2022年DPCM编码与解码的MATLAB实现与研究课设.docx

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1、精品学习资源成 绩 评 定 表同学姓名xx班级学号xxxxxxxx欢迎下载精品学习资源专 业电子信息工程课程设计题目DPCM编码与解码的 MATLAB实现与分析欢迎下载精品学习资源组长签字：评语成果年 月 日日期课程设计任务书学 院信息科学与工程专 业电子信息工程欢迎下载精品学习资源同学姓名课程设计题目xx班级学号xxxxxxxDPCM编码与解码的MATLAB的实现与分析实践教案要求与任务 :利用 MATLAB/Simulink进行编程和仿真，仿真的内容可以是关于信源、信源编码、模拟调制、数字调制、多元调制、差错把握、多址技术、信道仿真及具体通信电路的仿真实现；也可以用信的某一具体环节进行仿真

2、；工作方案与进度支配 :MATLAB编程对通2021 年 3月 4 日 选题目查阅资料2021 年 3月 5 日 编写软件源程序或建立仿真模块图指导老师：年月日专业负责人：年月学院教案副院长：日年 月日2021 年3月 6日调试程序或仿真模型2021 年3月 7日性能分析及验收2021 年3月 9日撰写课程设计报告、答辩欢迎下载精品学习资源摘 要第一安装 MATLAB软件，然后熟识软件环境以及各个模块并利用MATLAB集成环境下的 Simulink仿真平台 , 建立一个很小的系统，用示波器观看正弦信号的平方的波形；懂得 DPCM编码及解码原理图并依据 DPCM编解码原理图设计一个 DPCM编码

3、与解码系统；转变不同模块的数据并用示波器观看编码与解码前后的信号波形；加上各种噪声源 , 用误码测试模块测量误码率；最终依据运行结果和波形来分析该系统性能，从而更深化地把握DPCM编码与解码系统的相关学问使自己受益；欢迎下载精品学习资源关键词： MATLA；BDPCM编码与解码系统；误码率目录欢迎下载精品学习资源1 课程设计目的 12 课程设计要求 13 相关学问 14 课程设计分析 75 仿真. . .136 结果分析 . 147 参考文献 .15欢迎下载精品学习资源DPCM编码与解码的 MATLAB实现与分析1. 课程设计目的（1） ）加深对 DPCM编码与解码基本理论学问的懂得；（2）

4、）培养独立开展科研的才能；（3） ）把握用 MATLAB实现 DPCM编码与解码系统的设计与仿真；（4） ）把握 MATLAB软件的使用；2. 课程设计要求（1） ）把握 DPCM编码与解码系统的相关学问、概念清晰；（2） ）把握 MATLAB 使用方法，利用软件绘制图像；（3） ）程序设计合理、能够正确运行；（4） ）依据运行结果和波形来分析该系统性能；3. 相关学问3.1 DPCM编码与解码系统简介推测编码方法是一种较为有用被广泛接受的一种压缩编码方法；推测编码 方法原理，是从相邻像素之间有强的相关性特点考虑的；比如当前像素的灰度 或颜色信号，数值上与其相邻像素总是比较接近，除非处于边界状

5、态；那么预 测编码 predictive coding是统计冗余数据压缩理论的三个重要分支之一，它的理论基础是现代统计学和把握论；由于数字技术的飞速进展，数字信号处理 技术不时渗透到这些领域，在这些理论与技术的基础上形成了一个特地用作压 缩冗余数据的推测编码技术；推测编码主要是削减了数据在时间和空间上的相 关性，因而对于时间序列数据有着广泛的应用价值；在数字通信系统中，例如 语音的分析与合成，图像的编码与解码，推测编码已得到了广泛的实际应用；推测编码是依据某一模型利用以往的样本值对于新样本值进行推测，然后欢迎下载精品学习资源将样本的实际值与其推测值相减得到一个误差值，对于这一误差值进行编码；假

6、如模型足够好且样本序列在时间上相关性较强，那么误差信号的幅度将远远小于原始信号，从而可以用较少的电平类对其差值量化得到较大的数据压缩结果；假如能精确推测数据源输出端作为时间函数使用的样本值的话，那就不存在关于数据源的不确定性，因而也就不存在要传输的信息；换句话说，假如我们能得到一个数学模型完全代表数据源，那么在接收端就能依据这一数学模型精确地产生出这些数据；然而没有一个实际的系统能找到其完整的数据模型， 我们能找到的最好的推测器是以某种最小化的误差对下一个采样进行推测的推测器；当前像素的灰度或颜色信号的数值，可用前面已显现的像素的值，进行预测（估量），得到一个推测值（估量值），将实际值与推测值

