺階固定，量化噪聲不變。信號較小時，信號的量化信噪比也小。小信號時

，信號的動態(tài)范圍將受到較大限制。動態(tài)范圍：滿足信噪比要求的輸入信號的取值范圍。均勻量化不足:解決辦法：采用非均勻量化。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院376.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化根據(jù)信號不同的取值區(qū)間來確定量化臺階信號取值小的區(qū)間，量化臺階小信號取值大的區(qū)間，量化臺階大實現(xiàn)方法：非均勻量化思想：對信號進(jìn)行壓擴(kuò)處理發(fā)送端對信號進(jìn)行壓縮后再均勻量化接收端進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)張以恢復(fù)原信號2025/4/20信息與通信工程學(xué)院38壓縮：對信號進(jìn)行不均勻放大的過程,小信號時

放大倍數(shù)大，大信號時放大倍數(shù)小。擴(kuò)張：壓縮的反變換過程。壓縮器是一個非線性變換電路，它將輸入變量變換成另一個變量，即y=g(x)，接收端采用一個傳輸特性為x=g-1(y)的擴(kuò)張器來恢復(fù)。實際系統(tǒng)中常采用對數(shù)式壓擴(kuò)特性。6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化壓擴(kuò)種類：μ律對數(shù)壓擴(kuò)、A律對數(shù)壓擴(kuò)。

μ律壓縮標(biāo)準(zhǔn)：美國和日本等國采用

A律壓縮標(biāo)準(zhǔn)：我國和歐洲采用2025/4/20信息與通信工程學(xué)院396.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化μ律對數(shù)壓縮特性為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院40μ律對數(shù)壓擴(kuò)特性圖6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院41A律對數(shù)壓縮特性為6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院42A律對數(shù)壓縮特性6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院43對數(shù)壓縮特性的折線近似

解決辦法：

采用數(shù)字電路技術(shù)用折線方法來近似壓縮特性。6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化

按原CCITT（ITU-T）建議，對話音信號的PCM編碼采用13折線逼近A律壓縮特性，15折線逼近μ律壓縮特性。理想壓縮特性早期是用二極管的非線性來實現(xiàn)的。問題：二極管的一致性不好，難以保證壓縮特性的一致性與穩(wěn)定性，同時也很難做到壓縮與擴(kuò)張?zhí)匦韵嗥ヅ洹?025/4/20信息與通信工程學(xué)院4413折線的產(chǎn)生方法(1)：6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化第一步，把x劃分為不均勻的8段。第一分點取在1/2處，第二分點取在1/4處，以后每個分點都取在剩余段的1/2處。這樣得到8段分別為：第1段，第2段，第3段，…，第8段。

第二步，把y軸表示的輸出信號均勻地劃分為8段，分別為：第1段，第2段，第3段，…，第8段。

第三步，將原點與坐標(biāo)點相連，再將各坐標(biāo)點互連，得到8段直線連成的一條折線。由于第1段和第2段直線的斜率相同，都為16，所以實際上只有7段直線。由于負(fù)方向第1段與正負(fù)方向第1段直線的斜率相同，因而，正負(fù)雙向的折線一共由13段直線組成，故稱其為13折線。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院4513折線的產(chǎn)生方法(1)

6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院4613折線的產(chǎn)生方法(1)

6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院4713折線的產(chǎn)生方法(2)6.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院486.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化由A律壓縮特性，可求出直線斜為，將A=87.6代入此式，可得。13折線與A律壓縮特性曲線近似程度：2025/4/20信息與通信工程學(xué)院496.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化非均勻量化是通過對輸出信號均勻地分層實現(xiàn)的。

輸出信號被均勻地劃分為8段，再將每段均勻地劃分為16等份，共有個8*16=128個均勻量化級。輸出信號的均勻量化對應(yīng)到輸入信號是非均勻量化。非均勻量化過程(1)2025/4/20信息與通信工程學(xué)院506.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化

小信號時，量化臺階小，大信號時，量化臺階大。最小的是第1段，量化臺階為1/2048；第2段的長度與第1段的長度相同；第3段的量化臺階為1/1024；第4段的量化臺階為1/512；

...第8段的量化臺階為1/32。

非均勻量化過程(2)2025/4/20信息與通信工程學(xué)院516.4.3壓擴(kuò)原理及非均勻量化大信號與小信號的量化臺階相差64倍若以為量化臺階進(jìn)行均勻量化的話，則量化級數(shù)為2048采用非均勻量化時，量化級數(shù)僅為1282025/4/20信息與通信工程學(xué)院52信道譯碼LPF干擾

PCM通信系統(tǒng)的基本組成

抽樣量化編碼PCM編碼時間離散模擬信號多進(jìn)制數(shù)字信號二進(jìn)制數(shù)字信號2025/4/20信息與通信工程學(xué)院53上節(jié)課主要內(nèi)容(1)抽樣定理低通信號均勻抽樣(2fH)、帶通信號抽樣(2B)PCM三個步驟：抽樣、量化和編碼。

