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第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第一节第一节信源编码信源编码l l信源编码的任务信源编码的任务 （1）将输入信号变换成适于数字通信系统处理和传输的数字信号 （2）通过信源编码提高数字信号的有效性，尽可能减少信号中的冗度，进行压缩信号带宽的编码，使单位时间单位系统频带上所传输的信息量最大第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益一、一、脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）lPulseCodeModulationl脉码调制的基本概念脉码调制的基本概念（1 1）脉码调制通信：把时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间脉码调制通信：把时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输离散、取值离散的数字信号后在信道中传输（2 2）抽抽样样：对对模模拟拟信信号号进进行行周周期期性性扫扫描描，把把时时间间上上连连续续的的信信号号变变成成时间上离散的信号时间上离散的信号（3 3）量量化化：把把经经抽抽样样得得到到的的瞬瞬时时值值进进行行幅幅度度离离散散（指指定定一一组组电电平平，把瞬时抽样值用最接近的电平值表示）把瞬时抽样值用最接近的电平值表示）（4 4）编码：用二进制码组表示每个有固定电平的量化值）编码：用二进制码组表示每个有固定电平的量化值 第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（一）抽样（一）抽样（1 1）取样过程取样过程 脉冲的调制过程，也称抽样、采样。取样脉冲为载波信号，模拟信号为调制信号，称脉冲振幅调制（PAM）。它把时间连续的模拟信号变换为时间离散的信号 x(t)p(t)y(t)第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2 2）取样定理（奈奎斯特取样定理）取样定理（奈奎斯特取样定理）l对于上限频率为 的限带信号，如果取样脉冲频率 ，则原信号将被取样得到的离散信号完全地确定 l这样的离散信号经过截止频率为 的理想低通滤波器后，能完全地恢复原信号。取样脉冲频率 通常称为奈奎斯特频率 l取样定理是数字通信原理中十分重要的定理之一，是模拟信号数字化、时分多路复用、信号分析处理等技术的理论基础之一第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益正弦波信号抽样的例子正弦波信号抽样的例子足够小的抽样间隔直接连接用黑点表示的采样点就可充分表现正弦波形。(a)图若抽样间隔宽到为周期T，会成为直流信号吗？显然抽样间隔太宽了。(b)图若取抽样间隔T/2也许会得出只是0的数据。(c)图一个周期T内抽样三次,即抽样间隔T/3，可近似地复现正弦波。(d)图第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益定理的正确性说明定理的正确性说明l理想抽样方框图，数学关系式，各点波形理想抽样方框图，数学关系式，各点波形考察低通信号，频谱在0范围，抽样函数为周期性冲激函数：理想抽样方框图抽样后输出信号为，见图示：（时域表示式）（其它时刻均为0）第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l频谱关系频谱关系第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益H第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（3）保持保持l 模拟信号被抽样后，得到一系列脉冲幅度调制信号。要完成信号的数字化，还必须进行量化、编码，这需要一定的时间。在该时间内，要求PAM样值的幅度保持不变，而宽度所占的时间足以满足编码过程。l保持指将脉冲宽度展宽，目的是为了编码。l在通常的电路中，抽样和保持多连在一起，称抽样保持，开关电路实现抽样，储能元件实现保持。抽样保持电路的方式有电压抽样保持、电流抽样保持、电压电流结合的高速抽样保持等，在一般的高速高精度抽样中多采用电压抽样保持方式。第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益PAMiRiRsKs/DiCHRL第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益问问题题1、简述脉码调制的基本过程2、何谓限带抽样定理？3、简述信源编码的任务第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（二）量化（二）量化l 取样后的PAM信号幅度是连续变化的，不能进行编码。必须进行幅度的离散化处理，即量化，才能实现模拟信号的数字化l 将幅度连续变化的信号用有限个电平表示的过程称为量量化化，即把抽样后的PAM信号在幅度上进行离散化的过程l 量化的方法就是将样值的最大变化范围划分为若干个相邻的段落，当样值落在某一间隔内，其输出数值就用此间隔内的某一固定值来表示l 根据量化过程中量化器的输入和输出的关系，或根据量化的间隔相等与否，可以分为均匀量化和非均匀量化两种方式第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 无论量化间隔多么小，量化总是存在误差的，其影响等效于噪声，亦称为量化噪声量化噪声l 虽然量化间隔小、量化级数多可以减少量化误差，但同时增加了数码率，提高了编码设备的复杂程度，且需要较宽的传输信道 例如：语音信号的抽样速率为8kHz，每个样值8位编码，量化共有256个间隔，每路语音PCM编码后的数码率为8*8=64 kbit/s，每个样值10位编码的数码率为80kbit/sl 如何能提高量化信噪比，又不至于提高数码率呢？