2017通信原理第10章信源編碼

1、 本章內(nèi)容: 抽樣 低通信號(hào)和帶通信號(hào) 量化 標(biāo)量（均勻/非均勻）和矢量 脈沖編碼調(diào)制 pcm、 dpcm 、adpcm 增量調(diào)制 m 時(shí)分復(fù)用 tdm、準(zhǔn)同步數(shù)字體系（pdh） 引 言 10.1 壓縮編碼； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換 n信源編碼的作用： 波形編碼和參量編碼 na/d轉(zhuǎn)換（數(shù)字化編碼）的技術(shù)： a/d 數(shù)字方式傳輸 d/a n模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)娜齻€(gè)環(huán)節(jié)： pcm、dpcm、 m n波形編碼的常用方法： u波形編碼：根據(jù)語音信號(hào)波形特點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) u參量編碼：提取語音信號(hào)的一些特征參量，對(duì)其進(jìn)行編碼 n波形編碼的三個(gè)步驟：抽樣、量化、編碼 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 抽樣

2、：將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成時(shí)間上離散的抽樣信號(hào)抽樣：將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成時(shí)間上離散的抽樣信號(hào) 量化：把幅度上仍連續(xù)的抽樣信號(hào)變成幅度離散的信號(hào)量化：把幅度上仍連續(xù)的抽樣信號(hào)變成幅度離散的信號(hào) 時(shí)間離散、幅度連續(xù)時(shí)間離散、幅度連續(xù)時(shí)間離散、幅度離散時(shí)間離散、幅度離散 編碼：用二進(jìn)制碼組表示量化后的樣值編碼：用二進(jìn)制碼組表示量化后的樣值 模擬信號(hào)de抽樣 10.2 模擬信號(hào)數(shù)字化和時(shí)分多路復(fù)用的理論基礎(chǔ) 10.2.1 低通模擬信號(hào)的抽樣定理 n定理： n證明：設(shè)單位沖激序列： 其周期t = 抽樣間隔ts ( ) t n ttnt 1 ( 1 ) t n fn tt f ( )( )() (

3、 ssts n m ttm nnm tttt ( )( )( ) st m fffm 1 ( )() n s s fm ffn t 抽樣過程可看作是 m(t ) 與 t(t) 的相乘。因此 ，理想抽樣信號(hào)為： 其頻譜為： 1/ts n=0 理想抽樣過程的和： 因此，抽樣速率 必須滿足： fs fh 這就從 頻域角度 證明了 低通抽樣定理。 此時(shí)，不能無失真重建原信號(hào)。 混疊失真： n重建原信號(hào) ： 低通濾波器hl( f ) ( ) m t 無窮多個(gè)沖擊響應(yīng)之和構(gòu)成無窮多個(gè)沖擊響應(yīng)之和構(gòu)成m(t) n抽樣與恢復(fù)： 10.2.2 帶通模擬信號(hào)的抽樣定理 n定理： f fhfl-fl-fh0 b f

4、 fhfl-fl-fh b-2b-3b-b2b3b |m(f)| |ms(f)| 3fs 2fh = 6b (a) fh = nb fh = 3b fs = 2b 3fs fhfl-fl-fh b-2b-3b-b2b3b f 0 b f |m(f)| 2fh = 2(3+k)b fhfl-fl-fh (b) fh = nb+kb fh = 3b+kb 2(3+k) b= 3fs 推廣：推廣： n=任意整數(shù)任意整數(shù) 2(n+k) b= nfs n fs 與 fl 關(guān)系 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 模擬脈沖調(diào)制 10.3 n pam、 pdm、ppm ( )() s m tm

5、t s t ( )( )( ) s mffs fm n 實(shí)際抽樣 自然抽樣的pam ( )( )( ) st m ttm t 1 ( )() ss n s mfm fnf t 對(duì)比： -理想抽樣 -自然抽樣 m(t) ( ) s m t ( )() s m tm t s t 自然抽樣過程的和： 自然抽樣與恢復(fù)： 理想抽樣：理想抽樣： 自然抽樣自然抽樣： 理想沖激序列實(shí)際脈沖序列 s(t) 恢復(fù)：均可用理想低通濾波器取出原信號(hào)。 n 實(shí)際抽樣 平頂抽樣的pam 特點(diǎn)：每個(gè)樣值脈沖的頂部 是平坦的。 m(t) 產(chǎn)生： 抽樣 保持 1 ( )() ss n s mfm fnf t n=0 h 1 (

