程控与数据交换技术S第3章 (补)程控交换的数字化基础.ppt

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1、----程控交换的数字化基础信息科学与工程学院通信工程教研室穆欣侃程控与数据交换(3)补：程控交换的数字化基础抽样1量化2编码和解码3时分多路复用4PCM30/32路系统的帧结构51.抽样语音信号数字化，首先要将语音信号离散化，这就是抽样。但抽样后的信号在什么条件下，能够恢复原信号，这是关键的问题。所谓抽样，就是在一系列离散点上对连续模拟信号抽取样值的过程，输出的抽样信号(抽样序列)sT(t)可以表示为原始连续模拟信号s(t)与一个周期性的抽样脉冲fT(t)相乘的积。1.抽样抽样定理是模拟信号数字化的理论基础。抽样定理指出:一个连续模拟信号s(t)的频率

2、f

3、≤fm（fm为低通模拟信号的最高

4、频率），如果抽样频率满足fs≥2fm，则s(t)可以由抽样序列惟一地确定。即可通过截止频率为fm的理想低通滤波器由抽样信号准确地恢复出原始模拟信号。Ts=1/fs为抽样的最大间隔，称为奈奎斯特间隔。由于抽样时间间隔相等，所以此抽样定理又称均匀抽样定理。1.抽样从信号的频谱分析理论中，我们知道：每种信号都有与之相对应的频谱。例如人的讲话声音包含有许许多多的频率成份，声带发出的声音除了基本频率外，还有大量的泛音，其基本频率大致范围是：男低音80~320Hz；男中音100~400Hz；男高音130~480Hz；女低音160~600Hz；女高音250~1200Hz1.抽样可见人类语声的基本频率（基频

5、）范围是80~1200Hz。但是泛音和子音都包含有大量的较基频为高的各种频率，正因为不同声源所发出的高于基频的各种频率成份不同，人耳才能辨别出不同的声源。实验证明，要正确的重发同样的语言，则频带必须在80~8000Hz范围。在电话传输中，为了减少频带，提高线路的利用率，ITU-T建议将语声的频带限制在300~3400Hz范围，保证能听清楚讲话的内容及讲话者的语音特征，但其优美的音色则被滤掉。1.抽样若选取fs＜2fm，即欠抽样，则相邻周期的频谱将发生频谱重叠，称为混叠，因此不能从ST(f)中准确地分离出信号s(t)的频谱S(f)，某些信息将会丢失。若选取fs=2fm，则相邻周期的频谱间互不重

6、叠，频率间隔为fs，经过理想低通滤波器，理论上可以由抽样信号恢复原信号，但需要无限陡峭截止边缘的滤波器，这种理想低通滤波器是无法实现的。1.抽样若选取fs＞2fm，即过抽样，用一个截止频率为fm的理想低通滤波器就能准确地从抽样信号中恢复出原信号。因此，在实际工作中，常选取fs≥2.2fm。例如话音信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足抽样定理的最低频率应为fsmin=6800Hz，为了防止抽样混叠，需要留有一定的过渡带宽(又称保护带)，ITU－T规定话音信号的抽样频率为8000Hz，这样就留有8000－6800=1200Hz作为滤波器的过渡带宽，这样就可以降低对滤波器的要求。应当指出，抽

7、样频率fs并非越高越好，fs越高，数据量就越大，信道的利用率就越低。通常只要满足fs＞2fm，并留有一定频宽的过渡带宽即可。2.量化话音信号数字化的第二步就是量化。经过抽样后，每秒得到的抽样值（简称样值）的数目就已确定，但抽样信号在幅度上仍然是连续变化的。每个样值可有无限多种可能的幅度值，必须经过量化将其转换成幅度离散的数字信号，即用某个特定的量化电平值代替抽样信号幅度。2.量化量化器的功能是按照一定的规则对抽样信号值作近似表示，使经量化器输出的幅值的大小为有限个数。由于以有限个离散值近似表示无限个连续值，所以模拟信号经过量化后必然会丢失一部分信息，产生误差，这个误差称为量化误差，由此产生的

8、失真称为量化失真，也称为量化噪声。因此，在对抽样信号进行量化时，需要考虑以下两个方面的问题：(1)若给定量化电平数L，如何使量化失真最小。(2)若给定量化失真的要求，如何使表示每个样值所需的平均比特数最少。2.量化均匀量化均匀量化也称为线性量化，是指整个量化区域上的各个量化间隔相等。均匀量化器的量化信噪比随量化电平数L的增大而增大。通常在给定信号最大幅度的情况下，量化电平数越多，量化噪声就越小，量化器的量化信噪比就越高，量化误差也就越小。2.量化均匀量化的优点是实现简单，但由于量化间隔是固定的，不能随信号的幅度而变化，当信号较大时，量化器的量化信噪比大；当信号较小时，量化器的量化噪声较大

9、，量化信噪比较小。为了克服该缺点，在实际应用中，通常采用非均匀量化，即采用量化间隔不均匀的量化，以改善小信号时的量化信噪比。2.量化非均匀量化由于实际信源的概率分布通常是非均匀分布的，采用均匀量化器往往难以得到最佳的量化效果。显然，降低量化噪声的自然选择是要采用量化特性与信源的概率分布特性相匹配的非均匀量化器，即出现概率大的抽样信号幅度可选择较小的量化间隔，而出现概率较小的抽样信号幅度可选择较大的量化间隔，从