l 采用压缩的量化特性进行量化是改善小信号信噪比而又不致占用更宽频带的一种有效方法第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1、均匀量化、均匀量化l 将输入信号在取值范围内按等距离分割的量化称为均匀量化l 量化器输出uk(t)与输入u(t)间的量化特性是一均匀的阶梯关系（1）将信号幅度的动态范围（-ukmukm）等分为N个量化级，即：=2ukm/N（ukm为过载点电压）N个量化级反映了抽样幅度值的变化，量化后，每一个抽样值被N个量化级对应的离散值取代，对应的电平称为量化电平（2）量化误差：e(t)=uk(t)-u(t)（3）过载区和非过载区第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（4）均匀量化的噪声功率 实际分析中，使用均方根值表示量化噪声功率设未过载量化范围（-ukmukm）等分为N个量化级，编为nbit，则=2ukm/N=2ukm/2n，因此 说明：均匀量化噪声功率与量化级数、编码比特数、输入信号最大幅度有关第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（5）均匀量化的信噪比分为双极性信号和单极性信号两种情况讨论a)双极性信号的信噪比在测量时往往使用正弦信号判断信噪比，如果正弦信号的峰值幅度为过载幅度ukm，即信号幅度的有效值为 ，信号最大功率为 ，则信噪比为第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益b)单极性信号的信噪比对单极性信号，常用信号的峰峰值与量化误差的均方根值之比表示量化信噪比c)讨论取样信号量化后的信噪比与量化比特数n成正比随输入信号幅度的下降，信噪比将严重恶化；或输入小信号时，信噪比严重恶化，恢复小信号困难对于正弦信号，当时，有最大的信噪比，实用中常常用来确定n的取值第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 均匀量化的问题：量化信噪比随信号电平的减少而下降，因为量化间隔为固定值，量化噪声功率的大小与信号无关，当小信号时，量化信噪比明显下降对于语音信号来说，小信号的出现概率大于大信号的出现概率，这就使平均信噪比下降解决的办法可以利用非均匀量化，在信号幅度小时，量化间隔划分得小；信号幅度大时，量化间隔划分得大，以提高小信号的信噪比，适当减小大信号的信噪比，使平均信噪比提高，获得较好的小信号接收效果l 均匀量化器常用于遥控遥测、仪表等方面第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益问题六问题六1、什么是量化？量化有哪些方式？什么是均匀量化？2、从式中，你能体会到什么？3、简述的物理意义。第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 不均等地划分量化级（1）基本思想：在均匀量化之前，放大小信号，压缩大信号，克服了均匀量化的缺点。非均匀量化是依据信号的不同区间来确定量化间隔，即信号小的区间量化间隔小，信号大的区间选取的量化间隔大（2）模拟非均匀量化器的工作原理：输入信号在所选择的电平范围先经过一个具有非线性特性的压缩器变换，经压缩后的信号再进行均匀量化与编码；在接收端译码输出的量化值，经过与压缩器具有相反非线性特性的扩张器，还原出未经压缩扩张的PAM信号，再经低通滤波器重建原始信号 2、非均匀量化、非均匀量化压缩器均匀量化编码译码扩张器第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 所谓压缩，就是用一个非线性变换电路将输入x变换成另一变量y，即y=f（x）非均匀量化实际上变成对压缩后的变量y进行均匀量化。接收端只要采用一个传输特性为x=f-1（y）的扩张器来恢复x即可l 通常使用的压缩器，一般是对数式压缩，即y=lnx。广泛采用的两种对数压缩律是u压缩律和A压缩律l 非均匀量化器用于波形编码器、语声的矢量编码器、声码器等方面 第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3、压缩率、压缩率 非均匀量化的原理引出了很多压扩方法，目前常用的是A律（以A为参量）和u律（以u为参量）13折线A律主要用于英、法、德等欧洲各国的PCM30/32路基群中，我国的PCM30/32路基群也采用A律13折线压缩律15折线律主要用于美国、加拿大和日本等国的PCM-24路基群中CCITT建议G.711规定上述两种折线近似压缩律为国际标准，且在国际间数字系统相互联接时，要以A律为标准。因此重点介绍13折线A律压缩特性第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l u压缩律（1）所谓u压缩律就是压缩器的压缩特性为：式中，y归一化的压缩器输出电压，x归一化的压缩器输入电压，u压扩参数，表示压缩程度第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）u压缩律的斜率对小信号：则对大信号：则说明，当u取值较大时，小信号斜率大，大信号斜率小，改善了小信号的量化信噪比第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益u律压缩特性曲线律压缩特性曲线示意图示意图第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 l A律压缩律曲线：（1）所谓A压缩律就是压缩器的压缩特性为：式中，y归一化的压缩器输出电压，x归一化的压缩器输入电压，A压扩参数，表示压缩程度讨论：（1）A=1时，y=x，为均匀量化。（2）A值由压缩量、编码位数等确定。