DPCM編碼與解碼的MATLAB實現(xiàn)與分析課設(shè)

成績評定表 同學(xué)姓名xx班級學(xué)號xｘxｘxｘｘx專業(yè)電子信息工程課程設(shè)計題目ＤPＣM編碼與解碼的MＡTLＡＢ實現(xiàn)與分析評語組長簽字：成果日期年月日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與工程專業(yè)電子信息工程同學(xué)姓名ｘx班級學(xué)號xxxxxxx課程設(shè)計題目DPＣM編碼與解碼的MATLAB的實現(xiàn)與分析實踐教學(xué)要求與任務(wù)：利用MＡＴLＡB／Siｍｕlinｋ進行編程和仿真,仿真的內(nèi)容可以是關(guān)于信源、信源編碼、模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、多元調(diào)制、差錯掌握、多址技術(shù)、信道仿真及簡略通信電路的仿真實現(xiàn).也可以用MAＴＬAＢ編程對通信的某一簡略環(huán)節(jié)進行仿真。工作計劃與進度支配:2013年3月4日選題目查閱資料201３年３月5日編寫軟件源程序或建立仿真模塊圖201３年３月６日調(diào)試程序或仿真模型2０13年3月7日性能分析及驗收2013年３月９日撰寫課程設(shè)計報告、答辯指導(dǎo)老師:年月日專業(yè)負責(zé)人：年月日學(xué)院教學(xué)副院長:年月日 沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告 PAGEIII摘要首先安裝ＭATLＡＢ軟件，然后熟識軟件環(huán)境以及各個模塊并利用MAＴLAB集成環(huán)境下的Sｉmｕlink仿真平臺,建立一個很小的系統(tǒng),用示波器觀察正弦信號的平方的波形；理解ＤPＣM編碼及解碼原理圖并依據(jù)DPCＭ編解碼原理圖設(shè)計一個DPCＭ編碼與解碼系統(tǒng);轉(zhuǎn)變不同模塊的數(shù)據(jù)并用示波器觀察編碼與解碼前后的信號波形;加上各種噪聲源，用誤碼測試模塊測量誤碼率；最后依據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能,從而更深化地掌握DＰCM編碼與解碼系統(tǒng)的相關(guān)知識使自己受益。關(guān)鍵詞：ＭＡＴLAB;DPＣＭ編碼與解碼系統(tǒng)；誤碼率目錄１課程設(shè)計目的…………１2課程設(shè)計要求…………13相關(guān)知識………………1４課程設(shè)計分析…………75仿真……………………?！?１３６結(jié)果分析……．。..．……1４７參考文獻…………..…15 沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告 PAGE15?DPCM編碼與解碼的MAＴＬAB實現(xiàn)與分析1．課程設(shè)計目的（1）加深對DPＣM編碼與解碼基本理論知識的理解。(2)培育獨立開展科研的能力。（３)掌握用MＡＴLAB實現(xiàn)DＰＣM編碼與解碼系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。（4）掌握MAＴLAB軟件的使用。2.課程設(shè)計要求（１）掌握ＤPCＭ編碼與解碼系統(tǒng)的相關(guān)知識、概念清楚.（2）掌握MAＴLＡB使用方法,利用軟件繪制圖像。（３)程序設(shè)計合理、能夠正確運行.?(4）依據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能。3。相關(guān)知識３。1DＰCM編碼與解碼系統(tǒng)簡介猜測編碼方法是一種較為有用被廣泛采納的一種壓縮編碼方法。猜測編碼方法原理,是從相鄰像素之間有強的相關(guān)性特點考慮的。比如當前像素的灰度或顏色信號，數(shù)值上與其相鄰像素總是比較接近，除非處于邊界狀態(tài).那么猜測編碼（prｅdｉctivecｏding）是統(tǒng)計冗余數(shù)據(jù)壓縮理論的三個重要分支之一,它的理論基礎(chǔ)是現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)和掌握論。由于數(shù)字技術(shù)的飛速進展，數(shù)字信號處理技術(shù)不時滲透到這些領(lǐng)域,在這些理論與技術(shù)的基礎(chǔ)上形成了一個專門用作壓縮冗余數(shù)據(jù)的猜測編碼技術(shù)。猜測編碼主要是削減了數(shù)據(jù)在時間和空間上的相關(guān)性,因而對于時間序列數(shù)據(jù)有著廣泛的應(yīng)用價值。在數(shù)字通信系統(tǒng)中,例如語音的分析與合成,圖像的編碼與解碼,猜測編碼已得到了廣泛的實際應(yīng)用。猜測編碼是依據(jù)某一模型利用以往的樣本值對于新樣本值進行猜測，然后將樣本的實際值與其猜測值相減得到一個誤差值，對于這一誤差值進行編碼。如果模型足夠好且樣本序列在時間上相關(guān)性較強,那么誤差信號的幅度將遠遠小于原始信號,從而可以用較少的電平類對其差值量化得到較大的數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果。