通信原理第7章-模拟信号的数字化.ppt

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1、第七章模拟信号的数字化2主要内容模拟信号的数字化传输抽样定理标量量化脉冲编码调制(PCM)时分复用3模拟信号的数字化传输模拟信号抽样、量化、编码数字方式传输理论基础：抽样定理实现4主要内容模拟信号的数字化传输抽样定理标量量化脉冲编码调制(PCM)时分复用5低通抽样定理一个频带限制在(0,fH)内的时间连续信号m(t)，如果以T1/2fH秒的间隔对它进行等间隔抽样(即在信号最高频率分量的每一个周期内至少抽样两次)，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。T6低通抽样定理T7低通抽样定理—原始信号的恢复T=1/2fH8带通型信号的抽样带通型信号(频带受限于(fL,fH)，B=fH–fL)f

2、H=nB,n为整数fs=2nBfs=2B9带通型信号的抽样fH=nB+kB,0k<1,n为小于fH/B的最大整数fs=2B+2(fH-nB)/nfs=2B10带通型信号的抽样fs=2B+2(fH-nB)/n带宽为B的高频窄带信号，其抽样频率近似等于2B。若fH=nB+kB,0k<1,n为小于fH/B的最大整数，则带通信号的最小抽样频率为=2B(1+k/n)k/n=1k/n=1/2k/n=1/311随机基带信号的抽样一个宽平稳的随机信号，当其功率谱密度函数限于fH以内时，若以不大于1/2fH秒的间隔对其进行均匀抽样，则可得一随机样值序列。如果让该随机样值序列通过一截止频率为fH的低通滤波

3、器，那么其输出信号与原来的宽平稳随机过程的均方差在统计平均意义下为零。12脉冲调制脉冲调制：脉冲串作为载波模拟调制PAMPDMPPM数字调制PCMDPCMADPCM13主要内容模拟信号的数字化传输抽样定理标量量化脉冲编码调制(PCM)差分PCM与增量调制时分复用14量化量化：利用预先规定的有限个电平表示模拟取样值(以便能转换成有限长度的码组)引入失真，即量化误差一维标量量化：均匀量化/非均匀量化多维矢量量化：多个样值联合量化15标量量化基本原理对抽样序列的样值逐个独立进行量化量化间隔：△k＝xk-xk-1量化级数：M分层电平量化电平映射:16标量量化基本原理量化误差(量化噪声)：～随机变

4、量量化噪声平均功率标量量化基本原理17标量量化基本原理19标量量化基本原理p(x)，M一定时，Nq与量化区间的划分方式有关量化信噪比：量化器输出信号与量化噪声的平均功率之比Nq最小，Sq/Nq最大化量化理论20均匀量化器(-V，V)内等间隔进行量化量化间隔:△k=△=2V/M，k＝1,2,…,M分层电平:xk=-V+k△，k=0,1,2,…,M当输入信号x为均匀分布时，最佳量化电平量化过载：输入信号x超过量化器的量化范围(-V,V)，产生过载噪声yk=(xk+xk-1)/2=-V+k△-△/2,k＝1,2,…,M21均匀量化器例.设一M个量化电平的均匀量化器，输入信号在(-V,V)内均匀分

5、布，即p(x)=1/(2V)，试求量化器输出端的量化信噪比.x均匀分布时的最佳量化器均匀量化器若编码长度为N,则,当编码长度变为N+1时,量化信噪比增大比例为,2223均匀量化器特点：当M>>1时，Nq与信号统计特性无关，仅取决于△eq始终在±△/2之间，小信号信噪比会比大信号信噪比低很多，输入信号的动态范围受到很大限制。对于幅度分布不均匀的信号(语音)，小幅度出现机会多，采用均匀量化会使大多数时间量化信噪比较低。24非均匀量化器非均匀量化：根据信号所处的不同区间确定量化间隔信号取值小的区间，量化间隔小信号取值大的区间，量化间隔大优点改善了小信号时的量化信噪比对于非均匀分布的信号，可提高其

6、平均量化信噪比实现方法：压缩原始抽样值(非线性变换)，再均匀量化发送端压缩：z=c(x)接收端扩张：x=c-1(z)c(x)非线性压缩均匀量化编码译码c-1(x)非线性扩张发送端接收端25最佳量化器－Lloyd-Max量化器求取使Nq最小的{xk}及{yk}(p(x)与M一定)Minimize26最佳量化器－Lloyd-Max量化器(对应量化间隔的概率质心)实际求解方法：设定初始值，计算偏差，反复迭代。要求信源的输出过程x是平稳过程。语音信号非平稳(统计特性随时间缓慢变化)，采用对数量化器(简单，性能可接受)27对数量化器理想的对数压缩特性G.711建议给出的两种对数压缩特性标准μ律：美国

7、24路PCMA律：欧洲与我国32路PCMzx=0,z=-修正28对数量化器μ律A律A～压缩系数(87.56)29A律13折线zx1612345678段落斜率1684211/21/4A=87.56:对A=87.6压扩特性的近似30律15折线zx=(2i-1)/2553212345678段落斜率1684211/21/4对=255压扩特性的近似31性能改善程度A律压缩与均匀量化的性能比较例题32例题33例题34例题353