6、 )()( ) s n s mfm fnf t h f 恢復(fù)：修正+低通濾波 hl 1 ( )=( ) 1 ( ( )( ) ) s h f m fmf t fmhf 0 11 ( ) +()( )( ) n s s s h fhfm fm fn tt f 模擬信號(hào)de量化 10.4 量化幅度上離散化 量化后的信號(hào)多電平數(shù)字信號(hào) 抽樣值 分層 電平 10.4. 1 量化原理 量化 電平 量化 間隔 1 - iii vm m 量化值 用 有限個(gè) 量化電平 表示 無限個(gè) 抽樣值。 qi=q1qm mi 抽樣值量化信號(hào)值 抽樣值 量化值 量化噪聲 ba v m a,b 設(shè)抽樣信號(hào) 的取值范圍 量化電

7、平數(shù) m 則量化間隔 量化電平（中點(diǎn)） 分層電平（端點(diǎn)） 10.4. 2 均勻量化 等間隔劃分輸入信號(hào)的取值域 的均方值-量化噪聲功率為： n 信號(hào)量噪比 s/nq 輸入樣值信號(hào) 的概率密度 量化器的性能指標(biāo)之一 mk = m(kts )mq = mq (kts ) - qkq emm 量化噪聲 信號(hào)mk 的平均功率： 信號(hào)量噪比信號(hào)功率與量化噪聲功率之比 ： 1 2 1 2 2 (1) 1 33 1 12 1 ()d 2 1 ()d 22 1 21224 i i m m i m i m a i v aiv i m i xqx a v xai vx a vmv aa v qq 22 q ()(

8、)( )d a a e m mxnmf x x 量化噪聲功率 2 2 2 () 12 1 2 a a xdx a v sm db 20lg 6n q s m n q 2 s n m 解解： 平均信號(hào)量噪比 2 n m mav/2 1 2 ii i mm q n 均勻量化的缺點(diǎn) 應(yīng)用：主要用于概率密度為均勻分布的信號(hào)，如遙測遙控信號(hào)、圖 像信號(hào)數(shù)字化接口中。 原因： nq與信號(hào)樣值大小無關(guān)，僅與量化間隔 v 有關(guān) 。 n 解決方案：非均勻量化 10.4.3 非均勻量化 量化間隔不相等的量化方法 -壓縮輸出-擴(kuò)張輸入 在接收端，需要采用一個(gè)與壓縮特性相反的擴(kuò)張器來恢復(fù)信號(hào)。 入出 壓縮 特性 擴(kuò)張

9、 特性 n 壓縮-擴(kuò)張?zhí)匦裕?均勻 量化 壓縮 特性 非均勻量化的數(shù)學(xué)分析非均勻量化的數(shù)學(xué)分析 一量化區(qū)間內(nèi)壓縮特性曲線可近似看作一段一量化區(qū)間內(nèi)壓縮特性曲線可近似看作一段直線直線。 y dx dy x y y dy dx x n y 1 dy dx n y dy dx x 1 代入上式得 y 在在01間均勻劃分成間均勻劃分成 n 個(gè)量化區(qū)間，每量化區(qū)間的間隔個(gè)量化區(qū)間，每量化區(qū)間的間隔 kx dy dx ckyxln 1dxdx xyx dyn dy ? 由邊界條件由邊界條件 (x = 1時(shí)，時(shí)，y = 1)得：得： k + c =0 即要求即要求y f(x)具有如下形式：具有如下形式： x

10、 k yln 1 1 但輸入但輸入 x0時(shí)，輸出時(shí)，輸出y - 。 按照不同情況，還要作適當(dāng)修正，使當(dāng)按照不同情況，還要作適當(dāng)修正，使當(dāng)x0時(shí)，時(shí)，y0 ckyxln 為了對(duì)不同信號(hào)強(qiáng)度保持信號(hào)量噪比恒定，理論上要求壓縮為了對(duì)不同信號(hào)強(qiáng)度保持信號(hào)量噪比恒定，理論上要求壓縮 特性具有特性具有對(duì)數(shù)特性對(duì)數(shù)特性。 n itu的兩種建議： 非均勻量化 x 歸一化輸入電壓 y 歸一化輸出電壓 . a 壓縮律 y1 1 a 律 13 折 線 a律和律和 律不易用電子律不易用電子 線路準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，線路準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)， 實(shí)用中分別采用實(shí)用中分別采用 13折線折線和和15折線折線。 . 壓縮律 及其 15 折線 =0