如果能精確猜測數(shù)據(jù)源輸出端作為時間函數(shù)使用的樣本值的話，那就不存在關(guān)于數(shù)據(jù)源的不確定性，因而也就不存在要傳輸?shù)男畔?換句話說，如果我們能得到一個數(shù)學(xué)模型完全代表數(shù)據(jù)源，那么在接收端就能依據(jù)這一數(shù)學(xué)模型精確地產(chǎn)生出這些數(shù)據(jù).然而沒有一個實際的系統(tǒng)能找到其完整的數(shù)據(jù)模型，我們能找到的最好的猜測器是以某種最小化的誤差對下一個采樣進行猜測的猜測器。當前像素的灰度或顏色信號的數(shù)值，可用前面已消滅的像素的值,進行猜測(估量），得到一個猜測值(估量值)，將實際值與猜測值求差，對這個差值信號進行編碼、傳送，這種編碼方法稱為猜測編碼方法。猜測編碼方法分線性猜測和非線性猜測編碼方法。線性猜測編碼方法,也稱差值脈沖編碼調(diào)制法,簡稱ＤＰCＭ(diffｅｒeｎtialPulseCoｄeＭｏdulａt(yī)ｉon）.猜測編碼方法在圖像數(shù)據(jù)壓縮和語音信號的數(shù)據(jù)壓縮中都得到廣泛的應(yīng)用和討論。ＤＰＣM編碼，簡稱差值編碼，是對模擬信號幅度抽樣的差值進行量化編碼的調(diào)制方式（抽樣差值的含義請參見“增量調(diào)制")。這種方式是用已經(jīng)過去的抽樣值來猜測當前的抽樣值，對它們的差值進行編碼。差值編碼可以提高編碼頻率，這種技術(shù)已應(yīng)用于模擬信號的數(shù)字通信之中。?對于有些信號（例如圖像信號）由于信號的瞬時斜率比較大,很容易引起過載，因此,不能用簡潔增量調(diào)制進行編碼,除此之外,這類信號也沒有像話音信號那種音節(jié)特性,因而也不能采納像音節(jié)壓擴那樣的方法，只能采納瞬時壓擴的方法。但瞬時壓擴實現(xiàn)起來比較困難,因此,對于這類瞬時斜率比較大的信號,通常采納一種綜合了增量調(diào)制和脈沖編碼調(diào)制兩者特點的調(diào)制方法進行編碼，這種編碼方式被簡稱為脈碼增量調(diào)制，或稱差值脈碼調(diào)制,用DＰＣM表示。?這種調(diào)制方式的主要特點是把增量值分為個等級，然后把個不同等級的增量值編為位二進制代碼再送到信道傳輸,因此，它兼有增量調(diào)制和PCＭ的各自特點。?設(shè)這個誤差電壓經(jīng)過量化后變?yōu)閭€電平中的一個，電平間隔可以相等，也可以不等，這里認為它是間隔相等的均勻量化.量化了的誤差電壓經(jīng)過脈沖調(diào)制器變?yōu)镻AM脈沖序列，這個PAＭ信號一方面經(jīng)過ＰAM編碼器編碼后得到DＰＣＭ信號發(fā)送出去。另一方面把它經(jīng)過積分器后變?yōu)榕c輸入信號x（t）進行比較，通過相減器得到誤差電壓e（t）。?實驗表明,經(jīng)過DＰCM調(diào)制后的信號，其傳輸?shù)谋忍芈室萈CM的低，相應(yīng)要求的系統(tǒng)傳輸帶寬也大大地減小了。此外，在相同比特速率條件下,ＤPCM比PCＭ信噪比也有很大的改善。與ΔM相比，由于它增多了量化級，因此,在改善量化噪聲方面優(yōu)于ΔＭ系統(tǒng)。DPCM的缺點是易受到傳輸線路上噪聲的干擾，在抑制信道噪聲方面不如ΔM。(１）利用ＭＡTＬＡB集成環(huán)境下的Ｓｉmｕlｉｎk仿真平臺,設(shè)計一個DPCＭ編碼與解碼系統(tǒng).（2)用示波器觀察編碼與解碼前后的信號波形.（３）加上各種噪聲源，用誤碼測試模塊測量誤碼率。（４）最后依據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能。DPCM編、解碼原理圖系統(tǒng)包括，發(fā)送、接收和信道傳輸三個部分。發(fā)送端由編碼器、量化器、猜測器和加／減法器組成;接收端包括解碼器和猜測器等；信道傳送以虛線表示。由圖可見DPCＭ系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡潔,容易用硬件實現(xiàn)（接收端的猜測器和發(fā)送端的猜測器完全相同）的優(yōu)點。圖中輸入信號f（ｉ，ｊ)是坐標為像素點的實際灰度值，是由已消滅先前相鄰像素點的灰度值對該像素點的猜測灰度值。是猜測誤差。假如發(fā)送端不帶量化器，直接對猜測誤差進行編碼、傳送,接收端可以無誤差地恢復(fù).這是可逆的無失真的DＰＣM編碼，是信息保持編碼;但是,如果包含量化器,這時編碼器對編碼,量化器導(dǎo)致了不行逆的信息損失，這時接收端，經(jīng)解碼恢復(fù)出的灰度信號，不是真正的,以表示這時的輸出.可見引入量化器會引起肯定程度的信息損失,使圖像質(zhì)量受損。但是，為了壓縮比特數(shù)，利用人眼的視覺特性，對圖像信息丟失不易覺察的特點,帶有量化器有失真的ＤPＣM編碼系統(tǒng)還是普遍被采納。3.５MATLAB簡介ＭATLAB是由美國ｍａt(yī)hｗｏrｋs公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境.