实验4-PCM编解码实验(DOC)
实验四 PCM编、解码实验
实验四PCM编、解码实验一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。
2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。
二、实验内容1. 信号源实验1) 取样脉冲、定时时钟实验2) 同步测试信号源实验2. PCM单路编码实验1) 极性码编码实验2) 段内电平码编码实验3) 段落码编码实验3. PCM单路编、译码实验三、基本原理模拟信号数字化可以用数种方式实现。
脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。
脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。
模拟信号经滤波后频带受到了限制。
限带信号被抽样后形成PAM信号。
PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。
编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。
接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。
经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。
（这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。
）因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。
如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。
通常，一路信号的抽样频率为8kHz。
这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。
但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。
因此实用的PCM编译码器都是非线性的。
非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。
目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 和μ律对数线近似。
这两种体制均己成为国际建议。
实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线逼近的对数压缩特性。
编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。
Pcm编译码实验报告
Pcm编译码实验报告学院：信息学院姓名：靳家凯专业：电科学号：20141060259一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
4、熟悉了解W681512。
二、实验器材1、主控&信号源模块、3号、21号模块2、双踪示波器3、连接线三、实验原理1、实验原理框图图1 21号模块w68 1 5 1 2芯片的PCM编译码实验图2 3号模块的PCM编译码实验图3 ~µ律编码转换实验2、实验框图说明图1中描述的是信号源经过芯片W6815 12经行PcM编码和译码处理。
w681512的芯片工作主时钟为2o48KHz, 根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。
在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。
图2中描述的是采用软件方式实现PcM编译码, 并展示中间变换的过程。
PcM 编码过程是将音乐信号或正弦波信号, 经过抗混叠滤波(其作用是滤波3.4kHz以外的频率, 防止A/D转换时出现混叠的现象) 。
抗混滤波后的信号经A/D转换,然后做PcM编码,之后由于G.711协议规定A律的奇数位取反, µ律的所有位都取反。
因此, PcM编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。
PcM译码过程是PcM编码逆向的过程,不再赘述。
A/µ律编码转换实验中,如实验框图3所示,当菜单选择为A律转µ律实验时,使用3 号模块做A律编码, A律编码经A转µ律转换之后, 再送至21号模块进行µ律译码。
同理, 当菜单选择为µ律转A律实验时,则使用3号模块做µ律编码,经l,转A律变換后,再送入21号模块进行A律译码。
四、实验步骤实验项目一测试w68l512的幅频特性概述:该项目是通过改变输入信号频率,观测信号经w681512编译码后的输出幅频特性, 了解芯片w681512的相关性能。
实验4-PCM编解码实验
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。
实验四 脉冲编码调制与解调实验(PCM)
实验四脉冲编码调制与解调实验（PCM）一、实验目的1、掌握抽样信号的量化原理。
2、掌握脉冲编码调制的基本原理。
3、了解PCM系统中噪声的影响。
二、实验内容1、对模拟信号脉冲编码调制，观测PCM编码。
2、将PCM编码解调还原。
三、实验仪器1、信号源模块一块2、模拟信号数字化模块一块3、20M双踪示波器一台4、带话筒立体声耳机一副四、实验原理PCM原理框图如下图9-1所示。
编码部分译码部分图9-1 PCM原理框图上图中，信号源模块提供音频范围内模拟信号及时钟信号，包括工作时钟2048K、位同步时钟64K、帧同步时钟8K，送模拟信号数字化模块，经抽样保持、量化、编码过程，产生64K码速率的PCM编码信号。
译码部分同样将PCM编码与各时钟信号送入，经译码、低通滤波器，还原出模拟信号。
五、实验步骤1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、PCM编码（1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。
（2）实验连线如下：信号源模块模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码）2K正弦基波—————S－IN2048K———————2048K－IN64 K————————CLK－IN8K————————FRAM－IN（3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。
说明：帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。
（4）以“S-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“S-IN”、“PCM-OUT”测试点波形，PCM编码能够稳定观测，每一周期正弦波对应4帧共32位PCM编码，且32位一循环，码速率为64K。
脉冲编码调制(PCM)实验完整版文档
负电源引脚。VBB=-5V±5%。
❖ 定时部分
❖ TP3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只 需要主时钟2048KHz和帧定时8KHz信号。
❖ 为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源