11、時(shí)無壓縮效果時(shí)無壓縮效果 非均勻量化 15 折 線 k1 =32 信號(hào)的量化性能比 a律 稍差。 信號(hào)的量噪比是 a律 的 2 倍。 脈 沖 編 碼 調(diào) 制 10.5 pulse code modulation, pcm 模擬信號(hào)數(shù)字化方式之一 10.5.1 pcm的基本原理 npcm系統(tǒng)原理框圖 n模擬信號(hào)數(shù)字化過程 -“抽樣、量化和編碼” 具有鏡像特性 特點(diǎn)： 簡化編碼過程 優(yōu)點(diǎn)： 誤碼對(duì)小電壓 的影響小 表 自 然 二 進(jìn) 碼 和 折 疊 二 進(jìn) 碼 10.5.2 常用二進(jìn)制碼 編碼考慮的 ：表示樣值的極性。正編“1”，負(fù)編“0” 表示樣值的幅度所處的段落 16種可能狀態(tài)對(duì)應(yīng)代表各段內(nèi)的

12、16個(gè)量化級(jí) 1 c 極性碼 234 c c c 段落碼 5678 c c c c 段內(nèi)碼 在a律13折線 pcm編碼中，共計(jì)： 8 2 8 16=256=2 個(gè)量化級(jí) 需將每個(gè)樣值脈沖（is ）編成 8位 二進(jìn)制碼： n碼位的選擇與安排 ，關(guān)乎通信質(zhì)量和設(shè)備復(fù)雜度 表10-5 段落碼表10-6 段內(nèi)碼 -歸一化輸入電壓的 最小量化單位 確定樣值所在的段落和量化級(jí)n起始電平和量化間隔 (幅值) 1 = 2048 1、2段最短，每小段的動(dòng)態(tài)范圍為段最短，每小段的動(dòng)態(tài)范圍為(1/128) (1/16) = 1/2048。 為最小量化間隔為最小量化間隔1個(gè)量化單位個(gè)量化單位: 第第8段最長，每段長段

13、最長，每段長1/32(=(1/2)/16） n若用均勻量化仍希望對(duì)小電壓保持有同樣的動(dòng)態(tài)范圍若用均勻量化仍希望對(duì)小電壓保持有同樣的動(dòng)態(tài)范圍1/2048 ，需用，需用11位的碼組。非均勻量化，只需要位的碼組。非均勻量化，只需要7位。位。 n典型電話信號(hào)的抽樣頻率是典型電話信號(hào)的抽樣頻率是8000 hz。采用非均勻量化編碼。采用非均勻量化編碼 器，典型數(shù)字電話傳輸比特率為器，典型數(shù)字電話傳輸比特率為 88000 64 kb/s。 n段內(nèi)碼按量化間隔均勻編碼，不同段落量化間隔不同。段內(nèi)碼按量化間隔均勻編碼，不同段落量化間隔不同。 c5的權(quán)值 8 vi c6的權(quán)值 4 vi c7的權(quán)值 2 vi c8

14、的權(quán)值 1 vi 段內(nèi)碼的權(quán)值： vi 第 i 段的量化間隔 。 不同段落， vi 不同 。 前兩段相同為1/2048，第8段1/32，（，（1/32）/（1/2048）=64 1111001 1 每來每來 一個(gè)一個(gè) 樣值樣值 脈沖脈沖 就送出就送出 一個(gè)一個(gè) pcmpcm 碼組碼組 10.5.3 電話信號(hào)的編譯碼器 編碼的實(shí)現(xiàn) 任務(wù) 把每個(gè)樣值脈沖編出相應(yīng)的 8 位二進(jìn)碼。 極性判決：確定樣值信號(hào)的極性，編出極性碼： 整流器：雙單（樣值 的幅度大?。?保持電路：使每個(gè)樣值的幅度在 7 次比較編碼過程中保持不變。 比較器（核心）：將樣值電流 is與標(biāo)準(zhǔn)電流 iw 進(jìn)行逐次比較， 使iw向is