7、求差，对这个差值信号进行编码、传送，这种编码方法称为推测编码方法；推测编码方法分线性推测和非线性推测编码方法；线性推测编码方法，也称 差 值 脉 冲 编 码 调 制 法 ， 简 称 DPCM（ differentialPulseCode Modulation ）；推测编码方法在图像数据压缩和语音信号的数据压缩中都得到广泛的应用和争论；3.2 DPCM的基本原理DPCM编码 , 简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式 抽样差值的含义请参见“增量调制” ；这种方式是用已经过去的抽样值来推测当前的抽样值，对它们的差值进行编码；差值编码可以提高编码频率 ， 这 种 技 术 已

8、应 用 于 模 拟 信 号 的 数 字 通 信 之 中 ；对于有些信号 例如图像信号 由于信号的瞬时斜率比较大，很简洁引起过载，因此，不能用简洁增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音 信号那种音节特性，因而也不能接受像音节压扩那样的方法，只能接受瞬时压 扩的方法；但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这类瞬时斜率比较大的欢迎下载精品学习资源信号，通常接受一种综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制，或称差值脉码调制，用DPCM表示；这种调制方式的主要特点是把增量值分为个等级，然后把个不同等级的增量值编为位二进制代码再送到信道传输，因此，

9、它兼有增量调制和PCM的各自特点；设这个误差电压经过量化后变为个电平中的一个，电平间隔可以相等，也可以不等，这里认为它是间隔相等的均匀量化；量化了的误差电压经过脉冲调制器变为 PAM脉冲序列，这个 PAM信号一方面经过 PAM编码器编码后得到 DPCM 信号发送出去；另一方面把它经过积分器后变为与输入信号xt进行比较，通 过相减器得到误差电压et；试验说明，经过 DPCM调制后的信号，其传输的比特率要比PCM的低，相应要求的系统传输带宽也大大地减小了；此外，在相同比特速率条件下，DPCM比PCM信噪比也有很大的改善；与M 相比，由于它增多了量化级，因此，在改善量化噪声方面优于 M系统； DPC

10、M的缺点是易受到传输线路上噪声的干扰， 在抑制信道噪声方面不如 M；3.3 DPCM编码与解码系统的争论内容（1） ）利用 MATLAB集成环境下的 Simulink仿真平台 , 设计一个 DPCM编码与解码系统；（2） ）用示波器观看编码与解码前后的信号波形；（3） ）加上各种噪声源 , 用误码测试模块测量误码率；（4） ）最终依据运行结果和波形来分析该系统性能；欢迎下载精品学习资源3.4 DPCM编码及解码过程和原理欢迎下载精品学习资源fi,jei,jei,j量化器编码器欢迎下载精品学习资源输入fi,j欢迎下载精品学习资源fi,j输出推测器推测器fi,jfi,jei,jfi,j解码器信道传

11、输欢迎下载精品学习资源DPCM 编、解码原理图系统包括，发送、接收和信道传输三个部分；发送端由编码器、量化器、 推测器和加减法器组成；接收端包括解码器和推测器等；信道传送以虚线表 示；由图可见 DPCM系统具有结构简洁，简洁用硬件实现（接收端的推测器和发送端的推测器完全相同）的优点；图中输入信号fi,j是坐标为 i ,j 像素点欢迎下载精品学习资源的实际灰度值，f i ,j 是由已显现从前相邻像素点的灰度值对该像素点的推测欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源灰度值； ei ,j 是推测误差；假如发送端不带量化器，直接对推测误差ei ,j 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源进行编码、传

12、送，接收端可以无误差地复原fi ,j ；这是可逆的无失真的 DPCM欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源编码，是信息保持编码；但是，假如包含量化器，这时编码器对ei,j 编码，欢迎下载精品学习资源量化器导致了不行逆的信息缺失，这时接收端，经解码复原出的灰度信号，不欢迎下载精品学习资源是真正的 fi ,j ，以 fi ,j 表示这时的输出；可见引入量化器会引起确定程欢迎下载精品学习资源度的信息缺失，使图像质量受损；但是，为了压缩比特数，利用人眼的视觉特性，对图像信息丢失不易觉察的特点，带有量化器有失真的DPCM编码系统仍是普遍被接受；3.5 MATLAB 简介欢迎下载精品学习资源3.5.1

13、基本功能MATLAB是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学运算、可视化以及交互式程序设计的高科技运算环境；它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学争论、工程设计以及必需进行有效数值运算的众多科学领域供应了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学运算软件的先进水平；MATLAB和 Mathematica 、Maple、MathCAD并称为四大数学软件；它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指；MATLAB可以进行矩阵