第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）A压缩律的斜率对小信号，即有对大信号，即有说明，小信号斜率大，大信号斜率小，改善了小信号的量化信噪比第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益A律压缩特性曲线律压缩特性曲线示意图示意图第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益A律压缩与u律压缩非常类似，现比较如图：通常，A律压缩取A=87.6，u律压缩取u=255第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 对数压缩特性的折线近似实现早期的A律和u律压缩特性是用非线性模拟电路实现的（二极管的非线性特性），稳定性和一致性很差，且不利于用数字技术实现后来采用折线代替匀滑曲线，可用数字技术实现，又实现了大规模集成化，质量及可靠性得到了保证采用折线法逼近A律和u律已形成国际标准：（1）A律采用13折线近似（2）u律采用15折线近似第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益画出正向部分8段，负向还有8段，由于正负1、2段的斜率相同，合成一段，故得到13段折线近似法第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益画出正向部分8段，负向还有8段，由于正负1段的斜率相同，合成一段，故得到15段折线近似法第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（三）编码（三）编码1、编码的码字和码型l 二进制码可以经受较高的噪声电平的干扰，并易于再生，因此PCM中一般采用二进制码l 每个量化级用若干位比特的二进制码组表示，该二进制码组称为码字l 编码位数n与量化级数N的关系：N=2n第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 编码中码位数确定的考虑因素（1）通信质量nNNqS/Nq通信质量（2）信道利用率n数码率（nfs）占用带宽传输容量信道利用率l 码型指的是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。在PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码(又称格雷码)第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2、A律13折线编码方法返回返回第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l A律13折线图形说明（1）13折线A律是从不均匀量化的基点出发，设法用许多折线来逼近A律对数压扩特性的（2）归一化处理，对应输入输出的最大范围（-1+1）（3）将输入正向取值区间（0+1）不均匀分成8段，原则是：前一段的起始电平是后一段的1/2，则这8段长度由小到大依次为1/128，1/128，1/64，1/32，1/16，1/8，1/4和1/2，其中第一、第二两段长度相等，都是1/128（4）将得到的8段之中每一段都要再均匀地分成16等份，每一等份就是一个量化级第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（5）由（2）（3）知，在每一段内，这些等份之间(即16个量化级之间)长度是相等的；但是，在不同的段内，这些量化级又是不相等的。因此，输入信号的取值范围0至1总共被划分为168=128个不均匀的量化级（6）可见，用这种分段方法就可对输入信号形成一种不均匀量化分级，它对小信号分得细，最小量化级(第一、二段的量化级)为(1/128)(1/16)=1/2048，对大信号的量化级分得粗，最大量化级为1/(216)=1/32（7）为提供一个统一的量度量化台阶（用表示），选择最小的量化台阶为基本量化单位，即可以计算出输入信号的取值范围0至1总共被划分为204第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（8）将输出正向取值区间（0+1）均匀分成8段，每段在均匀分为16等份，每一等份就是一个量化级。于是y轴的区间(0，1)就被分为128个均匀量化级，每个量化级均为1/128。（9）将x轴的8段和y轴的8段各相应段的交点连接起来，于是就得到由8段直线组成的折线。由于y轴是均匀分为8段的，每段长度为1/8，而x轴是不均匀分成8段的，每段长度不同，因此，可分别求出8段直线线段的斜率第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益204810245122561286432160返回第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益问问题题1、简述非均匀量化的基本原理/思想。2、何谓码字？PCM选用的码型是什么？第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 码位安排（1）极性码A1：信号样值正负，1位。（2）段落码A2A3A4：信号样值所属段落，3位。（3）段内码A5A6A7A8：不同段落的均匀量化级，4位。