数字电子电路第二章.ppt

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1、2编码和译码31量化理论抽样原理语声信号编码的基本概念及分类234第二章模拟信号的脉冲编码调制编译码器5第一节语声信号编码的基本概念及分类语音信号的统计特性，语音信号幅度概率密度统计，采用分布函数表示：伽玛分布拉普拉斯分布高斯分布语音信号功率谱密度平均功率在230～500Hz处能量最大；500Hz以内的成分占总能量的50%；1500Hz以内的成分占总能量的88%动态范围：40dB一、语声信号编码的概念现以一个简单的语声信号的脉冲编码调制(PCM)的编码，解码过程说明语声信号编码的概念，示意图如图2.1所示。图2.1PCM编解码框图抽样是将

2、模拟信号在时间上离散化的过程量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示二、语声信号编码的分类语声信号的编码可划分为三大类型·波形编码，是对信号波形进行的编码，前述PCM方式即为波形编码的一种。·参量编码，是提取语声信号的一些特征参量，对其进行的编码。·混合编码，介于波形编码与参量编码之间的一种编码，即在参量编码的基础上，引入了一定的波形编码的特征，以达到改善自然度的目的。第二节抽样原理一、概述脉冲编码调制系统中的信号变换和处理过程如图2.2所示。图2.2PCM系统中的信号处理过程二、抽样模拟信号数字化

3、的第一步是在时间上对信号进行离散化处理将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。图2.3连续信号抽样示意图1.抽样定义及实现抽样的电路模型连续信号在时间上离散化的抽样过程如图2.3所示。图2.4抽样器及抽样波形示意图2.5相乘器抽样模型图2.6开关函数2.抽样定理(1)低通型信号抽样设时间连续信号f(t)，其最高截止频率为fM。如果用时间间隔为TS≤1/2fM的开关信号对f(t)进行抽样，则f(t)就可被样值信号fS(t)=f(nTS)来唯一地表示。或者说，要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率应选为

4、fS≥2fM。这就是著名的奈奎斯特抽样定理，简称抽样定理。数学表达式为：抽样间隔应满足：否则，抽样信号的频谱将发生混叠。用低通滤波器还原出m(t)，见图（g）理想抽样是指以式2.1中的开关函数ST(t)为单位高度的周期冲激脉冲序列，其波形图如图2.7所示。图2.7单位冲激脉冲序列图2.8理想抽样样值序列频谱抽样信号数学表达式为：图2.9三种不同抽样频率时的样值序列频谱至此，我们可以用下述两种被此等价的方式来表示有限能量频带受限信号的抽样定理。①对于频谱分量低于fM的有限能量信号，可以用间隔小于或等于1/2fM的该信号瞬时样值来完全描述。

5、②对于频谱分量低于fM的有限能量信号，可以从抽样速率大于或等于2fM的该信号瞬时样值序列中完全地恢复，即抽样频率应为fS≥2fM。图2.13自然抽样与抽样展宽自然抽样(非理想抽样)用于实际抽样开关函数是矩形脉冲序列自然抽样的样值序列频谱不是等幅的周期形状，而是随着n的增加按照的规律衰减，但对于原抽样信号的频谱形状不产生影响。同样可以利用低通滤波器滤出原信号频谱引入平顶抽样原因实际中不易采用自然抽样，因为抽样脉冲宽度内的幅度是随时间变化的，即养殖脉冲的顶部不是平坦的，不能准确选取量化标准值。实行抽样的开关函数是很窄的脉冲近似理想抽样，再

6、经展宽电路形成平顶样值序列进行量化和编码，这一过程也叫做抽样保持。图2.14抽样展宽电路框图瞬时抽样(平顶抽样)平顶抽样频谱经展宽后样值序列的频谱应为：平顶抽样展宽后使得原始信号的频谱形状产生失真，因为增加了，则接收时需要增加孔径均衡网络(3)与抽样有关的误差前面所讨论的抽样定理是基于下列三个前题：对语声信号带宽的限制是充分的；实行抽样的开关函数是单位冲激脉冲序列，即理想抽样；通过理想低通滤波器恢复原语声信号。图2.15展宽孔径效应失真①抽样的折叠噪声抽样定理指出，抽样序列无失真恢复原信号的条件是fS≥2fM。为了满足抽样定理，对

7、语声信号抽样时先将语声信号的频谱限制在fM以内。为此，在抽样之前，先设置一个前置低通滤波器将输入信号的频带限制在3400Hz以下，然后再进行抽样。②抽样展宽的孔径效应失真图2.10带通型信号示意(2)带通型信号抽样信号f(t)的最低频率为fL，最高频卒为fH，带宽D＝fH—fL,若B＜fL，称此信号为带通型信号，也称为带通信号。频带如上图所示。图2.11带通型信号样值序的频谱带通信号的抽样定理可描述为：如果模拟信导f(t)是带通型信号，频率限制在fL～fm之间，带宽B＝fm—fL，则其最低抽样频率应为n是fL/B的整数部分上-2下-2-

8、1上-1下1上1下2上2下证明(1)当B≤fL＜2B，即1＜(fL/B)＜2，n＝1时，样值序列fs(t)的频谱Fs(f)如图所示。从图可见，如果满足下列条件：-fL-fmfLfmfs-fL2