以确保发收时隙的同步。在实际的PCM数字电话设备中，必须 有一个同步系统来保证发收同步的。 动态范围应大于CCITT(国际电报、电话咨询委员会)建议的框架(样板值)，如图所示。
2、 实验电路
TP3067的管脚定义简述如下：
❖ PCM编译码器简介
(1) VPO+ 接收功放的同向输出。 (2) GNDA 模拟地。所有信号以
VPO+
1
20
VBB
这个引脚为参考点。
(三GN)D系A 统性能测试 2
19
VFXI+
1、复习《通信系统原理》中有关编译码和PCM通信系统的内容；
(3) VPO(4) VPI
三、实验原理和电路说明
发滤
编
码
波器
器
Voice 混合
装置
收滤
译
码
波器
器
合
发
路
分 收
路
PCM数字电话终端机的结构示意图
模拟信源 x (t ) 预滤波
x(n) 波形编码器
抽样器
量化、编码
x(t)
模拟终端
发送端
接收端
数字信道
重建滤波器
x(n)
抽样保持、x/sinx低通
波形解码器
PCM原理图
1、PCM编译码原理
❖ PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。
❖ 抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅
PCM编解码
PCM编解码1、实验目的通过Matlab实现某输入信号的PCM编解码，并画出相应的图，以理解PCM相关基本概念。
2、实验内容输入正旋波信号，参数自设，给出其PCM编解码。
输出结果包括：1）输入正旋波信号；2）PCM编码结果；3）PCM解码后的信号图。
3、PCM原理描述脉冲编码调制简称脉码调制，是一种将模拟信号的抽样量化值变换成代码的编码方式，主要包括抽样、量化与编码三个过程。
常用的二进制编码码型主要由自然二进制码、折叠二进制码、格雷码等等。
我用的是四位折叠二进制码，表示16个数值。
它是一种符号幅度码，左边第一位表示信号的极性，后面表示信号的幅度。
4、matlab程序及注释function [] = PCM()t = 0:pi/20:2*pi;x = sin(t);figure;plot(t,x); %模拟信号N = length(x);p = zeros(N);for i = 1:Nif x(i)<-7/8disp('0111|');p(i) = 0111;else if x(i)>=-7/8 && x(i)<-6/8disp('0110|');p(i) = 0110;else if x(i)>=-6/8 && x(i)<-5/8disp('0101|');p(i) = 0101;else if x(i)>=-5/8 && x(i)<-4/8disp('0100|');p(i) = 0100;else if x(i)>=-4/8 && x(i)<-3/8disp('0011|');p(i) = 0011;else if x(i)>=-3/8 && x(i)<-2/8disp('0010|');p(i) = 0010;else if x(i)>=-2/8 && x(i)<-1/8disp('0001|');p(i) = 0001;else if x(i)>=-1/8 && x(i)<0disp('0000|');p(i) = 0000;else if x(i)>=0 && x(i)<1/8disp('1000|');p(i) = 1000;else if x(i)>=1/8 && x(i)<2/8disp('1001|');p(i) = 1001;else if x(i)>=2/8 && x(i)<3/8disp('1010|');p(i) = 1010;else if x(i)>=3/8 &&x(i)<4/8disp('1011|');p(i) = 1011;else if x(i)>=4/8 && x(i)<5/8disp('1100|');p(i) = 1100;else if x(i)>=5/8&& x(i)<6/8disp('1101|');p(i) = 1101;else ifx(i)>=6/8 && x(i)<7/8disp('1110|');p(i) = 1110;else ifx(i)>=7/8disp('1111|');p(i) = 1111;endendendendendendendendendendendendendendendendend%重建信号y = zeros(N);for i = 1:Nif p(i) == 0111y(i) = -0.9375;else if p(i) == 0110y(i) = -0.8125;else if p(i) == 0101y(i) = -0.6875;y(i) = -0.5625; else if p(i) == 0011 y(i) = -0.4375; else if p(i) == 0010 y(i) = -0.3125; else if p(i) == 0001 y(i) = -0.1875; else if p(i) == 0000 y(i) = -0.0625; else if p(i) == 1000 y(i) = 0.0625; else if p(i) == 1001 y(i) = 0.1875; else if p(i) == 1010 y(i) = 0.3125; else if p(i) == 1011 y(i) = 0.4375; else if p(i) == 1100 y(i) = 0.5625; else if p(i) == 1101 y(i) = 0.6875;y(i) = 0.8125;else if p(i) == 1111y(i) = 0.9375;endendendendendendendendendendendendendendendendendfigure;plot(t,y); %解码重建信号5、实验结果模拟信号：y=sin(t)编码结果：1000|1001|1010|1011|1100|1101|1110|1111| 1111| 1111| 1111| 1111| 1111| 1110| 1101| 1100| 1011| 1010| 1001| 1000| 0001| 0010| 0011| 0100| 0101| 0110| 0111| 0111|0111|0111|0111|0111|0110|0101|0100|0011|0010|0001|0000|解码重建信号：发现重建的不太好，那是因为编码的位数太少（4位）。
PCM编码实验报告
实验四脉冲编码调制(pcm)实验一、实验目的通过本实验,学生应达到以下要求: 1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理. 3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用. 4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.二、实验内容本实验可完成以下实验内容：? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析? 系统输出信噪比特性测量? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量三、基本原理脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术. pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm编译码实验.