二章节信源编码.ppt

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1、11/10/2022第2章 模拟信号的数字传输二章节信源编码 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望11/10/2022第2章 模拟信号的数字传输（1 1）将信源输出的信号转换为数字信号将信源输出的信号转换为数字信号形式，形式，经过信源编码输出的信号应该是在时间上离散、经过信源编码输出的信号应该是在时间上离散、在取值上为有限个状态的数字脉冲串；在取值上为有限个状态的数字脉冲串；信源编码的目的信源编码的目的（2 2）提高通信有效性，）提高通信有效性，减少原消

2、息的冗余度减少原消息的冗余度。第二章第二章第二章第二章 信源编码信源编码信源编码信源编码211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输信源编码信源编码DMS（信源是数字信号）（信源是数字信号）PCM （信源是模拟信号）（信源是模拟信号）DPCMDM、M第二章第二章第二章第二章 信源编码信源编码信源编码信源编码311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.1 离散无记忆信源（离散无记忆信源（DMS)编码编码1、DMS:Discrete Memoryless Source假定信源的输出是由有限个符号（xi，i=1，2L)构成的集合，这些符号出现的概率分别为p(xi)，则:（2.1-1）（等

3、概率时，H(x)最大）411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2、DMS编码分类编码分类（1）等长编码（2）不等不等长编码编码2.1 离散无记忆信源（离散无记忆信源（DMS)编码编码511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输又称均匀编码。即不论符号出现的概率如何，对每个符号都用N位二进制码表示。设信源共有 L种符号，每个符号用N位二进制表示，则有（2.1-2)（2.1-2）2.1.1 等等 长长 编编 码码1、等长编码的编码长度、等长编码的编码长度611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2、定义、定义DMS编码的效率编码的效率为为即每位二进制码所代表的信源的信息量。（2.

4、1-3）2.1.1 等等 长长 编编 码码711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输（1）当L刚好是2的整数次幂且每个符号等概率出现时N=H(x),这时编码效率为1。（2）符号等概率出现，但L不是2的整数次幂时,这时H(x)与N最多相差1bit。（3）当L1，编码效率下降不严重；当L较小时，编码效率较低。2.1.1 等等 长长 编编 码码811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输例例 2-1 信源有四种符号信源有四种符号 A(1/2)，B（1/4），），C（1/8），），D（1/8），求），求DMS等长编码的效率等长编码的效率 A(00)，B（01），C（10），D（11）2.1.

5、1 等等 长长 编编 码码911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输3、如何提高编码效率、如何提高编码效率可以将连续J个符号统一编码，则码元个数为LJ。可以将每个符号所增加的1比特减少到1/J比特，提高了编码效率。2.1.1 等等 长长 编编 码码1011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输例例 2-2 某某DMS信源有信源有5种符号种符号,每种符号等每种符号等概率出现。求以下固定长度编码的编码效率。概率出现。求以下固定长度编码的编码效率。（1）每个符号进行等长二进制编码。）每个符号进行等长二进制编码。（2）每三个符号组合进行等长二进制编码。）每三个符号组合进行等长二进制编码。2.

6、1.1 等等 长长 编编 码码1111/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.1.1 等等 长长 编编 码码1211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输（2.1-4）（2.1-5）2.1.2 不等长编码不等长编码1、不等长编码的平均码元长度、不等长编码的平均码元长度2、不等长编码的编码效率、不等长编码的编码效率1311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输例例23 信源共有四种符号信源共有四种符号A，B，C，D，设它，设它们出现的概率分别为们出现的概率分别为1/2，1/4，1/8，1/8，求其，求其Huffman编码的效率。编码的效率。HuffmanHuffman编码方法：编码

7、方法：（1 1）将信源符号按概率）将信源符号按概率P P排队；排队；（2 2）将概率最小的两种符号分别用）将概率最小的两种符号分别用“0”“0”和和“1”“1”表表示，合并其概率；示，合并其概率；（3 3）重复（）重复（1 1），直到得到最大概率的符号；），直到得到最大概率的符号；（4 4）按次序连线，形成编码）按次序连线，形成编码“树树”，按路径读数即，按路径读数即可获得码字。可获得码字。2.1.2 不等长编码不等长编码1411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输A:C:B:D:0101码字码字01011001111码长码长1233Huffman编码编码2.1.2 不等长编码不等长编码