量化過程：

用預(yù)先規(guī)定的有限個電平來表示每一個模擬抽樣值，將樣值脈沖在幅度上離散化。

量化信噪比ITU：國際電信聯(lián)盟InternationalTelecommunicationUnion

ITU-T國際建議：話音信號8kHz，或以125微秒間隔進(jìn)行抽樣。均勻量化的特點、不足：動態(tài)范圍受限2025/4/20信息與通信工程學(xué)院54上節(jié)課程內(nèi)容(2)非均勻量化實現(xiàn)：壓擴(kuò)+均勻量化壓擴(kuò)種類：μ律對數(shù)壓擴(kuò)、A律對數(shù)壓擴(kuò)。對數(shù)壓縮特性的折線近似A律87.6對數(shù)壓擴(kuò)13折線2025/4/20信息與通信工程學(xué)院556.4.4PCM編碼

自然二進(jìn)制碼組NBC(NaturalBinaryCode）；折疊二進(jìn)制碼組FBC(FoldedBinaryCode)；格雷二進(jìn)制碼組RBC(GrayorReflectedBinaryCode）。PCM編碼：把量化后的多進(jìn)制信號電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過程。其逆過程稱為解碼或譯碼。常見二進(jìn)制碼組：PCM編碼涉及：碼組類型選擇、碼位數(shù)N的確定2025/4/20信息與通信工程學(xué)院56000001011010110111101100011010001000100101110111000001010011100101110111

01234567格雷碼折疊碼自然二進(jìn)制碼

量化電平

PCM編碼時常用的碼組6.4.4PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院576.4.4PCM編碼

當(dāng)L不為2的整數(shù)次冪時輸入信號變化范圍一定時，量化臺階越小，L越大，量化噪聲就越小，通信質(zhì)量越好，碼位數(shù)也越多（可靠性和有效性互換）。碼位數(shù)N的確定N與量化分層數(shù)L有關(guān)。等長編碼時當(dāng)L為2的整數(shù)次冪時采用3~4位非線性編碼（非均勻量化編碼）即可，但有失真。當(dāng)編碼位數(shù)增加到7~8位時，話音質(zhì)量就比較理想了。從話音可懂度來說2025/4/20信息與通信工程學(xué)院586.4.4PCM編碼

對話音信號，采用A律13折線PCM編碼時，抽樣速率8kHz抽樣間隔125微秒量化分層數(shù)L=256

因此,話音信號PCM編碼時需要N=8的碼位數(shù)。這樣對一路話音信號進(jìn)行PCM編碼后，信號的速碼率為

按原CCITT(ITU-T)建議:2025/4/20信息與通信工程學(xué)院59

實際PCM系統(tǒng)中常把量化器和編碼器合在一起。編碼器種類：計數(shù)式編碼器并行編碼器逐位比較反饋型編碼器

計數(shù)式編碼器，用一個斜坡電壓去逼近樣值脈沖取值。逼近過程中計數(shù)斜坡電壓上升的臺階數(shù)且編出相應(yīng)的碼字。并行編碼器，把樣值脈沖同時與各預(yù)置電平比較，編出相應(yīng)的碼字。逐位比較反饋型編碼器，是目前用得較為廣泛的編碼器。6.4.4PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院60計數(shù)式編碼器

6.4.4PCM編碼

用斜坡電壓去逼近樣值脈沖取值。計數(shù)斜坡電壓上升的臺階數(shù)。編出相應(yīng)的碼字。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院61三位碼并行編碼器

6.4.4PCM編碼

把樣值脈沖同時與各預(yù)置電平比較。編出相應(yīng)的碼字。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院62逐位比較反饋型編碼器

6.4.4

PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院63逐位比較反饋型編碼器

6.4.4PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院64

D5D6D7D8

D2D3D4

D1段內(nèi)碼段落碼極性碼8位碼的排列順序6.4.4PCM編碼

D1：極性碼。樣值脈沖為正值時，編“1”；為負(fù)值時，編“0”。D2D3D4：段落碼。對輸入信號，正部分共有8個不均勻段落，可用3位二進(jìn)制碼表示。段落碼選用自然碼組。D5D6D7D8：段內(nèi)碼(電平碼)。由于每段均勻分為16等級，故每級可用4位碼表示。段內(nèi)碼選用自然碼組。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院65段落號

12345678段落碼(D2D3D4)000001010011100101110111起始電平(以

為單位01632641282565121024各段量化臺階與

的比值11248163264段落編碼電平表6.4.4PCM編碼

64-127128-255256-511512-10231024-204732-6316-310-151234876566電平序號

段內(nèi)碼D5D6D7D8151413121110987654321011111110110111001011101010011000011101100101010000110010000100006.4.4PCM編碼

段內(nèi)碼電平表2025/4/20信息與通信工程學(xué)院67[例]:

設(shè)輸入抽樣脈沖值為+1270個量化單位，試采用逐位比較反饋型編碼器將其編為8位碼。解：方法1

設(shè)8位碼為

（1）確定極性碼，由于脈沖值為正，故極性碼

（2）確定段落碼第一次比較，確定段落碼中的

,權(quán)值電流取第二次比較，確定段落碼中的

,權(quán)值電流取第三次比較，確定段落碼中的

,權(quán)值電流取

因此，段落碼為111，表示輸入抽樣脈沖值處于第8段。6.4.4PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院68（3）確定段內(nèi)碼

