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1、第五讲 量化与编码1本讲稿第一页，共四十八页-2fs -fs 0 fs 2fsfs-fHfs+fH Ms(f)f抽样频率fs对频谱Ms(f)的影响复习-低通模拟信号的抽样定理低通信号的抽样定理：低通信号的抽样定理：一个频带限制在0 fH内的低通信号m(t)，如果抽样频率fs 2 fH，则可以由抽样序列无失真地重建原始信号m(t)。fs2fHf-2 f s -f s -fH 0 fH fs 2fs Ms(f)fs-fHfs+fHfs2fHfs=2fH-fH 0 fHM(f)f-2 f s -f s-fH 0 fH fs 2fs Ms(f)fM(f)-fH 0 fHfM(f)-fH 0 fHf2本
2、讲稿第二页，共四十八页复习-带通模拟信号的抽样定理设带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间，即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，信号带宽B=fH fL。此带通模拟信号所需最小抽样频率为B2B3B4B3BB2B4B5B6BfL0fs3本讲稿第三页，共四十八页复习-PAM调制过程的波形和频谱tAt(e)(c)0T2T3T-T-2T-3T(a)m(t)s(t)ms(t)fH-fHfM(f)(b)01/T0-1/Tfs|S(f)|(d)f(f)fs-fHf4本讲稿第四页，共四十八页第9章 模拟信号的数字传输n9.1 引言n9.2 模拟信号的抽样n9.3 模拟脉冲调制n9.4 抽样信号的量化n9
3、.5 脉冲编码调制n9.6 差分脉冲编码调制n9.7 增量调制n9.8 时分复用和复接主要内容主要内容5本讲稿第五页，共四十八页9.4 抽样信号的量化n 量化的原因 抽样后时间上信号离散,但幅度仍然连续变化（幅度取值是无限的）接收时无法准确判定样值。n 解决办法：用有限的电平来表示抽样值，且电平间隔比噪声大，则可准确恢复样值。6本讲稿第六页，共四十八页9.4 抽样信号的量化n 9.4.1 量化原理n 定义按预先规定的有限个电平表示模拟抽样值的过程。n 作用抽样把时间连续信号变成时间离散的信号量化取值连续信号变成取值离散的信号n 量化器 量化器m(kT)mq(kT)7本讲稿第七页，共四十八页9.
4、4 抽样信号的量化n 量化过程d1d2d4d3d5q5q4q3q2q1T2T3T4T5T6T7Tt量化误差信号实际值信号量化值m(t)m(6T)mq(6T)q6 信号实际值 信号量化值8本讲稿第八页，共四十八页9.4 抽样信号的量化n 量化的分类n 均匀量化均匀量化量化间隔是均匀的；n 非均匀量化非均匀量化量化间隔是不均匀的。n 量化噪声（量化误差）量化输出电平和量化前信号抽样值的差值。n 信号量噪比9本讲稿第九页，共四十八页9.4 抽样信号的量化n 9.4.2 均匀量化 5 4 3 2 1 0-1-2-3-4-5ui(v)uo(v)-5 -4 3 -2 -1 0 1 2 3 4 5量化特性-
5、5 -4 3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 2 1 0-1-2ui(v)e(v)量化误差mkqkaLaM v正常量化区正常量化区限幅区限幅区限幅区限幅区空载区mM dM-1dk+1dkd2d1 d0判决电平量化值qM qM-1qkq2q1 q010本讲稿第十页，共四十八页9.4 抽样信号的量化量化误差t 1 0-1e(v)信号幅度在 aL,aM之间t 5 4 3 2 1 0-1-2-3-4-5u(v)正常量化区正常量化区aLaM v211本讲稿第十一页，共四十八页9.4 抽样信号的量化限幅区限幅区 v2信号幅度进入限幅区t 5 4 3 2 1 0-1-2-3-4-5u(v)量化误差t 1
6、 0-1e(v)aLaM12本讲稿第十二页，共四十八页9.4 抽样信号的量化信号幅度信号幅度 v/2，在判决电平在判决电平dk上上下波动下波动t 2 1 0u(v)量化误差t 1 0-1e(v)量化误差t 1 0-1e(v)空载区判决电平判决电平t 2 1 0u(v)信号幅度信号幅度 Iw,ci=1Is Iw,ci=035本讲稿第三十五页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n编码表 量化值c1c2c30000100120103011410051016110711136本讲稿第三十六页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n9.5.2 自然二进制码和折叠二进制码n 码字：在编码时，每个量化级都是用一定位数
7、的二进制码来表示的，这一组二进制码就称为码字。n 码型：码字中码位的整体编排方式称为码型。n PCM中常用的码型：自然二进码 折叠二进码 循环二进码(格雷码）37本讲稿第三十七页，共四十八页9.5 脉冲编码调制量化电平序号量化电平序号信号极性信号极性自然二进码自然二进码c1 c2 c3 c4折叠二进码折叠二进码c1 c2 c3 c4循环二进码循环二进码c1 c2 c3 c415正正极极性性部部分分1 1 1 11 1 1 11 0 0 0141 1 1 01 1 1 01 0 0 1131 1 0 11 1 0 11 0 1 1121 1 0 01 1 0 01 0 1 0111 0 1 11