8、1511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.1.2 不等长编码不等长编码1611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输例例 24 信源共有七种符号信源共有七种符号x1，x2，.x7，设它们出现的概率分别为，设它们出现的概率分别为0.35，0.30，0.20，0.10，0.04，0.005，0.005，求其求其Huffman编码的平均长度。编码的平均长度。2.1.2 不等长编码不等长编码17x1:0.35x3:0.20 x2:0.30 x4:0.100101例例 24 Huffman编编码码x6:0.005x5:0.04x7:0.00501010101码字码字11011110111

9、1100 01 101110码长码长22234551811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.1.2 不等长编码不等长编码1911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输如果用等长编码，由于有7种符号，N=3结论：不等长编码的效率大大结论：不等长编码的效率大大提高提高了。了。2.1.2 不等长编码不等长编码2011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输已知某地天气状态分为已知某地天气状态分为6种状况。若种状况。若6种状种状态出现的概率分别为态出现的概率分别为0.6，0.22，0.1，0.06，0.013，0.007，（，（1）计算平均信息量；）计算平均信息量；（2）二进制）二进

10、制Huffman编码；（编码；（3）平均码）平均码长。（长。（4）编码效率）编码效率2.1.2 不等长编码不等长编码21(2)Huffman编码码字码字11110111110 10 1101110码长码长1234550011x1:0.6x3:0.1x2:0.22x4:0.0601x6:0.007x5:0.01301012211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.1.2 不等长编码不等长编码（接上页）2311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)；v 进行数字方式传输；v 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。把把发发端端的的A/

11、DA/D变变换换称称为为信信源源编编码码，而而收收端端的的D/AD/A变变换换称称为为信信源源译译码码，如如语语音音信信号号的的数数字字化化叫做语音编码。叫做语音编码。1、利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：、利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：2.2 2.2 模拟信号数字化的方法模拟信号数字化的方法2411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输图图2.2 1 模拟信号的数字传输原理图模拟信号的数字传输原理图 模拟模拟信息源信息源抽样、量化抽样、量化和编码和编码数字数字通信系统通信系统译码和低通译码和低通滤波滤波m(t)skskm(t)模拟随机信号模拟随机信号数字随机序列数字随机序列数字随

12、机序列数字随机序列模拟随机信号模拟随机信号2.2 2.2 模拟信号数字化的方法模拟信号数字化的方法2511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.2 2.2 模拟信号数字化的方法模拟信号数字化的方法v 波形编码 2、模拟信号数字化的方法、模拟信号数字化的方法v 参量编码直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16 kb/s 64 kb/s范围内，接收端重建信号的质量好。目前用的最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制(PCM)和增量调制(M)。利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在16 kb/s以下，但接收端重建（恢复）信号的质量不够好。2611/10/2

13、022第2章 模拟信号的数字传输2.2.1 2.2.1 抽样抽样1、抽样定理、抽样定理 如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值时，那么根据它的抽样值就能重建原信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。2711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 根据信号是低通型的还是带通型的，抽样分低通抽样和带通抽样；2、抽样分类、抽样分类（2.2-1）2.2.1 2.2.1 抽样抽样2811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间

14、隔的，又分均匀抽样和非均匀抽样；v 根据抽样的脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可分理想抽样和实际抽样。2.2.1 2.2.1 抽样抽样2911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输q 一个频带限制在(0,fH)赫兹内的时间连续信号m(t)，如果以Ts1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。(动画演示)q 抽样速率fs（每秒内的抽样点数）=2fHq 若抽样速率fs2fH，则会产生失真，这种失真叫混叠失真（1）低通抽样定理2.2.1 2.2.1 抽样抽样3011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 奈奎斯特间隔 最大允许抽样间隔 Ts

15、=1/(2fH)v 奈奎斯特抽样速率 fs=2fH例如：语音信号例如：语音信号 3003400Hz (3003400Hz (见见p51)p51)f fs s=23400=6800Hz=23400=6800HzCCITTCCITT（International Telephone and Telegraph Consultative International Telephone and Telegraph Consultative Committee,Committee,国际电话与电报顾问委员会）国际电话与电报顾问委员会）ITUITU（International Telecommunicatio

