数字数据通信 中国通信学会普及与教育工作委员会推荐教材 教学课件 作者 姚先友 第3章 模拟信号数字化.ppt

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1、第3章模拟信号数字化抽样3.1量化3.2PCM编码、译码3.3PCM解码3.4子带编码——SBC3.6增量调制3.5参量编码3.7本章节教学说明本章重点学习模拟信号数字化的3个过程：取样，量化，编码本章主要介绍模拟信号数字化的相关原理和方法本章系统介绍了模拟信号数字化的过程本章节内容概述模拟信号数字化方式取样、量化、编码与译码差值脉冲编码调制本章节学习重点、难点取样、量化、编码与译码差值脉冲编码调制本章节学习目标掌握模拟信号数字化中取样、量化、编码与译码的方法掌握差值脉冲编码调制本章节学习能力要素及基础要求课前预习相关内容掌握

2、信号频谱的相关内容本章节学习方法建议预习复习结合实验操作与课堂学习结合自学与探讨结合课后作业与章节个人总结结合寻求教师答疑与学习反馈结合将模拟信号的抽样量化值变换成二进制代码的过程，就称为脉冲编码调制（PCM）。典型的PCM基带传输通信系统如图3-1所示，它由3个部分组成。（1）信源编码部分（2）信道部分（3）信源解码部分图3-1PCM基带传输通信系统3.1抽样3.1.1抽样原理抽样又叫取样。它是抽取模拟信号在离散时间点上的瞬时值，用这些离散时间点上的瞬时值，即抽样值序列来代替原始的时间连续的模拟信号，并要求能完全表示原信号的

3、全部信息。图3-2抽样模型抽样模型可以表示为图3-3模拟信号的抽样3.1.2抽样定理抽样定理是任何模拟信号数字化的理论基础，它从理论上分析了抽样频率的大小应如何取值，从而解决了能否由抽样值重建原始模拟信号的问题。低通信号的抽样定理可描述如下：如果m(t)为一个频带限制在(0～fH)内的连续模拟信号，若对它以抽样频率为fs≥2fH的速率进行抽样，则取得的样值完全包含m(t)的信息。图3-4信号的频谱3.1.3抽样恢复由上述证明可以知道，要从ms(t)中恢复原信号m(t)，只要fs≥2fH，则可用一个截止频率fc=fH的理想低通滤

4、波器就可以从抽样信号的频谱中完全取出原模拟信号的频谱，这就相当于从ms(t)中恢复出原信号m(t)了。图3-5所示为恢复m(t)的原理框图。图3-5抽样的恢复3.1.4带通信号的抽样若连续信号的频带是限制在fL与fH之间，其中fL为信号的最低频率，fH为信号的最高频率，且带宽B=fH−fL≤fL时，则这样的信号称为带通型信号。带通信号的抽样定理：如果m(t)是频率限制在fL～fH的带通信号，则最低抽样速率必须满足（3-2）式（3-2）中，m取fL/B的整数部分。而在一般情况下，抽样速率应满足如下关系≤≤（3-3）只要满足式（3

5、-3），抽样信号频谱就不会发生重叠，如果特别要求原始信号频带与其相邻频带之间的频带间隔相等，则可选择如下抽样速率（3-4）对一个模拟信号要采用多大的抽样速率对其抽样，首先要判断它是属于低通信号还是带通信号，若fL＞B时，它是带通信号，适用带通信号的抽样定理；若fL＜B时，它是低通信号，适用低通信号的抽样定理。3.2量化3.2.1量化的概念抽样以后，信号在时间上被离散化了，但其幅度仍然是连续抽值，仍是模拟信号。为了变成数字信号，还必须将时间域上幅度连续的抽样值序列信号变换为时间域上幅度离散的抽样值序列信号，用有限个电平（标准值）

6、来表示幅度连续变化的无限个值，这样一个将幅度离散化的过程称为量化。量化过程实际上是将样值信号的最大幅度范围−U～+U划分成个区间（可以等分，也可以非等分），即用个离散值来表示其连续性，其中N表示量化级数，在编码时它所对应的二进制比特数为或3.2.2均匀量化均匀量化是指在量化区内均匀等分N个小间隔，相邻各量化级之间的量化级差相等的量化，也称线性量化，如图3-6(a)所示。均匀量化的间隔是一个常数，其大小由输入信号的变化范围和量化级数数决定，即图3-6均匀量化特性曲线量化信噪比表示公式图3-7非均匀量化的PCM系统原理及压扩特性示

7、意图3.2.3非均匀量化在均匀量化中，信号电平越低，信噪比越小。非均匀量化的思想是根据信号的不同区间来确定量化间隔，即量化间隔与信号的大小有关。目前数字通信系统中，对于语音信号世界各国常用的压扩特性有两种，即A律压扩特性和律压扩特性，简称为A律和μ律，A、μ为压缩系数，压缩系数越大，对小信号压缩效果越好，目前采用的A=87.6，μ=255。不论是A律还是μ律，其压缩特性都具有对数特性，是关于原点呈中心对称的曲线。图3-8A律13折线压缩特性在保持与小信号量化间隔相同的情况下，128级非均匀量化相当于2 048级均匀量化。段号

8、i12345678x0～1/1281/128～1/641/64～1/321/32～1/161/16～1/81/8～1/41/4～1/21/2～1斜率161684211/21/4量化间隔∆1∆12∆14∆18∆116∆132∆164∆1表3-1A律13折线近似的参数表3.3PC