15、逐步逼近，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)抽樣值的非均勻量化和編碼。 若 isiw，輸出“1”碼 若 isiw，輸出“0”碼 記憶電路：寄存前面編出的碼，以便確定下一次的標(biāo)準(zhǔn)電流 值 iw。 7/11變換：將 7 位碼轉(zhuǎn)換成 11位碼，以便恒流源產(chǎn)生 所需的標(biāo)準(zhǔn)電流 iw。 n 各部件的功能： 1 1 c ，樣值為正 0，樣值為負(fù) pam信號(hào) 類似天平稱物過程 1 2048 11 20482m 8 16=128=2m 7 只需 7 位（非線性）編碼 以 對(duì)13折線正極性的8個(gè)段落進(jìn)行均勻量化，則量化級(jí)數(shù)： 非線性碼非線性碼 非均勻量化：非均勻量化： 需要11位（線性）編碼 n 非線性碼與線性碼（7/11）： 稱

16、為線性pcm編碼 對(duì)應(yīng) 稱為非線性 / 對(duì)數(shù)pcm編碼 線性碼線性碼 均勻量化：均勻量化： 對(duì)應(yīng) 8段,每段 16等分 （1）極性碼： c1 = 1（正） （2）段落碼： c2 c3 c4 （3）段內(nèi)碼： c5 c6 c7 c8 pcm碼組 c1 c8 1 111 0011 = 111（第段） = 0011 解解 例 起始 1024 v8 =64 c2 ,iw128，is1270128，c21； c3，iw512，is iw ，c31; c4，iw1024, is iw ，c41。 c2 c3 c4111 (2) 段落碼段落碼c2 c3 c4： （3）段內(nèi)碼：）段內(nèi)碼： c5 c6 c7 c8

17、 c5 c6 c7 c8： c5， ，iw4 = 1536， ，is iw4，c5=0； c6，iw5 = 1280，is iw6，c7=1； c8， ，iw7 = 1216， ， is iw7 ，c8=1。 編碼結(jié)果：c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 11110011，表示的量化 值在第8段落的第3間隔中間，即 (12801216)/2 = 1248 （量化單位） c5c6c7c8 =0011 l編碼電平編碼電平：樣值所在量化級(jí)的最小值（起始值）：樣值所在量化級(jí)的最小值（起始值） 1024+3*64（1024/16）=1216 編碼后量化誤差：編碼后量化誤差：1270-1216

18、=54 （量化單位）（量化單位） l譯碼電平譯碼電平：樣值所在量化級(jí)的中點(diǎn)值（中間電平）：樣值所在量化級(jí)的中點(diǎn)值（中間電平） 1216+64/2=1248 譯碼后量化誤差：譯碼后量化誤差：1270 1248 = 22（量化單位）（量化單位） l除去極性碼，用自然二進(jìn)制碼表示此折疊二進(jìn)制碼所代表的量除去極性碼，用自然二進(jìn)制碼表示此折疊二進(jìn)制碼所代表的量 化值（化值（1248），需要），需要11位二進(jìn)制數(shù)（位二進(jìn)制數(shù)（10011100000）。）。 1248 10011100000 它與逐次比較型編碼器中的本地譯碼器基本相同，不同的是： 增加了極性控制部分和帶有寄存讀出的 7/12 位碼 變換電路

19、。 n 譯 碼 把 pcm 信號(hào) 相應(yīng)的 pam 樣值信號(hào)，即 d/a 變換。 a律13折線譯碼器原理框圖 各部分功能： 7/12變換電路: : 將7位非線性碼轉(zhuǎn)變?yōu)?2位線性碼。 目的：增加一個(gè)vi /2恒流電流，人為地補(bǔ)上半個(gè)量化級(jí)， 使最大量化誤差不超過vi /2 , 從而改善量化信噪比。 串/并變換記憶電路 ：將串行 碼變?yōu)椴⑿写a,并記憶下來。 極性控制：根據(jù)收到的極性碼 c1來控制譯碼后pam信號(hào)的極性。 編碼器中 7/11 寄存讀出電路：將輸入的串行碼在存儲(chǔ)器中寄存起來, 待全部接 收后再一起讀出 , 送入解碼網(wǎng)絡(luò)。實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行 串/并 變換。 12位線性解碼電路 ：由恒流源和電阻