16、ns Union,International Telecommunications Union,国际电信同盟）国际电信同盟）规定规定f fs s=8000Hz=8000Hz（2.2-2）2.2.1 2.2.1 抽样抽样3111/10/2022第2章 模拟信号的数字传输（2）带通抽样定理如果采用低通抽样定理的抽样速率fs2fH，对频率限制在fL与fH之间的带通型信号抽样，肯定能满足频谱不混叠的要求。但这样选择fs太高了，它会使0fL一大段频谱空隙得不到利用，降低了信道的利用率。2.2.1 2.2.1 抽样抽样3211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输一个带通信号m(t)，其频率限制在fL

17、与fH之间，带宽为B=fH-fL，如果最小抽样速率fs=2fH/n，那么m(t)可完全由其抽样值确定。带通均匀抽样定理2.2.1 2.2.1 抽样抽样3311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输例如：信号 312KHz552KHz，求fs2.2.1 2.2.1 抽样抽样3411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输还可以用下面方法，求fs2.2.1 2.2.1 抽样抽样3511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输(a)下面分两种情况加以说明：(b)当当n很大，无论很大，无论fH是否为带宽的整数倍是否为带宽的整数倍2.2.1 2.2.1 抽样抽样3611/10/2022第2章 模

18、拟信号的数字传输 实际中应用广泛的高频窄带信号就符合这种情况，这是因为fH大而B小，由于带通信号一般为窄带信号，容易满足fLB，因此，带通信号通常可按2B速率抽样。2.2.1 2.2.1 抽样抽样3711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输3、脉冲振幅调制脉冲振幅调制PAM:Pulse Amplitude Modulation 时间上连续的模拟信号经过抽样后，成为时间上离散但幅度取值仍是连续变化的信号，即PAM信号。2.2.1 2.2.1 抽样抽样脉冲振幅调制(PAM)是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。3811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输图图 2.2-2PAM信

19、号波形信号波形抽样值2.2.1 2.2.1 抽样抽样3911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输由于用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况，是不可能实现的。即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大，对有限带宽的信道而言也无法传递。因此，在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列。2.2.1 2.2.1 抽样抽样4011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输量化：利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。2.2.2 2.2.2 量化量化量化分为：v 均匀量化v 非均匀量化4111/10/2022第2章 模拟信号的数字传输均匀量化：把

20、输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。量化电平：在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。量化间隔：量化间隔i取决于输入信号的变化范围和量化电平数。一、一、均匀量化（线性量化）均匀量化（线性量化）1、概念概念2.2.2 2.2.2 量化量化4211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输如果用k个bit来描述样值序列，可描述位L=2k个样值。把取值无限的抽样值划分成有限的L个离散电平，此电平被称为量化电平。（2.2-3）2.2.2 2.2.2 量化量化43Ts)m(6Ts)t图图 2.2 3 量化的物理过程量化的物理过程信号的实际值信号的量化值量化误差q7m6q6m5

21、q5m4q4m3q3m2q2m1q1Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Tsmq(t)m(t)mq(6量化器m(kTs)mq(kTs)m(t)m(t)：输入的：输入的模拟信号模拟信号q1,q2.q7:q1,q2.q7:量化量化电平电平m1,m2.m6:m1,m2.m6:量量化区间的端点化区间的端点mmq q(t)(t)：量化：量化信号样值信号样值4411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v量化间隔v量化器输出v分层电平v量化电平量化后的信号mq(t)是对原来信号m(t)的近似。2.2.2 2.2.2 量化量化4511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输量化误差为了避免此类问题，应

22、扩大量化区，使所有信号在量化区。（2.2-4）量化值mq(t)与原信号值m(t)之间的误差。2.2.2 2.2.2 量化量化2、量化误差、量化误差4611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输（2.2-5）3、量化噪声的平均功率、量化噪声的平均功率2.2.2 2.2.2 量化量化假设信号取值的概率分布是均匀的，且误差e(t)在A内也是均匀的，概率密度p(x)=，则量化噪声的均方误差(即平均功率)Nq为4711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.2.2 2.2.2 量化量化4811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输4、量化信号平均功率、量化信号平均功率Sq设信号m(t)在-

