数字通信系统原理教学课件 作者 李斯伟 第3章 信源编码.ppt

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1、第3章信源编码3.1信源编码概述3.2脉冲编码调制（PCM）3.4自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）3.3增量调制（ΔM）本章内容小结学习要点信源与信源编码的基本概念抽样与抽样定理均匀量化与非均匀量化PCM编码增量调制自适应差分脉冲编码调制学习重点信源编码的概念低通信号的抽样及已抽样信号的频谱特点量化特性和量化信噪比的简单计算PCM编码的原理及编码信号的码率和带宽A律13折线编译码方法、译码输出和量化误差的相关计算增量调制的工作原理3.1信源编码概述3.1.1信源与信源编码3.1.2

2、模拟信号数字化传输方法概要3.1.1信源与信源编码在电信系统，信源输出的信号必须是电信号，这里的信源实际上是一个信号源（电信号源）或者其中必定有将原始消息转换为电信号的转换部件（如话筒）。不同的信源有不同的特性，如统计特性、频谱特性及功率特性，这就要求不同的传输系统和信道来适应它。本书只讨论语音信源发出的信号。1．关于信源随着技术的发展，数字通信的优越性越来越明显，这就需要越来越多的数字信源。如何把模拟信源转换成数字信源，这就要依靠信源编码器来完成。2．信源编码信源编码是把信源发出的信息转换成数字形式的信息序

3、列，主要包括模—数转换（A/D变换）和压缩处理，然后再进行一定形式的编码处理。信源编码的目的是能更加有效地传输、存储信息，编码后尽可能减少所需信息的损失，提高编码后携带信息的效率。要实现模拟信号数字化传输与交换，首要的任务就是将模拟信号变成数字信号。语音信号的编码称为语音编码，图像信号的编码称为图像编码。二者虽然各自特点不同，但编码原理基本上是一致的。电话业务是最早发展起来的，到目前为止在通信中仍然有最大的业务量，所以语音编码在模拟信号编码中占有重要的地位。3.1.2模拟信号数字化传输方法概要本章以语音编码为

4、例，介绍模拟信号数字化的原理及技术。根据语音信号的特征，把语音编码方法分为两类。1．波形编码波形编码是直接对信号的波形进行编码，数码率在16kbit/s～64kbit/s范围内，具有较高的重建信号的质量。2．参量编码（声编码）参量编码是利用信号处理技术，提取语音信号的一些特征参量，对其进行编码。参量编码的特点是码速率低，一般在16kbit/s以下，最低可到1kbit/s的数量级，但重建信号的质量较波形编码差一些。由于波形编码质量较高，尤其在300～3400Hz的话路中，传输各种模拟信号（如语音信号、模拟的数据

5、信号、传真信号等）在数字化后，仍能保持原来的质量容限，因而得到了广泛的应用。语音信号的波形编码方法有很多，如脉冲编码调制（PCM）、自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）、自适应增量编码（M）、子带编码（SBC）、矢量编码（VQC）等。本章以语音编码为例，介绍模拟信号数字化的脉冲编码调制（PCM）的基本原理。3.2脉冲编码调制（PCM）3.2.1脉冲编码调制概述3.2.2信号的抽样3.2.3量化3.2.4编码和译码随着微电子技术的发展和计算机的应用和普及，数字传输特别是以PCM为代表的脉冲编码调制技术极受重视

6、。PCM具有抗干扰能力强、失真小、传输特性稳定、远距离再生中继时噪声不积累等优点，而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性。由于PCM可以把各种消息（声音、图像和数据等）都变成数字信号进行传输，可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。因此，在数字微波通信、卫星通信、光纤通信等中获得了极为广泛的应用。脉冲编码调制（PCM）是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式。PCM过程主要由抽样、量化和编码3个步骤组成。抽样是把时间

7、上连续的模拟信号转换成时间上离散的样值信号，量化是把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号，编码是把时间上离散且幅度上离散的量化信号用一个二进制码组表示。3.2.1脉冲编码调制概述电话信号的PCM码组是由8位码组成的，一个码组表示一个量化后的样值。从调制的角度看，PCM编码过程对应于以模拟信号为调制信号，以二进制脉冲序列为载波，通过调制改变脉冲序列中码元的取值这一调制过程。因此，PCM被称为脉冲编码调制。图3-1PCM通信系统将时间上连续的模拟信号处理成时间上离散的样值信号，这一过程称为抽样（或采样）

8、。图3-2所示给出了一个模拟信号经过抽样变成抽样脉冲的波形图，其中x(t)为模拟信号，Ts为抽样脉冲的周期，fs=1/Ts为抽样频率，T(t)是抽样脉冲，抽样值是等间隔的（或均匀的），抽样后的信号幅度随模拟信号变化而变化。3.2.2信号的抽样图3-2抽样的物理过程实现抽样方法很简单，一般只需用相乘器即可。抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位，尤其是数字通信系统就以此定理作为理论基