20、網(wǎng)絡(luò)組成,與編碼器中解碼 網(wǎng)絡(luò)類同。它是在寄存讀出電路的控制下,輸出相應(yīng)的 pam信號(hào)。 解解 例 1270 由上例可知，由上例可知，編碼電平 ： ic=1216 因此，譯碼電平： = ic + vi /2=1216+64/2=1248 編碼后誤差: ( is - ic) = 54 譯碼后誤差 : : | is- id | = 22 n pcm 信號(hào)的比特率和帶寬 bbs rfnbr 傳輸帶寬: 若采用非歸零矩形脈沖傳輸時(shí)，譜零點(diǎn)帶寬為 例如: 一路模擬話路帶寬為 b=4 khz 一路數(shù)字電話帶寬為 問題：pcm信號(hào)占用的頻帶 比 標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬要 寬很多倍。 b=80008 = 64 khz

21、如何解決？ 10.5.4 pcm系統(tǒng)中噪聲的影響 pcm 系 統(tǒng) 輸 出： ( ) ( ) ( ) ( ) q a m t m t n t n t n 兩種噪聲： 產(chǎn)生機(jī)理不同 相互獨(dú)立 + + 信號(hào)成分( so ) 加性噪聲( na ) 量化噪聲(nq) 2 o 2 ( ) ( )qq se m t ne nt n 性能指標(biāo)： 2 o 2 aa ( ) ( ) se m t ne nt 2 o 22 oa ( ) ( )( )q se m t ne n te n t 抗量化噪聲性能抗加性噪聲性能 總輸出信噪比 含義：當(dāng)?shù)屯ㄐ盘?hào)最高頻率 fh 給定時(shí), pcm系統(tǒng)的輸出信號(hào)量噪 比隨系統(tǒng)的帶寬

22、 b 按指數(shù)規(guī)律增長。 h 2 o 22/2 2 ( ) 22 ( ) n q f q b se m t m ne nt 抗量化噪聲性能 抗加性噪聲性能 2 22(1) o 2 aa ( )1 /2= ( )4 n e e se m t mp ne ntp pcm系統(tǒng)最小帶寬 h bnf 帶寬與信噪比互換 22 o o 222 oaa / ( )2 ( )( )1/1 4 2 n q n qqe sn se m t ne n te n tnnp o o 2 a,2 n q s nn n 若則 o o a 1 , 4 q e s nn np 若則 假設(shè)條件：自然碼、均勻量化、輸入信號(hào)為均勻分布。

23、 總輸出信噪比 差分脈沖編碼調(diào)制 10.6 differential pcm, dpcm pcm的改進(jìn)型，是一種預(yù)測編碼方法 預(yù)測編碼簡介 n 問題引出 pcm 需用 64kb/s 的比特率傳輸 1 路 數(shù)字電話信號(hào)，這意味 ， 其占用頻帶 比 1路模擬標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬(4 khz)要 寬很多倍。 n 解決思路 究其根源：pcm 是對(duì)每個(gè)樣值獨(dú)立地編碼，與其他樣值無關(guān)。 因此，降低 編碼信號(hào)的比特率、壓縮信號(hào)的傳輸頻帶是 語音編碼技術(shù)追求的目標(biāo) 。 信號(hào)抽樣值的取值范圍較大 從而導(dǎo)致數(shù)字化信號(hào)的比特率高， 占用帶寬大。 需要較多的編碼位數(shù) 語音編碼的目標(biāo)：語音編碼的目標(biāo)：以較低的速率獲得較高質(zhì)量的