段內(nèi)碼用來確定抽樣脈沖值處于第8段中的哪一個量化級上。第四次比較，確定段內(nèi)碼中的

故權(quán)值電流取第五次比較，確定段內(nèi)碼中的故權(quán)值電流取故權(quán)值電流取

第六次比較，確定段內(nèi)碼中的

6.4.4PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院69第七次比較，確定段內(nèi)碼中的權(quán)值電流取

故段內(nèi)碼確定為：0011。

最后編碼器輸出的8位碼組為：11110011它表示輸入抽樣脈沖值被量化在了第8段中的第3級上。量化電平值為量化誤差為小于該段的量化臺階（）。6.4.4PCM編碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院70方法2最后編碼器輸出的8位碼組為：11110011，它表示輸入抽樣脈沖值被量化在了第8段中的第3級上。量化電平值為量化誤差為小于該段的量化臺階（）。6.4.4PCM編碼

（1）確定極性碼

，由于脈沖值為正，故極性碼

（2）確定段落碼由于1024<1270個量化單位，所以，位于第八段，故段落碼為111（3）確定段內(nèi)碼[（1270-1024）/64]=[3.8]=3查段落表知：位于第3段，故段內(nèi)碼為0011設(shè)8位碼為

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院716.4.4PCM編碼

（1）13折線非均勻量化編碼過程中最小量化臺階為1/2048，128個量化級，只需編7位碼；

若以最小量化臺階對信號進(jìn)行均勻量化，則有2048個量化

級，需編11位碼。

可見，在保證小信號量化臺階相同條件下，7位非線性碼與11位線性碼等效。上例中，輸入抽樣脈沖值為1270個量化單位量化電平為1216個量化單位，7位非線性碼為1110011；對應(yīng)的11位線性碼為10011000000（1216=1024+128+64）。

非均勻量化編碼與均勻量化編碼比較(1)2025/4/20信息與通信工程學(xué)院726.4.4PCM編碼

（2）非均勻量化編碼的性能比均勻量化編碼的性能有

了很大的改善。非均勻量化編碼與均勻量化編碼比較(2)如A律壓縮編碼時，對小信號大約改善了約24dB（小信號

放大了16倍）(20lg16=24dB)。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院73有、無壓擴(kuò)的編碼性能比較

6.4.4PCM編碼

均勻量化編碼的信噪比隨信號下降而線性下降。壓擴(kuò)編碼信號的信噪比隨信號下降緩慢下降，大大增加了輸入信號的編碼動態(tài)范圍。動態(tài)范圍：滿足信噪比要求的輸入信號的取值范圍。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院746.4.5PCM譯碼

譯碼

將收到的PCM碼組還原為發(fā)端抽樣脈沖幅度的過程。

譯碼得到的抽樣脈沖信號經(jīng)過低通濾波器后，就可恢復(fù)原始的模擬信號。譯碼電路的類型：電阻網(wǎng)絡(luò)型、級聯(lián)型以及級聯(lián)--網(wǎng)絡(luò)混合型。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院75電阻網(wǎng)絡(luò)型譯碼電路6.4.5PCM譯碼

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院76集成PCM編譯碼電路模塊：實驗用集成電路模塊：TP3057(NSC:NationalSemiconductor)

Intel：2913/2914/2916Motorola：MC145540、MC14402、MC144032025/4/20信息與通信工程學(xué)院776.5.1PCM信號的時分復(fù)用時分復(fù)用（TDM--TimeDivisionMultiplexing）：利用不同時隙來傳送各路信號，其理論基礎(chǔ)是抽樣定理。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，一般都采用時分復(fù)用方式來提高信道的傳輸效率。

抽樣定理告訴我們，模擬信號可用時間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值來代替，這樣在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙。利用這種空隙就可以傳輸其它信號的抽樣值，因此在一個信道上可以同時傳輸多路信號。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院78兩路信號時分復(fù)用6.5.1PCM信號的時分復(fù)用2025/4/20信息與通信工程學(xué)院796.5.1PCM信號的時分復(fù)用N路信號時分復(fù)用