23、A,A间均匀分布，概率密度为1/2A,且均匀量化为L层（mqi取值为/2，3/2，5/2.(L-1)/2)，则信号功率Sq为mqi的均方电压。2.2.2 2.2.2 量化量化信号功率Sq为：（2.2-6）4911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输5、量化信号、量化信号信噪比信噪比2.2.2 2.2.2 量化量化5011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 量化信噪比随量化电平数L的增加而提高，信号的逼真度越好。通常量化电平数应根据对量化信噪比的要求来确定。v 均匀量化器广泛应用于线性A/D变换接口和遥测遥控系统、仪表、图像信号的数字化接口。2.2.2 2.2.2 量化量化511

24、1/10/2022第2章 模拟信号的数字传输在在语语音音信信号号数数字字化化通通信信（或或叫叫数数字字电电话话通通信信）中中，均均匀匀量量化化则则有有一一个个明明显显的的不不足足：量量化化信信噪噪比比随随信信号号电电平平的的减减小小而而下下降降。产产生生这这一一现现象象的的原原因因是是均均匀匀量量化化的的量量化化间间隔隔为为固固定定值值量量化化电电平平分分布布均均匀匀，因因而而无无论论信信号号大大小小如如何何，量量化化噪噪声声功功率率固固定定不不变变，这这样样，小小信信号号时时的的量量化化信信噪噪比比就就难难以以达达到到给给定定的的要要求求。均均匀匀量量化化时时输输入入信信号号的的动动态态范范

25、围围将将受受到到较较大大的的限限制制。为为此此，实实际际中往往采用中往往采用非均匀量化非均匀量化。2.2.2 2.2.2 量化量化5211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的量化。换言之，非均匀量化是根据输入信号的概率密度函数来分布量化电平，以改善量化性能。(2.27)二、二、非均匀量化非均匀量化2.2.2 2.2.2 量化量化5311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输1 1、实现非均匀量化的方法、实现非均匀量化的方法-压缩扩张技术压缩扩张技术图图 2.2 4 非均匀编码非均匀编码2.2.2 2.2.2 量化量化5411/10/20

26、22第2章 模拟信号的数字传输v 把输入量化器的信号x先进行压缩处理，再把压缩的信号z进行均匀量化。所谓压缩器就是一个非线性变换电路，微弱的信号被放大，强的信号被压缩。v 接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复x。2.2.2 2.2.2 量化量化5511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 广泛采用的两种对数压扩特性是律压扩和A律压扩。美国采用律压扩，我国和欧洲各国均采用A律压扩。v 通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩(具有对数特性的通过原点呈中心对称的曲线），如：y=lnx。2.2.2 2.2.2 量化量化5611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输图图 2.2 5 压

27、缩与扩张的示意图压缩与扩张的示意图y8501A8BxxBAy(a)(b)OAB压缩特性压缩特性扩张特性扩张特性x1x2y1y2y1y22.2.2 2.2.2 量化量化5711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输例如图例如图2.2-62.2-6在输出端，输入样值：在输出端，输入样值：A=1,B=8A=1,B=8（1 1）设均匀量化器的阶距）设均匀量化器的阶距=1=1，则最大量化误差为，则最大量化误差为0.50.5，（2 2）在均匀量化之前进行压缩处理，则）在均匀量化之前进行压缩处理，则A=5,B=8A=5,B=8提高了弱信号的质量，同时缩小了样值的动态范围。提高了弱信号的质量，同时缩小了样

28、值的动态范围。2.2.2 2.2.2 量化量化58图图 2.2 6 对数压缩特性对数压缩特性(a)律；律；(b)A律律2 2、常见对数压扩特性曲线、常见对数压扩特性曲线y120010030m01x(a)y1y1b1ay1ln AAxx1A1y11ln A1y1ln A1ln Ax(b)0 x小信号区域大信号区域00.959式中,x为归一化输入，y为归一化输出。为压扩参数，表示压扩程度。v=0时，压缩特性是一条通过原点的直线，故没有压缩效果，小信号性能得不到改善；v 值越大压缩效果越明显，在国际标准中取=255。v 律压缩特性曲线是以原点奇对称的，图中只画出了正向部分。（1）律压扩特性律压扩特性