（表示对各码段再进行16等分，且以第1段的16等分中的一段作为一个）极性码极性码段落码段落码段内码段内码A1A2A3A4A5A6A7A8第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益段落序号段落码A2A3A4段落起点电平（）段内码对应电平（）a5a6a7a8段落长度（）100008421162001168421163010321684232401164321684645100128643216812861012561286432162567110512256128643251281111024512256128641024段落电平关系表段落电平关系表第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益段内码段内码第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益A律律13折线幅度码与其对应电平折线幅度码与其对应电平第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益0返回16326412825651210242048第一段第三段第五段第七段第二段第四段第六段第八段第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 编码方法编码方法第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益16326412825651210242048第一段第三段第五段第七段第二段第四段第六段第八段0第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益16326412825651210242048第一段第三段第五段第七段第二段第四段第六段第八段0第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益方法一第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益方法二第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 解码解码（1）解码：根据A87.6/13折线压扩律将输入并行PCM码进行数-模变换还原为PAM信号（2）解码原理 l 与编码部分介绍的PCM码求抽样值方法相同l 实际中应加1/2i以补偿修正（使量化误差小于1/2i）第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例：将接收到的317对应的11010011进行译码。解：由题知：A1=1，说明信号为正。段落码为101，说明为第6段信号，查表知其起点电平为256。1）不加1/2i补偿有：Is=256+32+16=304量化误差为：317-304=132）加1/2i补偿有：Is=256+32+16+1/216=312（i=a8）量化误差为：317-312=58=1/2i第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二、二、预测编码预测编码1、预测编码的基本原理、预测编码的基本原理l l 通过选择合适的编码方法，用较小的信号功率、频带宽度和持续时间进通过选择合适的编码方法，用较小的信号功率、频带宽度和持续时间进行信息的传输，能有效提高数字信号传输的有效性行信息的传输，能有效提高数字信号传输的有效性l l 提高数字信号有效性的问题可归结为如何降低数码率或压缩频带的问题提高数字信号有效性的问题可归结为如何降低数码率或压缩频带的问题l l 提高消息传输效率的根本途径是设法压缩消息的多余度提高消息传输效率的根本途径是设法压缩消息的多余度 eg:eg:“家里有急事，请你尽快回家家里有急事，请你尽快回家”，“急事，快回家急事，快回家”l l 为提高消息的传输效率，必须减少信息之间的相关性，主要的方法之一是为提高消息的传输效率，必须减少信息之间的相关性，主要的方法之一是预测编码预测编码第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l l 预测编码预测编码根据上一时刻的信号样值预测下一个样值，并仅把预测值根据上一时刻的信号样值预测下一个样值，并仅把预测值与当前的实际样值之与当前的实际样值之差差（预测误差）加以量化、编码后进行传输的方式（预测误差）加以量化、编码后进行传输的方式 l l 预测编码预测编码利用信号的相关性，根据当前和过去的信号值来预测未来利用信号的相关性，根据当前和过去的信号值来预测未来的信号值的方法的信号值的方法 l l 显然，预测误差信号与原信号相比，功率减少，幅度范围减少，但原信显然，预测误差信号与原信号相比，功率减少，幅度范围减少，但原信号所包含的信息仍保持完整号所包含的信息仍保持完整 l l 解调时，在量化误差相同条件下，传输预测误差所需的量化比特数将比解调时，在量化误差相同条件下，传输预测误差所需的量化比特数将比PCMPCM少，有效去除了多余的信息，达到了压缩频带、提高效率的目的少，有效去除了多余的信息，达到了压缩频带、提高效率的目的 第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2 2、增量调制、增量调制l 增量调制是继PCM后出现的又一种语音信号的编码方法，是对当前样值与前面样值的差值进行编码的通信方式l 增量调制的优点编解码简单、抗误码性能好、在比特率较低时有较高的信噪比。在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛应用l 增量调制原理尽管一位二进制码只能表示两种状态，不能表示抽样值的大小，但是用一位码可以表示相邻抽样值的相对大小，可以表征模拟信号的变化趋势第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（1）简单增量调制（只编一位码的增量调制（M）l 在PCM系统中，模拟信号的抽样值被量化为N=2n个电平之一，然后编为n位二进制代码，代码直接由抽样值的大小确定，这是模拟信号数字化的主要方式之一。但PCM系统编译码器比较复杂，收发要严格同步，为此研究出了各种改进的形式 lM是其中一种最主要的改进形式。