時隙：Tc=TS/N。

對話音信號，N=24，Tc=125/24=5.2微秒

N=32，Tc=125/32=3.91微秒幀長時間：TS，對話音信號，TS=125微秒。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院80PCM時分復(fù)用系統(tǒng)的組成6.5.1PCM信號的時分復(fù)用2025/4/20信息與通信工程學(xué)院816.5.2PCM基群幀結(jié)構(gòu)及高次群PCM基群在進(jìn)行PCM信號TDM復(fù)用時，先把一定路數(shù)的信號復(fù)合成一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流，稱為基群（一次群），然后再把基群數(shù)據(jù)流采用數(shù)字復(fù)接技術(shù)，匯合成速率更高的高次群。μ律PCM24路(T標(biāo)準(zhǔn))PDH的兩種體系標(biāo)準(zhǔn)A律PCM30/32路(E標(biāo)準(zhǔn))時分制多路電話系統(tǒng)（ITU）體系標(biāo)準(zhǔn)：PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy）準(zhǔn)同步數(shù)字體系SDH(SynchronousDigitalHierarch)同步數(shù)字體系PDH準(zhǔn)同步數(shù)字體系：E標(biāo)準(zhǔn)體系、T標(biāo)準(zhǔn)體系2025/4/20信息與通信工程學(xué)院826.5.2PCM基群幀結(jié)構(gòu)及高次群每個時隙包含有8位碼，每位碼占用時間為588納秒。一幀內(nèi)共有256（8*32）個二進(jìn)制碼元，一秒內(nèi)有8000幀，由此可計算出PCM30/32路體系標(biāo)準(zhǔn)基群信息速率

時隙：Tc=TS/N。

對話音信號，N=32，Tc=125/32=3.91微秒2025/4/20信息與通信工程學(xué)院836.5.2

PCM基群幀結(jié)構(gòu)及高次群PCM30/32路體系標(biāo)準(zhǔn)的基群結(jié)構(gòu)2025/4/20信息與通信工程學(xué)院846.5.2PCM基群幀結(jié)構(gòu)及高次群

μ律PCM24路標(biāo)準(zhǔn)的基群信號采用另外一種幀結(jié)構(gòu)。一幀包含有24個路時隙及1位幀同步碼，每個時隙內(nèi)傳送8位二進(jìn)制碼元，每幀共有193個碼元，一秒內(nèi)有8000幀。故PCM24路標(biāo)準(zhǔn)的基群信號的信息速率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院856.5.2PCM基群幀結(jié)構(gòu)及高次群更多路數(shù)話音信號的復(fù)用是在基群的基礎(chǔ)上復(fù)合得到的。PCM30/32路標(biāo)準(zhǔn)，四個基群復(fù)合得到一個二次群；四個二次群復(fù)合得到一個三次群…等。

PCM24路標(biāo)準(zhǔn)，四個基群復(fù)合得到一個二次群；五個或七個二次群復(fù)合得到一個三次群…等。以上關(guān)系如表7.5所列。表中每一種群路可以用來傳輸多路電話信號，也可以用來傳輸具有相同速率的數(shù)字信號，如電視電話信號、頻分多路復(fù)用的群路編碼信號或數(shù)據(jù)信號等。高次群2025/4/20信息與通信工程學(xué)院866.5.2PCM基群幀結(jié)構(gòu)及高次群表7.5數(shù)字復(fù)接系列

標(biāo)準(zhǔn)

PCM24（北美、日本）PCM30/32（歐洲、中國)

群路等級路數(shù) 信息速率（Kb/s）路數(shù)信息速率（Kb/s）

基群 24 1，544302，048 二次群 96 6，312 1208，448 三次群 480或672 32或44，73648034，368 四次群1440 97,728 1920139，264 五次群 5760 397，200 7680564，992 2025/4/20信息與通信工程學(xué)院876.5.3PCM信號帶寬對模擬信號來說，PCM編碼后信號帶寬遠(yuǎn)大于模擬信號自身帶寬。單路話音信號帶寬不超過4kHz，對話音信號進(jìn)行PCM編碼后信息速率64kbps，其帶寬遠(yuǎn)大于4kHz。

對一個寬度為T的矩形脈沖來說，為了不使脈沖失真太大，則要求傳輸此脈沖的信道帶寬滿足

對一個脈沖寬度為T的周期矩形脈沖來說，傳輸此周期矩形脈沖的信道帶寬應(yīng)滿足2025/4/20信息與通信工程學(xué)院886.5.3PCM信號帶寬如果是n

路PCM信號時分復(fù)用，則總碼元速率為這時，信號的最小帶寬應(yīng)為PCM編碼時，單路編碼信號的碼元速率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院89[例]對32路話音信號進(jìn)行PCM時分復(fù)用編碼，話音信號的抽樣頻率，編碼位數(shù)N=8，則32路時分復(fù)用信號的總碼元速率為因而，信號的帶寬為6.5.3PCM信號帶寬2025/4/20信息與通信工程學(xué)院90上節(jié)課程主要內(nèi)容時分復(fù)用（TDM--TimeDivisionMultiplexing）：利用不同時隙來傳送各路信號，其理論基礎(chǔ)是抽樣定理。兩種體系標(biāo)準(zhǔn)：A律PCM30/32路(E體系)、μ律PCM24路(T體系)PCM編碼：把量化后的多進(jìn)制信號電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過程。其逆過程稱為解碼或譯碼。PCM信號帶寬

高次群:基群；二次群；三次群…等。

時分復(fù)用與頻分復(fù)用的比較小信號量化臺階相同時，7位非線性碼與11位線性碼等效。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院916.5.4時分復(fù)用與頻分復(fù)用的比較TDM信號在時間上是分開的，但在頻域內(nèi)是重疊的。FDM信號在頻域內(nèi)是分開的，但在時間上是重疊的。TDM系統(tǒng)中的電路比FDM系統(tǒng)中的電路簡單很多。TDM系統(tǒng)具有相當(dāng)小的串話干擾。