24、編碼，即以較低的速率獲得較高質(zhì)量的編碼，即 實(shí)現(xiàn)低速高質(zhì)量的編碼。實(shí)現(xiàn)低速高質(zhì)量的編碼。 基本方法：基本方法： 利用語音信號(hào)存在的冗余度降低編碼速率利用語音信號(hào)存在的冗余度降低編碼速率：壓縮編碼壓縮編碼 利用人耳聽覺特性：強(qiáng)抑制弱、低頻敏感高頻不敏感、人利用人耳聽覺特性：強(qiáng)抑制弱、低頻敏感高頻不敏感、人 耳對(duì)相位特征不敏感等耳對(duì)相位特征不敏感等 低于低于64kb/s數(shù)碼率的語音編碼方法數(shù)碼率的語音編碼方法語音壓縮編碼技術(shù)語音壓縮編碼技術(shù) 很多，其中很多，其中adpcm可以可以32kb/s數(shù)碼率傳輸，基礎(chǔ)是數(shù)碼率傳輸，基礎(chǔ)是dpcm 預(yù)測編碼 n 線性預(yù)測 利用前面幾個(gè)抽樣值的 線性組合 來預(yù)測

25、當(dāng)前時(shí)刻的樣值。 若僅用前面 一個(gè)抽樣值 預(yù)測當(dāng)前的樣值，即為dpcm。 對(duì)相鄰樣值的差值進(jìn)行編碼 10.6.1預(yù)測編碼簡介 p - 預(yù)測階數(shù) ai - 預(yù)測系數(shù) ek ：預(yù)測誤差，：預(yù)測誤差， rk ：量化預(yù)測誤差，：量化預(yù)測誤差， mk:預(yù)測值預(yù)測值 假定量化誤差為零假定量化誤差為零，即：，即：rk= ek ，則，則 mk*:可看作是可看作是帶有量化誤差的抽樣信號(hào)帶有量化誤差的抽樣信號(hào)mk * kkkkk kkk k mrm mmm m em 表明：預(yù)測值mk 是前面p個(gè)帶有量化誤差的抽樣信號(hào)值的加權(quán)和。 當(dāng) 時(shí) dpcm p = 1 a1 =1 10.6.2 差分脈沖編碼調(diào)制(dpcm)

26、原理與性能 當(dāng) p = 1，a1 = 1，則有mk = mk-1* ， 只將前 一個(gè)抽樣值當(dāng)做預(yù)測值。 dpcm：對(duì)相鄰樣值的差值進(jìn)行編碼。 預(yù)測器 預(yù)測器 n dpcm原理 ldpcm系統(tǒng)的量化誤差（量化噪聲）系統(tǒng)的量化誤差（量化噪聲） 編碼器輸入抽樣值編碼器輸入抽樣值mk與量化后帶有量化誤差的樣值與量化后帶有量化誤差的樣值mk*之差之差, 即：即： kk kkkkkkk re rmemmmq )( * n dpcm性能 + - v v 0 v m1 m2 m3 m4 v 設(shè)預(yù)測誤差設(shè)預(yù)測誤差ek的范圍是的范圍是(+ , - )，量化器的量化電平數(shù)為，量化器的量化電平數(shù)為 m，量化間隔為，量

27、化間隔為 v , m v 2 v m 2 則則: 故故qk的平均功率：的平均功率： 又設(shè)此功率平均分布在（又設(shè)此功率平均分布在（0nfs），則其功率譜密度），則其功率譜密度pq(f) 通過截止頻率為通過截止頻率為fm的的lpf后，其功率為：后，其功率為： 2 2 22 /v /v kkkk dq)q(fq)q(e s s q nff nf v fp 0, 12 )( )( 2 s m mqq f f n )v( ffpn 12 2 2 2 2 2 12 1 /v /v kk )v( dqq v dpcm系統(tǒng)的差分處理增益 2 = okse m 信號(hào)平均功率； 2 = ekse e 預(yù)測誤差（量

28、化器輸入）的平均功率； /eqsn 將預(yù)測誤差作為輸入信號(hào)時(shí)的信號(hào)量噪比 差分處理增益 約為611db dpcm 2 2 n g o dpcm 2 e oe 2 k k e qqq se m e q ss n g s s nn adpcm將自適應(yīng)技術(shù)引入到量化和預(yù)測過程。主要特點(diǎn)： 自適應(yīng)量化 量化臺(tái)階隨信號(hào)的變化而變化 ，使量化誤 差減小。 自適應(yīng)預(yù)測 指預(yù)測系數(shù)可隨信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性而自適應(yīng)調(diào) 整 ，提高預(yù)測信號(hào)的精度 。 可大大提高輸出信噪比和 編碼動(dòng)態(tài)范圍 。 n 自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（adpcm ，adaptive dpcm) adpcm 能以32 kb/s的比特率達(dá)到 64 kb/s 的

