1、均勻量化：量化器的輸入信號(hào)的取值域按等間隔劃分xq(kTs) 量化時(shí)轉(zhuǎn)換為Q個(gè)規(guī)定電平 量化間隔（量化臺(tái)階）： 量化電平： 取在各量化區(qū)間的中點(diǎn)。 量化器輸出：,均勻量化,非均勻量化原理：用一個(gè)非線(xiàn)性電路將輸入電壓 x 變換成輸出電壓 y：y = f (x) 實(shí)現(xiàn)方法： 將抽樣值先壓縮，再進(jìn)行均勻量化。在收端，相應(yīng)地加有擴(kuò)張器。 模型：,6.3.3、非均勻量化,均勻量化的主要缺點(diǎn)是，無(wú)論信號(hào)大小如何，量化間隔都相等，量化噪聲功率Nq固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)x(t)較小時(shí)，則信號(hào)的量化信噪比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。,壓擴(kuò)特性：,廣泛采用兩種對(duì)數(shù)壓縮律： 壓縮律

2、（美國(guó)、日本和韓國(guó)） A壓縮律（中國(guó)、歐洲）,所謂壓縮就是實(shí)際上是對(duì)大信號(hào)進(jìn)行壓縮而對(duì)小信號(hào)進(jìn)行較大的放大的過(guò)程。信號(hào)經(jīng)過(guò)這種非線(xiàn)性壓縮電路處理后，改變了大信號(hào)和小信號(hào)之間的比例關(guān)系，使大信號(hào)的比例基本不變或變得較小，而小信號(hào)相應(yīng)地按比例增大，即“壓大補(bǔ)小”。,1、A律壓擴(kuò)特性,在實(shí)用中，選擇A等于87.6 A律壓縮特性可用13折線(xiàn)來(lái)近似。,式中A為壓縮系數(shù)，表示壓縮程度。 A1時(shí)，y=x，為無(wú)壓縮即均勻量化情況。A值越大，在小信號(hào)處斜率越大，對(duì)提高小信號(hào)信噪比越有利。,2、律壓擴(kuò)特性,其中為壓縮系數(shù)，如圖所示。0時(shí)，相當(dāng)于無(wú)壓縮情況。 實(shí)用中取255，律壓縮特性可用15折線(xiàn)來(lái)近似。,（1）1

3、3折線(xiàn)A律壓擴(kuò)，它的特性近似A87.6的A律壓擴(kuò)特性。 （2）15折線(xiàn)律壓擴(kuò)，其特性近似255的律壓擴(kuò)特性。,A律壓擴(kuò)特性和律壓擴(kuò)是連續(xù)曲線(xiàn)，A和的取值不同其壓擴(kuò)特性亦不相同，而在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。一般利用大量數(shù)字電路形成若干根折線(xiàn)，并用這些折線(xiàn)來(lái)近似對(duì)數(shù)的壓擴(kuò)特性，從而達(dá)到壓擴(kuò)的目的。,y均勻分8段 x非均分8段,13折線(xiàn)壓縮特性A律,因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)為交流信號(hào)，所以，上述的壓縮特性只是實(shí)用的壓縮特性曲線(xiàn)的一半。在第3象限還有對(duì)原點(diǎn)奇對(duì)稱(chēng)的另一半曲線(xiàn)，如下圖所示： 在此圖中，第1象限中的第1和 第2段折線(xiàn)斜率相同，所以構(gòu)成 一條直線(xiàn)。同樣，在第3象限中 的第1和第2段折線(xiàn)斜率

4、也相同， 并且和第1象限中的斜率相同。 所以，這4段折線(xiàn) 構(gòu)成了一條直線(xiàn)。 因此，共有13段折 線(xiàn)，故稱(chēng)13折線(xiàn)壓 縮特性。,從表中看出，13折線(xiàn)法和A = 87.6時(shí)的A律壓縮法十分接近。,13折線(xiàn)分段時(shí)的x值與A87.6計(jì)算的x值比較,11,壓縮律和15折線(xiàn)壓縮特性 A律中，選用A=87.6有兩個(gè)目的: 1. 使曲線(xiàn)在原點(diǎn)附近的斜率16，使16段折線(xiàn)簡(jiǎn)化成13段； 2. 使轉(zhuǎn)折點(diǎn)上A律曲線(xiàn)的橫坐標(biāo)x值 1/2i (i = 0, 1, 2, , 7)。 若僅要求滿(mǎn)足第二個(gè)目的：僅要求滿(mǎn)足 當(dāng) x = 1/2i 時(shí)，y = 1 i/8，則可以得到律：,這就是美國(guó)等地采用的壓縮律的特性。 由于律