29、(2.2 8)6011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.2.2 2.2.2 量化量化61vA为压扩参数。国际标准取值为A=87.6，对应的斜率为:(2.2-9)（2）A律压扩特性（重点）律压扩特性（重点）vA值越大压缩效果越明显，A=1时无压缩。6211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.2.2 2.2.2 量化量化6311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输在电路上实现在电路上实现A A律这样的函数是相当复杂律这样的函数是相当复杂的，实际中，往往采用近似于的，实际中，往往采用近似于A A律的律的1313折折线法来描述线法来描述A A律的压扩特性。这样，基本律的压扩

30、特性。这样，基本保持连续压扩曲线的优点，电路上又易于保持连续压扩曲线的优点，电路上又易于实现。实现。2.2.2 2.2.2 量化量化6411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输任何一条曲线都可以用无数折线逼近（1）将x0，1不断对分为8段，xi:1，1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64，1/128（2）将y0，1等间隔划分为8段，yi:1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8，1如图2.2-7所示。（3）对应xi、yi 分别连线，交点连成一条曲线3、A律律13折线法折线法2.2.2 2.2.2 量化量化65图图 2.2-7A律律13折线折线 2(8-1)-1

31、=13 折折6611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 13折线折线v x准确值准确值v 斜率斜率2.2.2 2.2.2 量化量化67表表2-1 A=87.6与与 13 折线压缩特性的比较折线压缩特性的比较y01x准准确值确值01按折按折线分线分段时段时的的x01段落段落 1 2 3 4 5 6 7 8斜率斜率16168421斜率相等，是一条直线斜率相等，是一条直线6811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输用A=87.6代入计算的x值列入表 2-1 中的第二行，并与按折线分段时的x值（第三行）进行比较。由表可见，13折线各段落的分界点与A=87.6曲线十分逼近，并且两特性起始

32、段的斜率均为16，这就是说，13折线非常逼近A=87.6的对数压缩特性。2.2.2 2.2.2 量化量化6911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输在A律特性分析中可以看出，取A=87.6有两个目的：v 使特性曲线原点附近的斜率凑成16；v 使13折线逼近时，x的八个段落量化分界点近似于按2的幂次递减分割，有利于数字化。2.2.2 2.2.2 量化量化7011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输采用15折线逼近律压缩特性（=255）的原理与A律13折线类似，也是把y轴均分8段，对应于y轴分界点处的x轴分界点的值根据式（2.2-10）来计算，即4、律律15折线法折线法2.2.2 2.

33、2.2 量化量化（略）（略）71图图 2.2-8 律律15折线折线28-1=15 折折72表表 2-2律律15折线参数表折线参数表 i012345678y=i/80101斜率斜率 1段落段落123456787311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输原点两侧的一段斜率为它比A律13折线的相应段的斜率大2倍。因此，小信号的量化信噪比也将比A律大一倍多。不过，对于大信号来说，律要比A律差。2.2.2 2.2.2 量化量化7411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.3 2.3 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM)PCM)PCM:Pulse Code Modulation PCM的概念

34、脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。7511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输PCM信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。2.3.1 PCM2.3.1 PCM信号的形成信号的形成7611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输图图 2.3-1PCM通信系统通信系统抽抽样样语音信号语音信号压压缩缩量量化化PAM编编码码PCM信信道道PCM再再生生译译码码扩扩张张PCM低低通通截止频率为截止频率为fH语音

35、信号语音信号干扰干扰A/D变换变换D/A变换变换2.3.1 PCM2.3.1 PCM信号的形成信号的形成7711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理一、一、编码方法编码方法按编码速度分：低速编码与高速编码v 逐次比较（反馈）型v 折叠级联型v 混合型二、二、编码器种类编码器种类7811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输 把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。三、三、编码编码2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理1、码字码字对于M个量化电平，可以用N位二进制码来表示，其中的每一个码组称为一个码字

36、。7911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理码型指的是代码的编码规律，其含义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。2、码型、码型在PCM中常用的二进制码型有三种：v 自然二进码v 折叠二进码v 格雷二进码（反射二进码）80表表 2 3 常用二进制码型常用二进制码型 样值脉冲极性样值脉冲极性自然二进码自然二进码8 4 2 1折叠二进码折叠二进码格雷二进码格雷二进码15 7 3 1量化级序号量化级序号正极性部分正极性部分111111101101110010111010100110