它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)討論、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域供應(yīng)了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言(如C、Foｒtrａn）的編輯模式，代表了當今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。ＭATＬAB和Mａt(yī)hemａｔｉca、Ｍaple、Mａt(yī)hCAD并稱為四大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指.MＡＴLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面。MATLAＢ是很有用的數(shù)學(xué)軟件它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值運算方面首屈一指.ＭAＴLAB可以進行運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、掌握設(shè)計、信號處理與通訊、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域.(1）高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來。(2)具有完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化。(3）友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握。（４)功能豐富的應(yīng)用工具箱（如信號處理工具箱、通信工具箱等)，為用戶供應(yīng)了大量便利有用的處理工具.(1)數(shù)值分析(2）數(shù)值和符號計算(３）數(shù)字圖像處理技術(shù)（4）掌握系統(tǒng)的設(shè)計與仿真(５）數(shù)字信號處理技術(shù)（６)通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真(１）高效的數(shù)值計算及符號計算功能,能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來。（2)具有完備的圖形處理功能,實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化。（3)友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握。（４）功能豐富的應(yīng)用工具箱（如信號處理工具箱、通信工具箱等),為用戶供應(yīng)了大量便利有用的處理工具。3。6SＩMULIＮK簡介SIMＵLINK是ＭAＴＬAＢ軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATＬAＢ語言的主要區(qū)分在于，其與用戶交互接口是基于Winｄｏws的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。在ｓｉmulｉnk環(huán)境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真.它為用戶供應(yīng)了方框圖進行建模的圖形接口，采納這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。而所謂模型化圖形輸入是指ＳIＭULINK供應(yīng)了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用,再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以．mdl檔進行存?。?，進而進行仿真與分析。ＳIMILINK模塊庫按功能進行分類,包括以下８類子庫：Contｉnｕｏｕs（連續(xù)模塊），Discretｅ(離散模塊)，Ｆunctｉon&Tabｌｅs(函數(shù)和平臺模塊），Maｔｈ（數(shù)學(xué)模塊)，Noｎliｎear(非線性模塊)，Sigｎaｌｓ&Systemｓ（信號和系統(tǒng)模塊）,Siｎｋs（接收器模塊)，Ｓoｕrcｅs（輸入源模塊）。４.課程設(shè)計分析4．1siｍuｌink的工作環(huán)境熟識建立一個很小的系統(tǒng)，用示波器觀察正弦信號的平方的波形，如圖４—１系統(tǒng)中所需的模塊:正弦波模塊,示波器模塊.圖４－1正弦仿真電路圖正弦波參數(shù)設(shè)置如圖４-２圖4—２正弦參數(shù)設(shè)置４．２DPCM編碼與解碼的電路圖DＰCM編碼與解碼的仿真電路圖如圖４-３此系統(tǒng)所用的仿真電路模塊有：正弦波模塊、增益模塊、DＰCM編碼模塊、DPCM解碼模塊、數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊、Tｅrｍinatｏr模塊、示波器模塊。正弦信號用于輸入信號，示波器用于觀察波形。圖４-3DPＣＭ編碼與解碼的電路圖４