5、同樣不易用電子線(xiàn)路準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，所以目前實(shí)用中是采用特性近似的15折線(xiàn)代替律。這時(shí)，和A律一樣，也把縱坐標(biāo)y從0到1之間劃分為8等份。對(duì)應(yīng)于各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的橫坐標(biāo)x值可以按照下式計(jì)算： 計(jì)算結(jié)果列于下表中。,將這些轉(zhuǎn)折點(diǎn)用直線(xiàn)相連，就構(gòu)成了8段折線(xiàn)。表中還列出了各段直線(xiàn)的斜率。 由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并為一條直線(xiàn)，故當(dāng)考慮到信號(hào)的正負(fù)電壓時(shí)，僅正電壓第一段和負(fù)電壓第一段的斜率相同，可以連成一條直線(xiàn)。所以，得到的是15段折線(xiàn)，稱(chēng)為15折線(xiàn)壓縮特性。,在下圖中給出了15折線(xiàn)的圖形。,比較13折線(xiàn)特性和15折線(xiàn)特性的第一段斜率可知，15折線(xiàn)特性第一段的斜率（255/8）大約是13折線(xiàn)特性第一段

6、斜率（16）的兩倍。 所以，15折線(xiàn)特性給出的小信號(hào)的信號(hào)量噪比約是13折線(xiàn)特性的兩倍。 但是，對(duì)于大信號(hào)而言，15折線(xiàn)特性給出的信號(hào)量噪比要比13折線(xiàn)特性時(shí)稍差。這可以從對(duì)數(shù)壓縮式看出，在A律中A值等于87.6；但是在律中，相當(dāng)A值等于94.18。A值越大，在大電壓段曲線(xiàn)的斜率越小，即信號(hào)量噪比越差。 恢復(fù)原信號(hào)大小的擴(kuò)張?jiān)恚耆蛪嚎s的過(guò)程相反。,均勻量化和非均勻量化比較 若用13折線(xiàn)法中的（第一和第二段）最小量化間隔作為均勻量化時(shí)的量化間隔，則13折線(xiàn)法中第一至第八段包含的均勻量化間隔數(shù)分別為16、16、32、64、128、256、512、1024，共有2048個(gè)均勻量化間隔，而非均勻

7、量化時(shí)只有128個(gè)量化間隔。因此，在保證小信號(hào)的量化間隔相等的條件下，均勻量化需要11比特編碼，而非均勻量化只要7比特就夠了。,6.4 脈沖編碼調(diào)制 6.4.1脈沖編碼調(diào)制（PCM）的基本原理 把從模擬信號(hào)抽樣、量化，直到變換成為二進(jìn)制符號(hào)的基本過(guò)程，稱(chēng)為脈沖編碼調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)脈碼調(diào)制。,例：在下圖中，模擬信號(hào)的抽樣值為3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照“四舍五入”的原則量化為整數(shù)值，則抽樣值量化后變?yōu)?，4，5，6，7和6。在按照二進(jìn)制數(shù)編碼后，量化值就變成二進(jìn)制符號(hào)：011、100、101、110、111和110。,PCM系統(tǒng)的原理方框圖,6.4.2 自然二進(jìn)制

8、碼和折疊二進(jìn)制碼 PCM中一般采用二進(jìn)制碼，目前國(guó)際上多采用8位編碼PCM設(shè)備，常用的編碼有兩種，自然二進(jìn)制碼和折疊二進(jìn)制碼?，F(xiàn)以4位碼為例，列于下表中：,自然二進(jìn)碼：就是一般的十進(jìn)制正整數(shù)的二進(jìn)制表示，編碼簡(jiǎn)單、易記，而且譯碼可以逐比特獨(dú)立進(jìn)行。若把自然二進(jìn)碼從低位到高位依次給以2倍的加權(quán)，就可變換為十進(jìn)數(shù)。,折疊二進(jìn)碼：是一種符號(hào)幅度碼。 左邊第一位表示信號(hào)的極性，信號(hào)為正用“1”表示，信號(hào)為負(fù)用“0”表示；第二位至最后一位表示信號(hào)的幅度。 正、負(fù)絕對(duì)值相同時(shí)，折疊碼的上半部分與下半部分相對(duì)零電平對(duì)稱(chēng)折疊，故名折疊碼。 其幅度碼從小到大按自然二進(jìn)碼規(guī)則編碼。,折疊碼的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是誤碼對(duì)于小