14、运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面；MATLAB是很有用的数学软件它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指； MATLAB可以进行运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接接其他编程语言的程序等，主要应用于工程运算、把握设计、信号 处理与通讯、金融建模设计与分析等领域；3.5.2 MATLAB特点（ 1）高效的数值运算及符号运算功能，能使用户从纷杂的数学运算分析中解脱出来；（2）具有完备的图形处理功能 , 实现运算结果和编程的可视化；（ 3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和把握 ；（ 4）功能丰富的应用工具箱 如信号处理工具箱、通信工具箱等

15、,为用户供应了大量便利有用的处理工具；3.5.3 MATLAB产品应用（1） ）数值分析（2） ）数值和符号运算欢迎下载精品学习资源（3） ）数字图像处理技术（4） 把握系统的设计与仿真（5） ）数字信号处理技术（6） ）通讯系统设计与仿真3.5.4 MATLAB特点（ 1）高效的数值运算及符号运算功能，能使用户从纷杂的数学运算分析中解脱出来；（2）具有完备的图形处理功能 , 实现运算结果和编程的可视化；（ 3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和把握；（ 4）功能丰富的应用工具箱 如信号处理工具箱、通信工具箱等 ,为用户供应了大量便利有用的处理工具；3.6 SIMUL

16、INK 简介SIMULINK是 MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与 MATLAB语言的主要区分在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上；在 simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真；它为用户供应了方框图进行建模 的图形接口，接受这种结构画模型就像你用手和纸来画一样简洁；而所谓模型 化图形输入是指 SIMULINK供应了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现

17、的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以 .mdl 檔进行存取），进而进行仿真与分析； SIMILINK 模块库按功能进行分类，包括以下 8 类子库： Continuous （连续模块）， Discrete （离散模块）， Function&Tables （函数和平台模块）， Math（数学模块）， Nonlinear欢迎下载精品学习资源（非线性模块）， Signals&Systems（信号和系统模块）， Sinks （接收器模块）， Sources（输入源模块）；4. 课程设计 分析4.1 simulink的工作环境熟识建立一个很小的系统，用示波器观看正弦

18、信号的平方的波形，如图4-1系统中所需的模块：正弦波模块，示波器模块；图 4-1 正弦仿真电路图正弦波参数设置如图 4-2欢迎下载精品学习资源图 4-2正弦参数设置4.2 DPCM 编码与解码的电路图DPCM编码与解码的仿真电路图如图 4-3此系统所用的仿真电路模块有：正弦波模块、增益模块、DPCM编码模块、DPCM解码模块、数制转换模块、 Terminator模块、示波器模块；正弦信号用于输入信号，示波器用于观看波形；图 4-3DPCM 编码与解码的电路图4.3 系统所用模块的参数设置调制信号模块的参数设置：正弦波幅度设计为1，频率 Frequency 设置为1，如图 4-4欢迎下载精品学习

19、资源图 4-4 调制信号的参数设置DPCM Encoder的参数设置如下图 4-5图 4-5 DPCM Encoder的参数设置DPCM decoder的参数设置如图 4-6欢迎下载精品学习资源图 4-6 decoder 的参数设置数制转换模块参数设置如图 4-7 和 4-8图 4-7 数制转换模块参数设置欢迎下载精品学习资源图 4-8 数制转换模块参数设置示波器的参数设置：示波器有 3 个接口，时间范畴设置为 auto ，如图 4-9欢迎下载精品学习资源5. 仿真图 4-9 数制转换模块参数设置欢迎下载精品学习资源利用 MATLAB软件依据图 5-1 和 5-2 模型分别进行仿真欢迎下载精品

20、学习资源欢迎下载精品学习资源5-1正弦仿真电路图6. 结果分析图 5-2 DPCM 编码与解码的电路图欢迎下载精品学习资源图 6-1单正弦与平方波的对比图 6-2 用示波器观看正弦信号的波形结论：两正弦波叠加之后的周期是原周期的1/2, 频度是原频度的 2 倍, 且不加任何干涉信号的原正弦信号的图形与进行DPCM编码和解码后的图形是一样的；7. 参考文献欢迎下载精品学习资源1 张德丰等编著 .MATLAB通信工程仿真 M. 机械工业出版社 ,2003,31-35；2 苏金明 阮沈勇编著 .MATLAB有用教程 M. 电子工业出版社，2006,105- 117；3 董霖编著 .MATLAB使用详解 M. 科学出版社 ,2005,13-47；4 王宏编著 .MATLAB及其在信号处理中的应用 M. 清华高校出版社 ,2007,157- 173 ；欢迎下载