但TDM要求系統(tǒng)的接收端和發(fā)送端必須保持嚴(yán)格的同步，因而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。幀2025/4/20信息與通信工程學(xué)院92信道譯碼LPF干擾

PCM通信系統(tǒng)的基本組成

抽樣量化編碼PCM編碼6.6PCM系統(tǒng)的抗噪聲性能2025/4/20信息與通信工程學(xué)院936.6PCM系統(tǒng)的抗噪聲性能PCM系統(tǒng)抗噪聲性能是用系統(tǒng)輸出端的信噪比來衡量的。影響PCM系統(tǒng)性能因素：量化噪聲、信道加性噪聲。輸出端總信噪比為式中，S0為輸出信號平均功率

N0為接收端平均噪聲功率

f0(t)為接收端輸出信號

Nq為量化噪聲功率Ne

為誤碼在接收端產(chǎn)生的噪聲平均功率2025/4/20信息與通信工程學(xué)院946.6.1量化噪聲的影響可以證明，輸出量化信噪比與發(fā)送端的量化信噪比相同，為

(

N為編碼位數(shù))由于，故量化信噪比為以上說明，若要提高PCM量化信噪比，可以增加編碼位數(shù)N，但這是用擴(kuò)展信道帶寬換來的。（有效性與可靠性互換）2025/4/20信息與通信工程學(xué)院956.6.2誤碼對輸出信號的影響

PCM信號在信道中傳輸時，會受到信道中加性噪聲的影響，造成接收端判決器的判決錯誤，形成誤碼。誤碼將會使譯碼器恢復(fù)出的量化樣值脈沖與發(fā)端原樣值脈沖不同，造成誤差。由于PCM編碼時，N位長的碼組中每一位二進(jìn)制碼的權(quán)值是不同的，因此，誤碼發(fā)生的位置不同，產(chǎn)生的誤差大小也不相同。

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院966.6.2誤碼對輸出信號的影響

N位長的自然碼組中，誤碼出現(xiàn)在最低位時，產(chǎn)生的誤差為一個

；誤碼出現(xiàn)在第i位時，產(chǎn)生的誤差為。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院976.6.2誤碼對輸出信號的影響加性高斯白噪聲條件下，誤碼可認(rèn)為是獨立出現(xiàn)的。設(shè)誤碼發(fā)生的概率（誤碼率）為?？梢杂嬎愠鯪位長的碼組中只發(fā)生一位錯碼時，產(chǎn)生的誤差平均功率為N位長碼組中，只發(fā)生一位錯碼的概率為。所以上式中實際產(chǎn)生的誤差功率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院986.6.2誤碼對輸出信號的影響當(dāng)誤碼率時，碼組中同時發(fā)生二位或二位以上錯碼的概率極小，故它們對平均誤差功率的影響可以忽略不計。

由于誤碼脈沖與樣值脈沖（間隔為Ts）一樣，在接收端通過理想低通濾波器輸出，應(yīng)用式（7.19）中求輸出信號的方法，可得到理想低通濾波器輸出的誤差功率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院996.6.2誤碼對輸出信號的影響輸出誤碼信噪比輸出總信噪比為同樣得到低通濾波器輸出信號功率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1006.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制語音壓縮編碼技術(shù)：碼元速率低于的語音編碼方法。它能以的碼元速率達(dá)到PCM編碼時碼元速率的語音質(zhì)量要求。自適應(yīng)差分脈沖編碼（ADPCM）是語音壓縮編碼技術(shù)中復(fù)雜度較低的一種方法。是原CCITTG.721建議提出的可作為長途傳輸系統(tǒng)中使用的一種新型的國際通用的語音編碼方法。2025/4/201016.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制差分脈沖編碼(DPCM---DifferentialPulseCodeModulation)

PCM編碼時，前后相鄰的樣值點之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，存在很大冗余(Redundancy)。利用這種相關(guān)性，只對相鄰樣值之間的差值進(jìn)行PCM編碼。

如果保持編碼位數(shù)不變，DPCM信號在量化信噪比方面會

優(yōu)于PCM信號。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1026.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制選擇一組最佳的預(yù)測系數(shù)可使誤差的均方值最小。按以上介紹的線性預(yù)測方法工作的DPCM編碼器如圖7.27（a）所示。DPCM實現(xiàn)方法：用前k個樣值來預(yù)測當(dāng)前的樣值，然后對當(dāng)前樣值與預(yù)測值之間的差值進(jìn)行量化編碼。設(shè)為當(dāng)前樣值，為預(yù)測值，它為前個樣值的線性加權(quán)組合，即式中，為預(yù)測系數(shù)。與的誤差為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1036.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制

最簡單的一種DPCM編碼方法是僅用前一個樣值來代替預(yù)測值，這樣預(yù)測器可大為簡化。這種編碼方法如圖7.27（b）所示。圖中在接收端，將接收值加上前一樣點的值就得到當(dāng)前值。這種簡單的DPCM編碼有實際意義。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院104圖7.27DPCM編譯碼器