9、電壓的影響較小。例如，若有1個(gè)碼組為1000，在傳輸或處理時(shí)發(fā)生1個(gè)符號(hào)錯(cuò)誤，變成0000。從表中可見(jiàn)，若它為自然碼，則它所代表的電壓值將從8變成0，誤差為8；若它為折疊碼，則它將從8變成7，誤差為1。但是，若一個(gè)碼組從1111錯(cuò)成0111，則自然碼將從15變成7，誤差仍為8；而折疊碼則將從15錯(cuò)成為0，誤差增大為15。這表明，折疊碼對(duì)于小信號(hào)有利。由于語(yǔ)音信號(hào)小電壓出現(xiàn)的概率較大，所以折疊碼有利于減小語(yǔ)音信號(hào)的平均量化噪聲。在語(yǔ)音通信中，通常采用8位的PCM編碼就能夠保證滿(mǎn)意的通信質(zhì)量。,在A律13折線(xiàn)PCM 編碼中，采用8位二進(jìn)制碼，對(duì)應(yīng)有M=28=256個(gè)量化間隔。這需要每個(gè)段落再均勻劃

10、分16個(gè)量化間隔，由于每個(gè)段落長(zhǎng)度不均勻，因此正或負(fù)輸入的8個(gè)段落被劃分成816=128個(gè)不均勻的量化間隔。,舉例,8位碼的安排如下：,極性碼 段落碼 段內(nèi)碼 C1 C2C3C4 C5C6C7C8,特點(diǎn)： 段內(nèi)的16個(gè)量化級(jí)均勻劃分，段落長(zhǎng)度不等。小信號(hào)時(shí)，段落短，量化間隔小。大信號(hào)時(shí)，段落長(zhǎng)，量化間隔大。 第一、 二段最短，只有歸一化的1/128，再將它等分16小段，每一小段長(zhǎng)度 該值為最小的量化間隔 ，它是輸入信號(hào)歸一化值的1/2048，代表一個(gè)量化單位。,第八段最長(zhǎng)，它是歸一化值的1/2，將它等分16小段后，每一小段歸一化長(zhǎng)度為 1/32 ， 包含64個(gè)最小量化間隔，記為64。 段內(nèi)碼安

11、排,段落碼編碼規(guī)則,在上述編碼方法中，雖然段內(nèi)碼是按量化間隔均勻編碼的，但是因?yàn)楦鱾€(gè)段落的斜率不等，長(zhǎng)度不等，故不同段落的量化間隔是不同的。假若采用均勻量化而仍希望對(duì)于小電壓保持有同樣的動(dòng)態(tài)范圍1/2048，則需要用11位的碼組才行?，F(xiàn)在采用非均勻量化，只需要7位就夠了。 典型電話(huà)信號(hào)的抽樣頻率是8000 Hz。故在采用這類(lèi)非均勻量化編碼器時(shí)，典型的數(shù)字電話(huà)傳輸比特率為64 kb/s。,32,6.4.3 PCM系統(tǒng)的量化噪聲 在6.3.2節(jié)中，已求出：均勻量化時(shí)的信號(hào)量噪比為 S / Nq = M 2 當(dāng)采用N位二進(jìn)制碼編碼時(shí)，M = 2N , 故有 S / Nq = 22N 由抽樣定理，若信