8、 0 1 11 1 1 0101 0 1 01 0 1 01 1 1 191 0 0 11 0 0 11 1 0 181 0 0 01 0 0 01 1 0 07负负极极性性部部分分0 1 1 10 0 0 00 1 0 060 1 1 00 0 0 10 1 0 150 1 0 10 0 1 00 1 1 140 1 0 00 0 1 10 1 1 030 0 1 10 1 0 00 0 1 020 0 1 00 1 0 10 0 1 110 0 0 10 1 1 00 0 0 100 0 0 00 1 1 10 0 0 0三种常用的二进码型38本讲稿第三十八页，共四十八页9.5 脉冲编码调
9、制n 折叠码的优点 编码电路和编码过程简单；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。n 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。n 码位排列方法x5 x6 x7 x8x2 x3 x4x1段内码段落码幅度码极性码码位安排码位安排41本讲稿第四十一页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n 段落码编码规则段落序号段落序号段落码段落码c2 c3 c4段落范围段落范围（量化单位）（量化单位）81 1 11024204871 1 0512102461 0 125651251 0 012825640 1 16412830 1 0326420 0 1163210 0
10、 001642本讲稿第四十二页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n 段内码编码规则量化量化间间隔隔段内段内码码 c5 c6 c7 c8151 1 1 1141 1 1 0141 1 0 1121 1 0 0111 0 1 1101 0 1 091 0 0 181 0 0 070 1 1 160 1 1 050 1 0 140 1 0 030 0 1 120 0 1 010 0 0 100 0 0 043本讲稿第四十三页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n9.5.3 电话信号的编译码器n 编码器原理c2.c8极性判决极性判决整流整流保持保持比较判决比较判决记记忆忆7/11变换变换11位位线性线性解码
11、解码网络网络ICIS位时钟脉冲位时钟脉冲D2 D3 .D8M2 M3 .M8B2 B3 .B8本地译码器本地译码器位时钟位时钟脉冲脉冲D1抽样值抽样值PAM+PCM码流码流逐次反馈型编码器c1 将双极性信号变成单极性信号正时为“1”，负时为“0”44本讲稿第四十四页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n【例】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。【解】设编出的8位码组用c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8表示，则：1
12、)确定极性码c1：因为输入抽样值+1270为正极性，所以c1=1。2)确定段落码c2 c3 c4：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Iw128。现在输入抽样值等于1270，故c21。在确定c21后，c3决定于信号抽样值大于还是小于512，即此时的权值电流Iw512。因此判定c31。同理，在c2 c311的条件下，决定c4的权值电流Iw1024。将其和抽样值1270比较后，得到c41。这样，就求出了c2 c3 c4111，并且得知抽样值位于第8段落内。45本讲稿第四十五页，共四十八页9.5 脉冲编码调制3)确定段内码c5 c6 c7 c8：段内码是
13、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c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 11110011，它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=1248（量化单位）。将此量化值和信号抽样值相比
14、，得知量化误差等于1270 1248=22（量化单位）。抽样值127010241536204811521280012345678910 1112131415121646本讲稿第四十六页，共四十八页9.5 脉冲编码调制n 逐次比较法译码原理c2.c8极性判决极性判决整流整流保持保持比较判决比较判决记记忆忆7/11变换变换11位位线性线性解码解码网络网络ICIS位时钟脉冲位时钟脉冲D2 D3 .D8M2 M3 .M8B2 B3 .B8本地译码器本地译码器位时钟脉位时钟脉冲冲D1抽样值抽样值PAM+PCM码流码流c1c2 c8记忆电路7/11变换恒流源极性控制c1译码输出47本讲稿第四十七页，共四十八页小结思考题：1、为什么要引入DPCM？2、PCM中的噪声有何影响？可做习题：可做习题：9-8,9-9，9-10n 均匀量化的原理和信号 量噪比计算；n 非均匀量化的原理；n 13折线A律压缩特性；n PCM原理；n 13折线A律编码。48本讲稿第四十八页，共四十八页