語音信號的A律13折線PCM編譯碼的MATLAB實現(xiàn)

通信原理課程設計報告書課題名稱語音信號的A律13折線PCM編譯碼的MATLAB實現(xiàn)姓名學號學院通信與電子工程學院專業(yè)通信工程指導教師2015年4月9日1設計目的1.進一步學習PCM編譯碼器原理；2.在通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB平臺上，采用M文件設計A律PCM碼譯碼器；3.學會利用MATLAB對PCM編碼這種實際問題進行處理，將理論應用于實踐；4.對設計項目進行調試，對譯碼器進行仿真；5.對仿真結果結合編譯碼理論進行分析。2設計原理2.1PCM編碼原理脈沖編碼調制(PCM，PulseCodeModulation)在通信系統(tǒng)中完成將語音信號數(shù)字化功能。是一種對模擬信號數(shù)字化的取樣技術，將模擬信號變換為數(shù)字信號的編碼方式，特別是對于音頻信號。PCM對信號每秒鐘取樣8000次；每次取樣為8個位，總共64kbps。PCM的實現(xiàn)主要包括三個步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，本設計采用了A律方式。由于A律壓縮實現(xiàn)復雜，常使用13折線法編碼，采用非均勻量化PCM編碼示意圖如圖1所示。話音輸入話音輸入低通濾波瞬時壓縮抽樣量化編碼信道再生解碼解調瞬時擴張低通濾波話音輸出圖1PCM原理框圖1.抽樣所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經過抽樣后還應當包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在一個頻帶限制在內的時間連續(xù)信號，如果以的時間間隔對它進行抽樣，那么根據(jù)這些抽樣值就能完全恢復原信號?；蛘哒f，如果一個連續(xù)信號的頻譜中最高頻率不超過，當抽樣頻率時，抽樣后的信號度及相位的補償，同時濾除高頻分量，在這里使用與編碼模塊中相同的低通濾波器。2.2A律13折線原理實際中，非均勻量化的實際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：（3）（4）其中。在實際中，A律13折線應用比律13折線用得廣泛。表3列出了計算值與13折線時的值的比較。表3計算值與A律13折線時值的比較0101按折線分段時的01段落12345678斜率16168421表3中第二行的值是根據(jù)時計算得到的，第三行的值是13折線分段時的值。可見，13折線各段落的分界點與曲線十分逼近，同時按2的冪次分割有利于數(shù)字化。A律壓擴特性是連續(xù)曲線，A律不同壓擴特性也不同，在電路上實現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當復雜的。實際中，往往采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線（）的壓擴特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴特性曲線的優(yōu)點，。本設計中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴特性來編碼的。3程序設計3.1程序流程圖1.PCM編碼函數(shù)設計流程圖語音信源語音信源PCM編碼調制,加噪聲,解調PCM解碼開始結束圖3主函數(shù)流程圖2.PCM編碼函數(shù)設計流程圖輸入信號輸入信號判斷符號歸一化和量化段落判斷段內判斷輸出開始結束圖4編碼函數(shù)3.PCM譯碼函數(shù)設計流程圖輸入碼組輸入碼組提取符號判斷段落位置判斷段內位置判斷符號位輸出開始結束圖5譯碼3.2程序代碼(見附錄)4仿真結果及分析4.1舉例分析4.2通過繪制圖形整體分析5設計體會參考文獻[1]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社,2011.[2]別志紅，別紅霞.信息與通信系統(tǒng)仿真[M].北京：北京郵電大學出版社,2010.[3]趙守彬,李鴻剛.利用Matlab實現(xiàn)PCM編碼的A律13折線法量化[J].科技信息,2010.[4]劉全金.一種A律PCM編碼的簡化方法[J].安慶師范學院學報(自然科學版),2007年11月第13卷第4期.[5]曹志剛，錢亞生．現(xiàn)代通信原理[M]．北京：清華大學出版社，1992.