6.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1056.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制語音信號是一個非平穩(wěn)隨機(jī)過程，其統(tǒng)計特性隨時間不

斷地變化。為了獲到最佳編碼性能，希望DPCM系統(tǒng)中的量化器與預(yù)測器的參數(shù)能根據(jù)輸入信號的統(tǒng)計特性自適應(yīng)地變化。自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）：

量化器與預(yù)測器的參數(shù)能根據(jù)輸入信號的統(tǒng)計特性自適

應(yīng)于最佳或接近于最佳的DPCM系統(tǒng)。

量化級隨輸入信號的統(tǒng)計特性自適應(yīng)地改變，即用預(yù)測

值去控制量化級差，使量化臺階隨信號的大小不同而自

適應(yīng)變化。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1066.7自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制

目前，ADPCM算法已經(jīng)成功地應(yīng)用于語音和圖像

信號編碼中。速率在32kbps的ADPCM編碼信號的質(zhì)量相當(dāng)于速率64kbps的PCM的編碼信號。ADPCM編譯器（32kbps

、24kbps

、16kbps

）PCM（64kbps

）編譯器實驗用集成電路模塊CP1306(上海啟攀ChipHomer)2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1076.8增量編碼調(diào)制（DM)DM（DeltaModulation）:

又稱增量編碼調(diào)制,1946年由法國工程師DeLoraine在PCM的基礎(chǔ)上提出。

DM是一種特殊的脈沖編碼方式

在DPCM編碼過程中,樣值的增量僅用一位二進(jìn)制碼表示時的DPCM編碼方式就是增量編碼調(diào)制編碼簡單，應(yīng)用方便，適合小容量通信系統(tǒng)特點:2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1086.8.1增量編碼調(diào)制的基本原理若，則編為“0”碼，并讓在該時刻下降一個臺階，且在下一個時間內(nèi)值保持不變。DM基本思想：用一個階梯波表示一個帶限的模擬波形。

若，則編為“1”碼，并讓在該時刻上升

一個臺階，且在下一個時間內(nèi)值保持不變；DM系統(tǒng)中，抽樣速率大大高于奈奎斯特速率。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1096.8.1增量編碼調(diào)制的基本原理2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1106.8.1增量編碼調(diào)制的基本原理

由編碼過程可以看出，編出的碼并不用來表示信號抽樣值的大小，而是表示抽樣時刻信號波形的變化趨勢。波形上升或下降一個臺階，得到重建量化波形，然后通過低通濾波器恢復(fù)模擬信號。

實現(xiàn)這種臺階積累的電路就是“積分器”，可用RC電路實現(xiàn)。不過“積分器”輸出的信號不可能像那樣是階梯波形，而是斜變波形。這種斜變波形經(jīng)低通濾波器后的輸出信號非常接近原始模擬信號。DM系統(tǒng)編碼器及譯碼器2025/4/20信息與通信工程學(xué)院111DM系統(tǒng)編碼器及譯碼器6.8.1增量編碼調(diào)制的基本原理2025/4/20112DM編碼量化及誤差6.8.2量化噪聲及過載量化噪聲2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1136.8.2量化噪聲及過載量化噪聲

由于原始模擬信號與量化信號不一致而存在著誤差，即本地譯碼器產(chǎn)生的斜變波與原始模擬信號之間的誤差。量化噪聲e(t)（量化誤差）量化噪聲功率量化誤差信號變化范圍：設(shè)的值在范圍內(nèi)均勻分布，則量化噪聲的平均功率（均方值）為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1146.8.2量化噪聲及過載量化噪聲過載量化噪聲原因：斜變波上升或下降的最大斜率小于輸入模擬信號的最大斜率。產(chǎn)生原因及解決辦法解決辦法：提高或的值；對輸入信號提出了某種要求。

當(dāng)值太小時（設(shè)抽樣速率一定），譯碼器輸出的斜變波可能跟不上信號的變化而產(chǎn)生更大的失真，這種失真稱為過載失真，它將產(chǎn)生很大的過載噪聲。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1156.8.2量化噪聲及過載量化噪聲由上式，信號幅度隨頻率增加而下降，頻率增加一倍時，幅度下降6dB。這是簡單編碼系統(tǒng)的缺陷，實際系統(tǒng)中必須加以改進(jìn)。此外，簡單編碼系統(tǒng)還有編碼動態(tài)范圍小的特點。例如：信號最大斜率為此時不發(fā)生過載的條件是由上式，得輸入信號最大允許的幅度值（臨界過載值）為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1166.8.2量化噪聲及過載量化噪聲動態(tài)范圍：最大編碼允許幅度與最小可編碼電平之比，即設(shè)音頻信號的頻率f=1kHz

，語音信號的動態(tài)范圍為40dB，代入上式可求出滿足該動態(tài)范圍的抽樣頻率為

fs=300kHz

。解決辦法：改進(jìn)型的數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制及總和增量調(diào)制（）方式。問題：當(dāng)抽樣頻率不夠高時，簡單編碼系統(tǒng)動態(tài)