37、00111111101101110010111010100110001000100110111010111011111101110015141312111098负极性部分负极性部分01110110010101000011001000010000 00000001001000110100010101100111 01000101011101100010001100010000 765432108111/10/2022第2章 模拟信号的数字传输就是一般的十进制正整数的二进制表示，编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行。二进码十进码若把自然二进码从低位到高位依次给以2倍的加权，就可变换为十进数。

38、(1)(1)自然二进码自然二进码2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理8211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输q 左边第一位表示信号的极性，信号为正用“1”表示，信号为负用“0”表示；q 第二位至最后一位表示信号的幅度。q 由于正、负绝对值相同时，折叠码的上半部分与下半部分相对零电平对称折叠，故名折叠码。(2)(2)折叠二进码折叠二进码2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理8311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输折叠二进码的优点：v 对于语音这样的双极性信号，只要绝对值相同，则可以采用单极性编码的方法，使编码过程大大简化。v 在传输过程中出现误码，对小信号影响较

39、小。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理8411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输v 任何相邻电平的码组，只有一位码位发生变化，即相邻码字的距离恒为1。v 这种码除极性码外，当正、负极性信号的绝对值相等时，其幅度码相同，故又称反射二进码。(3)格雷二进码格雷二进码2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理8511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输在在PCM通通信信编编码码中中，折折叠叠二二进进码码比比自自然然二二进进码码和和格格雷雷二二进进码码优优越越，它它是是A律律13折折线线PCM 30/32路路基基群群设设备备中中所所采采用用的的码型。码型。2.3.2 2.3.

40、2 编译码原理编译码原理8611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输3、码位的选择与安排、码位的选择与安排 码位数的多少，决定了量化分层的多少，反之，若信号量化分层数一定，则编码位数也被确定.在信号变化范围一定时，用的码位数越多，量在信号变化范围一定时，用的码位数越多，量化分层越细，量化误差就越小，通信质量当然化分层越细，量化误差就越小，通信质量当然就更好。但码位数越多，设备越复杂，同时还就更好。但码位数越多，设备越复杂，同时还会使总的传码率增加，传输带宽加大会使总的传码率增加，传输带宽加大。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理8711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2

41、.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理4、13折线编码折线编码 在在1313折折线线编编码码中中，普普遍遍采采用用8 8位位二二进进制制码码，对对应应有有L=2L=28 8=256=256个个量量化化级级，即即正正、负负输输入入幅幅度度范范围围内内各各有有128128个量化级。个量化级。这这需需要要将将1313折折线线中中的的每每个个折折线线段段再再均均匀匀划划分分1616个个量量化化级级，由由于于每每个个段段落落长长度度不不均均匀匀，因因此此正正或或负负输输入入的的8 8个段落被划分成个段落被划分成816=128816=128个不均匀的量化级个不均匀的量化级。8811/10/2022第2

42、章 模拟信号的数字传输第一、二段的阶距最小，记为2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理按折叠二进码的码型，这8位码的安排如下：极性码 段落码 段内码 a1 a2a3a4 a5a6a7a8 8911/10/2022第2章 模拟信号的数字传输对于正、负对称的双极性信号，在极性判决后被整流（相当取绝对值），以后则按信号的绝对值进行编码，因此只要考虑13折线中的正方向的8段折线就行了。这8段折线共包含128个量化级，正好用剩下的7位幅度码a2a3a4a5a6a7a8表示。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理（1）极性码）极性码9011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输第24位码a

43、2a3a4为段落码，表示信号的绝对值处在哪个段落，3位码的8种可能状态分别代表8个段落的序号。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理（2）段落码）段落码91表表2-4 段段 落落 码码 段落段落序号序号段落码段落码a2 a3 a4876543211 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 0图图 2.3 3 段落码与各段的关系段落码与各段的关系9211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输第5至第8位码a5a6a7a8为段内码，这4位码的16种可能状态用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。描述在段内某一处。2.3.2 2.3.2 编译码原理

44、编译码原理（3）段内码）段内码93表表25 25 段内码段内码 量化间隔量化间隔段内码段内码15141312111098765432101 1 1 11 1 1 01 1 0 11 1 0 01 0 1 11 0 1 01 0 0 11 0 0 00 1 1 10 1 1 00 1 0 10 1 0 00 0 1 10 0 1 00 0 0 10 0 0 09411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输 在13折线编码方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化级是非均匀的。小信号时，段落短，量化间隔小；反之，量化间隔大。13折线中的第一、二段最短，只有1