发滤波器voice编码器合路发混合装置收滤波器译码器分路收图4.1 pcm数字电话终端机的结构示意图1、实验原理和电路说明pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后. ? pcm编译码原理为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.a 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.a律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下:(1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端.(2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端.(4)vpi 收端功放的反相输入端.(5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入.(7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码输入端.(9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时钟可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz或2048mhz,用作同步模式的主时钟.(10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mcklx异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态.(11)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但是同步工作时可达到最佳状态.(12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意频率,但必须和mclkx同步.(13)dx发送部分pcm码流编码输出端.(14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平.(16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑0.当置成逻辑1时,发送部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相连.(17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入放大器的反相输入端。
PCM 编译码实验
《信息处理综合实验》实验报告（二）班级：姓名：学号：日期：2020-11-16实验二 PCM 编译码实验一、实验目的1. 理解PCM 编译码原理及PCM 编译码性能；2. 熟悉PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟间的关系；3. 熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。
二、实验内容及步骤PCM 编码原理验证(1). 设置工作参数设置原始信号为：“正弦”，1000hz，幅度为15（约2Vp-p）；(2). PCM 串行接口时序观察输出时钟和帧同步时隙信号观测：用示波器同时观测抽样脉冲信号（3TP7）和输出时钟信号（3TP8），观测时以3TP7 做同步。
分析和掌握PCM 编码抽样脉冲信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等）。
(3). PCM 串行接口时序观察抽样时钟信号与PCM 编码数据测量：用示波器同时观测抽样脉冲信号（3TP7）和编码输出信号（3TP4），观测时以3TP7 做同步。
分析和掌握PCM 编码输出数据与抽样脉冲信号（数据输出与抽样脉冲沿）及输出时钟的对应关系。
PCM 译码观测用导线连接3P4 和3P5，此时将PCM 输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。
用示波器同时观测输入模拟信号3TP1 和译码器输出信号3TP6，观测信号时以3TP1 做同步。
定性的观测解码信号与输入信号（1000HZ、2Vpp）的关系：质量、电平、延时。
PCM 频率响应测量将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测译码恢复出的模拟信号电平。
观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。
用点频法测量。
测量频率范围：200Hz～4000Hz。
PCM 译码失真测量将测试信号频率固定在1000Hz，改变测试信号电平（输入信号的最大幅度为5Vp-p。
），用示波器定性的观测译码恢复出的模拟信号质量（通过示波器对比编码前和译码后信号波形平滑度）。
PCM 编译码系统增益测量DDS1 产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p 的正弦波测试信号送入信号测试端口3P1。
通信原理PCM编译码实验
实验一ＰＣＭ编译码实验一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
4、熟悉了解W6８1５１2.二、实验器材1、主控＆信号源模块、3号、２１号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、实验原理框图图1—1 ２1号模块W6８１512芯片的PCM编译码实验图1－2 3号模块的ＰCＭ编译码实验图1-3 Ａ／μ律编码转换实验２、实验框图说明图1—１中描述的是信号源经过芯片W68１512经行PCM编码和译码处理。
W6８１5１２的芯片工作主时钟为204８ＫHz,根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。
在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。
图１—2中描述的是采用软件方式实现PCM编译码，并展示中间变换的过程。
PＣM编码过程是将音乐信号或正弦波信号，经过抗混叠滤波（其作用是滤波3。
4ｋＨz以外的频率,防止A／D转换时出现混叠的现象）。
抗混滤波后的信号经A/D转换，然后做PCM编码,之后由于G．7１1协议规定Ａ律的奇数位取反,μ律的所有位都取反。
因此,PCＭ编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。
PCM译码过程是PＣM编码逆向的过程，不再赘述。
A／μ律编码转换实验中，如实验框图1－3所示,当菜单选择为Ａ律转μ律实验时，使用3号模块做A律编码，A律编码经A转μ律转换之后,再送至21号模块进行μ律译码。
同理，当菜单选择为μ律转Ａ律实验时,则使用3号模块做μ律编码，经μ转A律变换后,再送入2１号模块进行Ａ律译码.四、实验步骤实验项目一测试W681512的幅频特性概述：该项目是通过改变输入信号频率，观测信号经Ｗ681５12编译码后的输出幅频特性，了解芯片Ｗ6815１２的相关性能。
1、关电，按表格所示进行连线。
2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【ＰCM编码】→【Ａ律编码观测实验】。
实验四 PCM编译码器
实验四 PCM编译码器实验四pcm编译码器实验四 PCM编解码器一、实验原理采样定理在通信系统和信息传输理论中起着非常重要的作用。