29、 pcm 數(shù) 字電話質(zhì)量。極大地節(jié)省了傳輸帶寬，使經(jīng)濟(jì)性和有效性顯 著提高。 增量調(diào)制( (m&dm) ) 10.7 一種最簡單的 dpcm 10.7.1 增量調(diào)制(m) 原理引言 量化電平數(shù)取 2，即對(duì)預(yù)測誤差進(jìn)行1位編碼 量化電平+ ，- n 增量調(diào)制原理框圖 解調(diào)：積分器收到解調(diào)：積分器收到 “1”碼元使輸出升高碼元使輸出升高 ，收到，收到 “0” 使輸出使輸出 降低降低 ，可恢復(fù)出圖中的階梯形電壓。，可恢復(fù)出圖中的階梯形電壓。 階梯電壓通過階梯電壓通過lpf平滑，得十分接近編碼器原輸入的模擬信號(hào)平滑，得十分接近編碼器原輸入的模擬信號(hào) 輸出二進(jìn)制波形輸出二進(jìn)制波形 ts 波形圖波形圖 如

30、何選擇 和 fs max ( ) s dm t f dt skf t 10.7.2 增量調(diào)制系統(tǒng)中的量化噪聲 n譯碼器的最大跟蹤斜率： n不過載條件： ufs ：對(duì)減小過載噪聲和一般量化噪聲都有利。因此，對(duì)于語音 信號(hào)而言， 的抽樣頻率在。 u ： 有利于減小，但一般增大。 原因：m 的量化臺(tái)階是固定的，難以使兩者都不超過要求。 解決：采用m，使量化臺(tái)階隨信號(hào)的變化而變化。 為了和 ，應(yīng)合理選擇 和 fs ！ ss mpcm ff 時(shí)，編碼1010101010 時(shí)，編碼1010101010 = /2u起始編碼電平起始編碼電平 amin n編碼范圍： 輸入電壓峰峰值 為0或小于 當(dāng)跟蹤斜率一定時(shí)

31、，允許的信號(hào)幅度隨信號(hào)頻率fk的增加而減小， 將導(dǎo)致語音的信號(hào)量噪比下降。 即 u最大編碼電平最大編碼電平 amax u 信號(hào)最大功率：信號(hào)最大功率： 由可得 n信號(hào)量噪比 假定不過載， u 量化噪聲功率量化噪聲功率： e(t) = m (t) - m(t) e(t) e(t) 是低通濾波的量化噪聲， m (t) 是譯碼積分器輸出波形； 變化區(qū)間為(- , + ) 。 則基本量化噪聲通過截止頻率為fm 的lpf，其功率為： 量化噪聲功率 nq 只與量化臺(tái)階 及 fm / fs 有關(guān)， 與輸入信 號(hào)大小無關(guān)。 最大信號(hào)量噪比與抽樣頻率fs 的成正比，與信號(hào)頻率 fk 的成反比。因此，提高fs 能

32、顯著增大的量噪比。 時(shí)分復(fù)用 (tdm) 10.8 time division multiplexing m i (t) 低通低通1 低通低通2 低通低通n 信道信道 低通低通 1 低通低通 2 低通低通 n 同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)同步旋轉(zhuǎn)開關(guān) m1 (t) m2 (t) m2(t) m1(t) mn (t) mn(t) 基本概念 m1(t) m2(t) ts/n ts +ts/n 時(shí)隙1 2ts+ts/n3ts+ts/n ts2ts3ts 4ts ts2ts 3ts4ts m1(t) m2(t) tdm的主要優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)于通信系統(tǒng)，itu制定了 （）的建議: 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 兩種體系的、和如表所示： le 體系結(jié)構(gòu)圖： 偶幀 ts0 奇幀 ts0 lpcm一次群的幀結(jié)構(gòu)： 告警告警 時(shí)隙時(shí)隙ts0的功能：偶數(shù)幀、奇數(shù)幀不同。的功能：偶數(shù)幀、奇數(shù)幀不同。 偶數(shù)幀偶數(shù)幀:幀同步碼。幀同步碼。 l位同步目的位同步目的保證收端正確識(shí)別每一位保證收端正確識(shí)別每一