范圍不滿足要求。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院117

DM通信系統(tǒng)的基本組成

6.8.3增量編碼調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能信道譯碼LPF干擾抽樣編碼DM編碼2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1186.8.3增量編碼調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能上式表示的量化噪聲功率并不是系統(tǒng)最終輸出噪聲功率。從e(t)波形中可大致看出的功率譜應(yīng)在頻帶內(nèi)按某一規(guī)律分布，為計算簡單起見，假定功率譜在(0,fs)內(nèi)均勻分布，即和分析PCM系統(tǒng)抗噪聲性能時一樣，分別討論量化噪聲和信道加性噪聲對系統(tǒng)性能的影響。1.量化信噪比2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1196.8.3增量編碼調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能若接收端低通濾波器的截止頻率為fc

，則系統(tǒng)最終輸出量化噪聲功率為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1206.8.3增量編碼調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能量化信噪比信號功率為（以單音信號為例）2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1216.8.2量化噪聲及過載量化噪聲信道中的加性噪聲會引起誤碼，誤碼使接收端譯碼器的輸出信號產(chǎn)生誤差。系統(tǒng)中，不管是“1”碼錯成“0”碼或是“0”碼錯成“1”碼，產(chǎn)生的誤差信號絕對值相同，如圖所示。2.誤碼噪聲2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1226.8.2量化噪聲及過載量化噪聲

誤碼噪聲平均功率為簡單計，假設(shè)誤碼信號的等效功率譜帶寬為fs/2

，于是誤碼信號的功率譜密度為2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1236.8.2量化噪聲及過載量化噪聲誤碼輸出信噪比（）總輸出信噪比2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1246.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制

增量總和（）調(diào)制以上討論的增量調(diào)制原理中，臺階是固定不變的，稱為簡單增量調(diào)制。簡單增量調(diào)制缺點：頻率特性差、動態(tài)范圍小、量化信噪比不均衡。解決辦法：采用改進(jìn)型的增量調(diào)制方式。自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制（ADM）2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1256.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制1.增量總和調(diào)制簡單增量調(diào)制臨界過載信號的幅度隨信號頻率的提高而下降，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因在于本地譯碼器中采用了RC積分電路。由于輸入到積分器的脈沖信號幅度固定，采樣頻率也固定，因而相對低頻信號來說，高頻信號在一個周期內(nèi)輸入到積分器的脈沖數(shù)量要少，從而積分器輸出的最高電壓值也小。故高頻信號編碼時，積分器輸出幅度跟不上信號的變化。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1266.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制基本原理：將輸入信號在編碼之前進(jìn)行預(yù)處理，使信號高頻分量幅度下降，然后再進(jìn)行調(diào)制。方法：讓信號通過一個RC積分器（與本地譯碼器相同），相應(yīng)地在收端加入一個與積分器特性互補的微分器。由于積分即為求和之意，故這種方式稱為增量總和調(diào)制。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1277.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制2.自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制（ADM）大信號時，量化臺階大，小信號時，量化臺階小控制方法：前向控制、后向控制自適應(yīng)增量調(diào)制：量化臺階自適應(yīng)地隨輸入信號的統(tǒng)計特性變化2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1286.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制前向控制:

用輸入信號幅度整流電壓去控制編碼器RC充放電的脈沖幅度，即控制脈沖調(diào)幅器的輸出，從而使臺階隨信號的幅度而變化。此時由于的變化是連續(xù)的，因而又稱為連續(xù)壓擴(kuò)增量編碼。這種編碼方法必須把控制信號和信碼一同送到接收端，故有些不便之處。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1296.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制后向控制：

由編碼輸出的碼流中的連“1”碼和連“0”碼的個數(shù)來控制給RC積分器充放電的脈沖幅度。由于受控于連“1”碼和連“0”碼的個數(shù)，又稱為數(shù)字壓擴(kuò)式編碼。

碼流中連“1”碼和連“0”碼的個數(shù)反映了信號的變化情況，在一定的時間內(nèi)，連“1”碼或連“0”碼的個數(shù)越多，說明信號上升或下降的幅度越大，這時須將臺階變大，以使本地譯碼器跟上輸入信號的變化。當(dāng)連“1”碼或連“0”碼的個數(shù)小于一定的數(shù)目時，臺階取最小值。

優(yōu)點：控制信息就在碼流之中，接收端可從碼流中直接提取，因而數(shù)字壓擴(kuò)式增量調(diào)制廣泛用于實際系統(tǒng)中。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1306.8.4增量總和調(diào)制和自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制Motorola：MC34115、MC3417、MC3418、MC3517及MC3518（ADM單片編譯碼集成電路）。

3.ADM集成單片編譯碼器數(shù)字檢測音節(jié)壓擴(kuò)增量調(diào)制又稱：CVSD(連續(xù)可變斜率增量調(diào)制)實驗用集成電路模塊：MC34115CVSD(連續(xù)可變斜率增量調(diào)制)：

臺階大小直接反映重建信號的斜率變化情況，且隨脈沖調(diào)幅器的輸出連續(xù)變化。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1316.9PCM系統(tǒng)與DM系統(tǒng)的比較