[6]張志勇，楊祖攖.MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.附錄:1.主程序closeall;clearall;N=1001;[M]=wavread('a.wav');S=M(2000:3000);%語音信源plot(S,'r');holdon;%畫出編碼前信號t1=pcm1(S);%調用編碼函數(shù)t2=tqm(t1);%將N行8列矩陣轉換為1行8*N列的矩陣的函數(shù)sim('mod1');%調制sim('channel1');%送入信道，加噪聲sim('dem1');%解調t6=tqn(t5);%將8*N行1列的矩陣轉換為N行8列矩陣的函數(shù)t7=pcm2(t6);%調用譯碼函數(shù)plot(t7);%畫出譯碼后信號title('PCM編譯碼前后信號的比較'); %標題legend('PCM編碼前的信號','PCM譯碼后的信號')%添加圖例注解xlabel('時間') %x坐標名ylabel('幅值')%y坐標名gridon %添加網格axissquare %將圖形設置為正方形2.A律十三折線PCM編碼函數(shù)functionY=pcm1(S)z=sign(S);%判斷S的正負Max=max(abs(S));%求S的最大值S=abs(S/Max);%歸一化Q=2048*S;%量化Y=zeros(length(S),8);%存儲矩陣（全零）%%段落碼判斷%%form=1:length(S)ifQ(m)>128&Q(m)<2048%在第五段與第八段之間，段位碼第一位都為“1”Y(m,2)=1;endif(Q(m)>32&Q(m)<128)||(Q(m)>512&Q(m)<2048)Y(m,3)=1;%在第三四七八段內，段位碼第二位為“1”endif(Q(m)>16&Q(m)<32)||(Q(m)>64&Q(m)<128)||(Q(m)>256&Q(m)<512)||(Q(m)>1024&Q(m)<2048)Y(m,4)=1;%在二四六八段內，段位碼第三位為“1”end%符號位的判斷ifz(m)>0Y(m,1)=1;elseifz(m)<0Y(m,1)=0;endend%段內碼判斷程序N=zeros(length(S));form=1:length(S)N(m)=Y(m,2)*4+Y(m,3)*2+Y(m,4)+1;%找到Y位于第幾段enda=[0,16,32,64,128,256,512,1024];%量化間隔b=[1,1,2,4,8,16,32,64];%除以16，得到每段的最小量化間隔form=1:length(S)q=ceil((Q(m)-a(N(m)))/b(N(m)));%求出在段內的位置ifq==0Y(m,(5:8))=[0,0,0,0];%如果輸入為零則輸出“0”elsek=num2str(dec2bin(q-1,4));%編碼段內碼為二進制Y(m,5)=str2num(k(1));Y(m,6)=str2num(k(2));Y(m,7)=str2num(k(3));Y(m,8)=str2num(k(4));endendend3.將N行8列矩陣轉換為1行8*N列的矩陣的函數(shù)functiont1=tqm(R)t1=zeros(length(R)*8,1);c=1;fora=1:length(R)-1forb=1:8t1(c)=R(a,b);c=c+1;endendt1=t1';end3.調制mod1模塊圖8調制5.送入信道及加噪聲channel1模塊圖9送入信道及加噪聲6.解調dem1模塊圖10解調7.A律十三折線PCM譯碼函數(shù)%PCM譯碼程序functionS=pcm2(Y)d=size(Y,1);%求出輸入碼組的個數(shù)a=[0,16,32,64,128,256,512,1024];%段落起點值b=[1,1,2,4,8,16,32,64];%每段的最小量化間隔c=[0,1.5:15.5];%段內碼平均值form=1:dt1=Y(m,1);%取符號t2=Y(m,2)*4+Y(m,3)*2+Y(m,4)+1;%判斷段落位置t3=Y(m,5)*8+Y(m,6)*4+Y(m,7)*2+Y(m,8);%判斷段內位置ift3==0%段內碼為零時k(m)=a(t2)/2048;elsek(m)=(a(t2)+b(t2)*c(t3))/2048;%還原出量化后的電平值end%判斷符號位ift1==0S(m)=-k(