45、/128，再 将 它 等 分 16小 段，每 一 小 段 长 度 为 。这是最小的量化级间隔，记为，代表一个量化单位。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理9511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输如果以最小量化间隔=1/2048作为输入x轴的单位，那么各段的起点电平分别是0 、16 、32 、64 、128 、256 、512 、1024。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理9611/10/2022第2章 模拟信号的数字传输13折线的第一段到第八段的各段所包含的均匀量化级数分别为16、16、32、64、128、256、512、1024，总共有2048个均匀量化级。按照二

46、进制编码位数N与量化级数M的关系：M=2N，均匀量化需要编11位码。(2048=211)非均匀量化只需要7位编码。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理9711/10/2022第2章 模拟信号的数字传输通常把按非均匀量化特性的编码称为非线性编码；按均匀量化特性的编码称为线性编码。在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7位非线性编码与11位线性编码等效。由于非线性编码的码位数减少，因此设备简化，所需传输系统带宽减小。2.3.2 2.3.2 编译码原理编译码原理9811/10/2022第2章 模拟信号的数字传输2.3.3 2.3.3 逐次比较型编码原理逐次比较型编码原理 实现编码的具体方法和

47、电路：v 低速编码和高速编码；v 线性编码和非线性编码；v 逐次比较型、级联型和混合型编码器。99图图2.3 4 逐次比较型编码器原理图逐次比较型编码器原理图极性判决全波整流位时钟脉冲D1抽样值PAM保持比较判决D2D3D8Isa1PCM码流恒流源7/11变换记忆B1B2B11a2a3a8a2a8本地译码器本地译码器I10011/10/2022第2章 模拟信号的数字传输当样值脉冲Is到来后，用逐步逼近的方法有规律地用各标准电流I去和样值脉冲比较，每比较一次出一位码。当IsI时，出“1”码，反之出“0”码，直到I和抽样值Is逼近为止，完成对输入样值的非线性量化和编码。2.3.3 2.3.3 逐次

48、比较型编码原理逐次比较型编码原理 10111/10/2022第2章 模拟信号的数字传输极性判决电路用来确定信号的极性。v 输入PAM信号是双极性信号，其样值为正时，在位脉冲到来时刻出“1”码；v 样值为负时，出“0”码。1 1、极性判决电路、极性判决电路2.3.3 2.3.3 逐次比较型编码原理逐次比较型编码原理 10211/10/2022第2章 模拟信号的数字传输 2 2、整流器、整流器将该信号经过全波整流变为单极性信号。2.3.3 2.3.3 逐次比较型编码原理逐次比较型编码原理 10311/10/2022第2章 模拟信号的数字传输保持电路的作用是在整个比较过程中保持输入信号的幅度不变。由

49、于逐次比较型编码器编7位码(极性码除外)需要在一个抽样周期Ts以内完成Is与I的7次比较，在整个比较过程中都应保持输入信号的幅度不变，因此要求将样值脉冲展宽并保持。2.3.3 2.3.3 逐次比较型编码原理逐次比较型编码原理 3 3、保持电路、保持电路10411/10/2022第2章 模拟信号的数字传输比比较较器器是是编编码码器器的的核核心心。它它的的作作用用是是通通过过比比较较样样值值电电流流I Is s和和标标准准电电流流I I，从从而而对对输输入入信信号号抽抽样样值值实实现现非非线线性性量量化和编码。化和编码。vv每每比比较较一一次次输输出出一一位位二二进进制制代代码码，且且当当I Is

50、 s I I 时时，出出“1”“1”码码,反之出反之出“0”“0”码。码。vv由由于于在在1313折折线线法法中中用用7 7位位二二进进制制代代码码来来代代表表段段落落和和段段内码，所以对一个输入信号的抽样值需要进行内码，所以对一个输入信号的抽样值需要进行7 7次比较。次比较。vv每次所需的标准电流每次所需的标准电流I I 均由本地译码电路提供。均由本地译码电路提供。4 4、比较器、比较器2.3.3 2.3.3 逐次比较型编码原理逐次比较型编码原理 10511/10/2022第2章 模拟信号的数字传输 本地译码电路包括记忆电路、711变换电路和恒流源。v 记忆电路用来寄存二进代码，因为除第一次