12、號(hào) 為限制在 f H的低通信號(hào)，則抽樣速率不應(yīng)低于每秒 2 f H次。 對(duì)于PCM系統(tǒng)，這相當(dāng)于要求傳輸速率 2NfH b/s，故要求系統(tǒng)帶寬 B = NfH，即要求：N = B/fH，代入上式，得到 上式表明，PCM系統(tǒng)的輸出信號(hào)量噪比隨系統(tǒng)的帶寬B按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。,信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系可以奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則描述。 奈奎斯特準(zhǔn)則指出：如果間隔為/(=2f),通過(guò)理想通信信道傳輸窄脈沖信號(hào)，則前后碼元之間不產(chǎn)生相互竄擾。因此，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與通信信道帶寬B（B=f,單位Hz)的關(guān)系可以寫(xiě)為： Rmax2.f(bps) 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)據(jù)若信道帶寬B

13、=f=3000Hz，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為6000bps，多進(jìn)制的話(huà)速率可增加N倍。,6.6 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）,預(yù)測(cè)編碼目的： 降低數(shù)字電話(huà)信號(hào)的比特率。 預(yù)測(cè)編碼的原理： 利用減少冗余度的方法來(lái)降低編碼比特率。 線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼原理框圖,DPCM的原理： 只將前1個(gè)抽樣值當(dāng)作預(yù)測(cè)值，再取當(dāng)前抽樣值和 預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行編碼并傳輸。,9.7 增量調(diào)制,原理： 用一位碼卻可以表示抽樣值的相對(duì)大小，樣值點(diǎn)比前一時(shí)刻的樣值點(diǎn)有增加/減小兩種可能，兩種狀態(tài)：“1”、“0”表示！,特點(diǎn)：,每t內(nèi)，電平值不變； 相鄰兩個(gè)t之間，電平變化或，,當(dāng)t和足夠小時(shí)，階梯波m(t)逼近連續(xù)波m(t)。,編譯碼器原

14、理框圖,量化噪聲,一般量化噪聲：伴隨著信號(hào)永遠(yuǎn)存在 過(guò)載量化噪聲：階梯波形跟不上信號(hào)變化,譯碼器的最大跟蹤斜率K,fs大：量化噪聲，過(guò)載噪聲。,不過(guò)載條件,編碼范圍輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍,所以m(t)小于/2時(shí)，編碼器輸出始終為：0101010,則要求 Ak /2 臨界過(guò)載振幅：Amax,信號(hào)最大功率: 式中 最大信號(hào)量噪比,9.8 時(shí)分復(fù)用和復(fù)接,TDM的原理 建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。連續(xù)的基帶信號(hào)時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值。而抽樣脈沖占據(jù)時(shí)間較短，之間就留有時(shí)間空隙。利用這種空隙便可傳輸其他信號(hào)的抽樣值。,N路時(shí)分復(fù)用信號(hào)的時(shí)隙分配：,時(shí)隙每一路信號(hào)所占用的時(shí)間間隔。 幀N路時(shí)隙的總和稱(chēng)為一幀。

15、每一幀的時(shí)間必須符合抽樣定理的要求TS。通常，單路話(huà)音信號(hào)的抽樣頻率規(guī)定為8000HZ（話(huà)音fm=3400HZ)，所以,TDM的電路結(jié)構(gòu)示意圖,時(shí)分復(fù)用數(shù)字電話(huà)的幾個(gè)基礎(chǔ)概念 對(duì)于小容量、短距離脈碼調(diào)制的多路數(shù)字電話(huà)，國(guó)際上有兩種標(biāo)準(zhǔn)化制式： PCM3032路（A律壓擴(kuò)特性A87.613）制式； PCM24路（律壓擴(kuò)特性22515）制式。 國(guó)際通信時(shí)，以A律壓擴(kuò)特性為準(zhǔn)，凡是兩種制式的轉(zhuǎn)換，其設(shè)備的接口均由采用律特性的國(guó)家負(fù)責(zé)解決。,其中： 抽樣頻率：fs=8000Hz 幀 時(shí) 間：Ts=125s 每幀時(shí)隙數(shù)：n32個(gè)。 其中30個(gè)時(shí)隙（TS1TS15、TS17TS31)用來(lái)傳送30路電話(huà)；TS0用來(lái)傳送幀同步碼；TS16用來(lái)傳送各話(huà)路的標(biāo)志信號(hào)碼（如撥號(hào)脈沖、被叫摘機(jī)、主叫掛機(jī)等）。 每一時(shí)隙為：Tsi=125/32=3.9s 每一時(shí)隙均按N=8位編碼， 故，數(shù)