多路信號統(tǒng)一編碼對話音信號采用8位編碼編碼設(shè)備復(fù)雜，但話音質(zhì)量好一般用于大容量的干線通信系統(tǒng)中

單路信號編碼，設(shè)備簡單碼元速率一般比PCM低，質(zhì)量也不如PCM適合在小容量的支線通信系統(tǒng)中采用PCM特點：DM特點：2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1326.9PCM系統(tǒng)與DM系統(tǒng)的比較

比較條件:

DM和PCM具有相同的碼元速率。量化信噪比對DM來說，有對PCM

來說，有2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1336.9PCM系統(tǒng)與DM系統(tǒng)的比較

量化信噪比(2)當(dāng)DM和PCM碼元速率相同時，fs=N2fc

，代入上式并取dB數(shù)得（）2025/4/20信息與通信工程學(xué)院134PCM與的DM性能比較6.9PCM系統(tǒng)與DM系統(tǒng)的比較

2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1356.9PCM系統(tǒng)與DM系統(tǒng)的比較

抗加性噪聲性能

DM與PCM抗加性噪聲性能的比較取決于誤碼的影響。

DM中誤碼只會引起的兩個臺階的脈沖幅度誤差PCM中，誤碼引起的脈沖幅度誤差一般高于兩個臺階結(jié)論：在同樣的誤碼條件下，DM性能優(yōu)于PCM。若希望兩者有相同的誤碼噪聲功率，則PCM系統(tǒng)中的誤碼率應(yīng)小于DM系統(tǒng)中的誤碼率。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院136上節(jié)課程主要內(nèi)容時分復(fù)用與頻分復(fù)用的比較PCM系統(tǒng)的抗噪聲性能差分脈沖編碼(DPCM)、自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）語音壓縮編碼技術(shù)：碼元速率低于的語音編碼方法。DM編碼：用一位碼表示相鄰抽樣值的變化。（過載、頻率特性差、動態(tài)范圍小、量化信噪比不均衡。）增量總和調(diào)制、自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制話音和圖像信號的壓縮編碼137上節(jié)課程主要內(nèi)容差分脈沖編碼(DPCM)、自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）語音壓縮編碼技術(shù)：碼元速率低于的語音編碼方法。DM編碼：用一位碼表示相鄰抽樣值的變化。（缺點:過載、頻率特性差、動態(tài)范圍小、量化信噪比不均衡。）增量總和調(diào)制、自適應(yīng)數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制。話音和圖像信號的壓縮編碼

語音壓縮編碼算法種類：波形編碼、參數(shù)編碼及混合編碼。過載產(chǎn)生原因:解決辦法：提高或的值；對輸入信號提出了某種要求。語音壓縮編碼性能指標(biāo)：語音編碼質(zhì)量、編碼速率、編解碼時延及編碼算法復(fù)雜度。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1386.10話音和圖像信號的壓縮編碼話音信號PCM編碼：

64kb/s彩色電視信號PCM編碼：100Mb/s壓縮編碼：降低模擬信號的編碼速率。語音壓縮編碼：信息速率低于64kb/s

的編碼。基本依據(jù)：語音信號本身的冗余度及人耳的聽覺特性。2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1396.10.1話音壓縮編碼

衡量語音壓縮編碼性能的主要指標(biāo)有：語音編碼質(zhì)量、編碼速率、編解碼時延及編碼算法復(fù)雜度。語音編碼質(zhì)量：常采用平均意見得分（MeanOpinionScore,簡稱MOS得分）的主觀評定方法。

MOS得分 質(zhì)量級別 主觀感覺 5優(yōu)幾乎無噪聲4良輕微噪聲3中中等噪聲2差噪聲煩人1劣話音不可懂 表7.6MOS得分與主觀感覺2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1406.10.1話音壓縮編碼

語音壓縮編碼算法種類：波形編碼、參數(shù)編碼及混合編碼。將語音信號作為一般波形信號進(jìn)行處理。它力圖使重建語音信號波形保持原語音波形。編碼算法復(fù)雜度：實現(xiàn)編碼算法所需的硬件設(shè)備量，它可用算法的運算量及需要的存儲量來度量。編解碼時延：編解碼處理所需時間。波形編碼：特點：適應(yīng)能力強(qiáng)、重建語音信號質(zhì)量高，編碼速率較高。種類：PCM、ADM、ADPCM、子帶編碼（SBC）及自適應(yīng)變換編碼（ATC）2025/4/20信息與通信工程學(xué)院1416.10.1話音壓縮編碼

對語音信號特征參數(shù)進(jìn)行提取和編碼力圖使重建語音信號具有盡可能高的可懂度即保持原語音的語意，而重建后的語音信號波形與原語音信號波形之間可能會有相當(dāng)大的差別。

參數(shù)編碼優(yōu)點：編碼速率低，在1.2~2.4

kb/s甚至更低的速率上能重建可懂度很好的合成語音。參數(shù)編碼缺點：合成語音的自然度不夠好，抗背景噪聲的能力較差。種類：通道聲碼器、共振峰聲碼器、相位聲碼器及線性預(yù)測（LPC）聲