M最主要的特点是它所产生的二进制代码表示模拟信号前后两个抽样值的差别（增加还是减少），而不是代表抽样值本身的大小，因此称为增量调制M将模拟信号变换成仅仅由一位二进制码组成的数字信号序列，接收端仅需要用一个线性网络还原原模拟信号，设备简单第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 基本思想把刚过去的一个信号样值作为预测值，反映相邻两个样值的差或增量。增量为正，编码“1”；增量为负，编码“0”在接收端解码时，收到“1”码时，在前一个样值的基础上增加一个固定的台阶；反之，减少一个固定的台阶l 工作原理定时采样脉冲相减器判决器积分器积分器低通滤波101 1 1010101 1 1010第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益增量调制例题增量调制例题第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 简单增量调制的缺点由于量化台阶是固定的，必须减少量化噪声方法是减小量化台阶，当信号快速变化时，此时会使接收端恢复的阶梯波跟不上信号的变化速度而产生过载失真 过载失真：当信号变化太快时，预测信号跟踪不上输入信号，从而引起解调信号的严重失真，又称斜率过载 过载特性差，动态范围窄是简单增量调制的严重缺点，实际应用中必须进行改进才能使用第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）总和增量调制（-M）l 总和增量调制能一定程度上解决简单增量调制的缺点l 不发生过载失真的条件为 即只要信号的最大斜率满足上式要求，就不会发生过载失真的情况l 过载失真或简单增量调制问题的根本原因在于信号的变化速度与信号频率成正比第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 设编码器的输入电压为 ，则该信号最大斜率为 可见，信号幅度变化的最大速率与信号峰值、最高频率成正比只要Afs就不会发生过载现象，所以临界过载输入电压Amax为：最大信号幅度与频率成反比（当信号斜率一定时，输入信号频率越高，允许的幅度越小）增量调制的过载具有频率特性（如模拟信号是均匀频谱，则高频段将容易出现过载）第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 解决过载失真的方法就是降低输入信号的高频分量l 总和增量调制 对输入信号先进行预处理，即加一个积分器（完成输入信号高频分量按每倍频程6dB下降），然后再加到简单增量调制器的输入端，从而构成总和增量调制 在接收端，进行与预处理相反的过程，即增加一个与预处理积分 特性相反的微分，完成原输入信号的恢复定时采样脉冲相减器判决器积分器微分器低通滤波积分器积分器第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（3）自适应增量调制（ADM）l 在简单增量调制和总和增量调制中，量化台阶是固定的，所以量化噪声也是固定的量化台阶小，产生过载噪声；量化台阶大，产生量化噪声 l 为兼顾过载噪声和量化噪声，采用自适应增量调制。基本思想：量化台阶能自适应的随输入信号的统计特性而变化，大信号时，量化台阶大；小信号时，量化台阶小基本方法：检测输入信号的斜率变化，自动改变预测信号和量化台阶，使预测信号总能跟踪上输入信号的变化第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 自适应阶距控制器按信号变化速率调整阶距的控制电路。它按输入信号变化的快慢输出相应的控制信号，控制积分器输出阶梯波的大小（或称数字检测电路）定时采样脉冲相减器判决器积分器积分器乘法器自适应阶距控制第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l PCM编码对模拟信号的每个样值的编码独立进行，与其他样值无关l 对多数信号而言，取样值之间都有一定关联，在两次取样之间，信号波形不会有太大的变化，即样值之间具有一定的相关性，这种相关性使得PCM编码产生多余度多余度l DPCM能有效减小这种多余度多余度 l DPCM利用信号前后的相关性，根据过去信号的样值预测后面信号的样值，然后将预测值与现有样值之差进行编码3 3、差值脉码调制、差值脉码调制(DPCM)(DPCM)第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益l 定义：将信号差值量化成多电平传输，编成n位二进码进行传输 l M及其改进型均为一位比编码，对语音信号的传输具有较好效果，但是如果要求更高的通信质量，如电视信号，就不适用l 结合M和PCM，即对M量化后的差值进行多位编码的方式称为DPCMl DPCM系统的误差来源于发送端的量化器，而与接收端无关l DPCM系统不会产生量化误差积累相减器量化器预测器相加器相加器解码器编码器预测器第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4、自适应差值脉冲编码调制（自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）l 基本原理：用自适应量化取代固定量化，量化阶随输入信号变化而变化，使量化误差减小，即：使预测器的形式及其参数能够随信号的统计规律而自动调整 l 实现：DPCM系统+阶距自适应系统+预测自适应系统l 阶距自适应系统：量化阶距随输入信号的方差变化而变化 l 预测自适应系统：利用数字信号处理技术，用线性预测方法使输入信号的预测值能更好的匹配信号的变化，或者使预测器的形式及其参数随信号的统计规律而自动调整第三章 模拟信号的数字传输数字通信技术为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益问问题题1、何谓预测编码？预测编码的优点是什么？2、简单增量调制、总和增量调制、自适应增量调制的区别是什么？3、何谓差值脉冲编码调制？它和增量调制的区