PCM编译码实验和增量调制编译码验证.pdf

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1、PCM编译码实验和增量调制编译码验证1.2.2PCM编译码实验一、实验目的1.理解PCM编译码原理及PCM编译码性能；2.熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟间的关系；3.熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。二、实验仪器1.RZ9681实验平台2.实验模块：•主控模块•信源编码与时分复用模块-A33.100M双通道示波器4.信号连接线5.PC机（二次开发）三、实验原理3.1.抽样信号的量化原理模拟信号抽样后变成在时间离散的信号后，必须经过量化才成为数字信号。模拟信号的量化分为均匀量

2、化和非均匀量化两种。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如下图所示。q7信号实际值m6量化误差信号量化值q6m5m(6Ts)mq(6Ts)q5m4t0Ts2Ts3TS4Ts5Ts6Ts7Tsq4m3q3m2q2图1均匀量化过程示意图均匀量化即为等间隔量化，无论抽样值的大小如何，均匀量化的的量化噪声不变，这也是均匀量化的主要缺点，因为均匀量化的量化噪声只与量化间隔有关，因此对于小信号而言，这样的固定的信噪比可能不满足我们的需求。我们通常把满足信

3、噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，那么，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。因此，克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔∆v也小；反之，量化间隔就大。相比于均匀量化固定的信噪比，无论是大信号还是小信号，非均匀量化都可以满足一定的信噪比，对大信号和小信号的影响大致相同，即改善了小信号的信噪比。其次，非均匀量化可以实现大的动态范围。非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。均匀量化之后映射到原输入信

4、号的上表现即为非均匀量化。压缩的目的即是实现将小信号放大，将大信号压缩的目的，这样通过牺牲大信号一定的信噪比以提高小信号的信噪比，从而实现大的动态范围。在接收端再经过扩张（压缩的逆过程），从而恢复信号。本实验中PCM编码方式也是采用A压缩律。A律压扩特性是连续曲线，实际中往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现，如下图所示。y(8)17(7)86(6)85(5)8未压缩4(4)83(3)828(2)18(1)x011

5、111111321684212864图213折线特性考虑正半轴特性，非均匀量化的纵轴为均匀量化，横轴标准化后在0到1之间经过7次二等分，这样得到8个点和8段直线，划分出8个区间，可以被用3位码表示。3.2脉冲编码调制的基本原理量化后的信号是取值离散的数字信号,下一步是将这个数字信号编码。通常把从模拟信号抽样、量化，编码变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制。在13折线法中，无论输入信号是正是负，均用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值。其中，用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八

6、位）则表示抽样量化值的绝对大小。用第二到四位表示段落码，用于表示抽样值落在哪一个折线段中。每个折线段被均匀地划分为16个量化级，这里用第五到第八位表示4位段内码。3.3PCM编码硬件实现完成PCM编码的方式有多种，最常用的是采用集成电路完成PCM编译码，如TP3057、TP3067等，集成电路的优点是电路简单，只需几个外围元件和三种时钟即可实现，不足是无法展示编码的中间过程，这种方法比较适合实际通信系统。另一种PCM编码方式是用软件来实现，这种方法能分离出PCM编码的中间过程，如：带限、抽样、量化、编码

7、的完整过程。TP3057实现PCM编译码，原理框图如下图所示PCM信号输出模拟信号输入低通滤波器抽样、量化、带通滤波器（抗混叠）编码模拟信号输出PCM信号输入低通滤波器重建滤波器波形解码器时序控制器PCM编译码芯片FSBCLKMCLK图3PCM编译码框图集成芯片TP3057完成PCM编译码除了相应的外围电路外，主要需要3种时钟，即：编码时钟MCLK、线路时钟BCLK、帧脉冲FS。三个时钟需有一定的时序关系，否则芯片不能正常工作：编码时钟MCLK：是一个定值，2048K；线路时钟BCLK：是64K的n倍，

8、即：64K、128K、256K、512K、1024K、2048K几种；帧脉冲FS：是8K，脉宽必须是BCLK的一个时钟周期；3.4PCM编码算法实现3.4.1基于软件算法完成PCM编码，框图如下图所示：模拟信号输入彩色液晶PCM信号输出滤波器抽样量化编码STM32图4软件实现PCM编码框图3.4.2软件PCM编码原理在??律13折线编码中，正负方向共16个段落，在每个折线段中有16个均匀分布的量化电平，因此一共有256个量化电平，用8位码进