实验4-PCM编解码实验(DOC)

实验4 PCM编解码实验

1.1实验目的

加深理解和巩固理论课上所学的有关PCM编码和解码的基本概念、基本理论和基本方法，锻炼分析问题和解决问题的能力。

1.2实验内容

利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个PCM编码与解码系统.用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,或含有噪声的信道，最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。

2 实验原理-脉冲编码调制

2.1 PCM简介

现在的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse Code Modulation）体制。PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。PCM有两个标准即E1和T1。

我国采用的是欧洲的E1标准。T1的速率是1.544Mbit/s,E1的速率是2.048Mbit/s。

PCM：相变存储器(Phase-change memory,PCM)是由IBM公司的研究机构所开发的一种新型存储芯片,将有望来替代如今的闪存Flash和硬盘驱动器HDD。

PCM在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

PCM可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。

PCM线路的特点：

•PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。

•支持从 2M 开始的各种速率,最高可达155M 的速率。

•通过SDH 设备进行网络传输，线路协议简单。

2.2 PCM 原理

所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后将已量化值变换成代码。下面

将用一个PCM 系统的原理框图简要介绍。原理框图如图2-1所示。

图2-1 PCM 原理方框图

在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。这个抽

样值仍是模拟量。在它量化之前，通常由保持电路（holding circuit ）将其作短暂保存，

以便电路有时间对其量化。在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一起，称为抽样保

持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制

编码。这样，每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。图中的译码器的原理和

编码过程相反。其中，量化与编码的组合称为模/数变换器(A/D 变换器)； 译码与低通

滤波的组合称为数/模变换器(D/A 变换器)。

抽样是对模拟信号进行周期性的扫描， 把时间上连续的信号变成时间上离散的信

号。我们要求经过抽样的信号应包含原信号的所有信息， 即能无失真地恢复出原模拟

信号， 抽样速率的下限由抽样定理确定。

量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q 规定的电平，把抽样值用最

接近的电平表示。

编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。实际上量化是在编码过程中同时完

成的。图1是PCM 单路抽样、量化、 编码波形图。

μ律与A 律压缩特性

μ律： （美、日）

A 律： （我国、欧洲） 式中，x 为归一化输入，y 为归一化输出，A 、μ为压缩系数。

数字压扩技术：一种通过大量的数字电路形成若干段折线， 并用这些折线来近似A

律或μ律压扩特性，从而达到压扩目的方法。即对数压扩特性的折线近似法。

折线压扩特性：既不同于均匀量化的直线，又不同于对数压扩特性的光滑曲线。总

的来说用折线作压扩特性是非均匀量化的， 但它既有非均匀量化(不同折线有不同斜

率)， 又有均匀量化(在同一折线的小范围内)。

两种常用数字压扩技术：（1）A 律13折线压扩——13折线近似逼近A=87.6的A

律压扩特性；（2） μ律15折线压扩——15折线近似逼近μ=255的μ律压扩特性。

采用折线压扩的特点：基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于数字电路的

实现

实际中A 律常采用13折线近似如图2-2所示

)11()

1(1)1(1≤≤-++±=x n x n y μμ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤<++±≤≤+=1||1n 11||n 111||0n 11x A A x A A x A

Ax y

图2-2 A律13折线

其具体分法如下:

先将X轴的区间[0，1]一分为二，其中点为1/2,取区间[1/2,1]作为第八段; 区间[0,1/2]再一分为二，其中点为1/4,取区间[1/4,1/2]作为第七段;

区间[0,1/4]再一分为二，其中点为1/8,取区间[1/8,1/4]作为第六段;

区间[0,1/8]一分为二，中点为1/16,取区间[1/16,1/8]作为第五段;

区间[0,1/16]一分为二，中点为1/32,取区间[1/32,1/16]作为第四段;

区间[0,1/32]一分为二，中点为1/64,取区间[1/64,1/32]作为第三段;

区间[0,1/64]一分为二，中点为1/128,区间[1/128,1/64]作为第二段;

区间[0,1/128]作为第一段。

然后将Y轴的[0,1]区间均匀地分成八段，从第一段到第八段

分别为[0,1/8],(1/8,2/8],(2/8,3/8],(3/8,4/8],(4/8,5/8],(5/8,6/8],

(6/8,7/8],(7/8,1]。分别与X轴对应。