采样过程是模拟信号数字化的第一步。
采样性能的好坏直接关系到整个通信设备系统的性能指标。
利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（pam）信号。
采样定理指出，如果带限信号M（T）的最高频率为FH，则它可以由频率等于或大于2fH的采样序列唯一地确定。
在满足采样定理的条件下，采样信号保留了原始信号的所有信息。
此外，原始信号可以在不失真的情况下从采样信号中恢复。
通常，语音信号通过3400Hz低通滤波器（或300~3400Hz的带通滤波器），语音信号的最大频率限制为3400Hz。
这样，它可以用频率大于或等于6800hz的采样序列来表示。
实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为3400hz的语音信号，通常采用8khz抽样频率。
这样可以留出一定的防卫带（1200hz）。
当抽样频率fs低于2倍语音信号的最高频率fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量。
在采样定理实验中，采用8kHz的标准采样频率，由函数信号发生器产生一个频率为FH的信号来代替实际的语音信号。
通过改变函数信号发生器的频率FH，观察采样序列和低通滤波器的输出信号，验证了采样定理的正确性。
pcm编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行pcm编译码，该模块采用mc145540集成电路完成pcm编译码功能。
该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过显示控制模块将其配置成直接pcm模式（直接将pcm码进行打包传输），使其具有以下功能：1.来自接口模块传输分支的模拟信号经过PCM编码并输出。
2、将输入的pcm码字进行译码（即通话对方的pcm码字），并将译码之后的模拟信该号码被发送到用户界面模块。
pcm编译码器模块电路与adpcm编译码器模块电路完全一样，由语音编译码集成电路u502（mc145540）、运放u501（tl082）、晶振u503（20.48mhz）及相应的跳线开关、电位器组成。
通信实验-PCM编解码单路多路实验
学生实验报告系别电子工程系课程名称通信原理实验班级实验名称PCM编解码单路多路实验姓名实验时间学号指导教师报告内容一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。
2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。
3. 初步了解通信专用集成电路的工作原理和使用方法。
二、实验内容1. 信号源实验1) 取样脉冲、定时时钟实验2) 同步测试信号源实验2. PCM单路编码实验1) 极性码编码实验2) 段内电平码编码实验3) 段落码编码实验3. PCM单路译码实验4. PCM多路编译码实验5. 学生常犯的测量错误三、实验原理模拟信号数字化可以用数种方式实现。
脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。
脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。
模拟信号经滤波后频带受到了限制。
限带信号被抽样后形成PAM信号。
PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。
编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。
接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。
经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。
这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。
因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。
如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。
通常，一路信号的抽样频率为8kHz。
这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。
但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。
因此实用的PCM编译码器都是非线性的。
实验电路由定时部分，编、译码部分，同步测试信号原部分，译码功效四大部分组成。
方框原理图如图1.15所示。
图1.15 PCM编译码实验原理图四、实验步骤准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好；示波器探头1：10，严禁1：1。
PCM编译码实验
PCM编译码实验一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
二、实验内容1、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。
2、改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。
3、改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。
4、改变位同步时钟，观测脉冲编码调制波形。
三、实验器材1、信号源模块一块2、②号模块一块3、20M双踪示波器一台4、立体声耳机一副5、连接线若干四、实验原理（一）基本原理模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估值。
如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值，从而有可能消除随机噪声的影响。
脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。
脉码调制的过程如图5-1所示。
PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。
抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。
国际标准化的PCM 码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。
编码后的PCM 码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。
预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz ～3400Hz 左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。
在整个PCM 系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。
通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N 来表示。
国际电报电话咨询委员会（ITU-T ）详细规定了它的指标，还规定比特率为64kbps ，使用A 律或μ律编码律。
实验四 PCM编译码及TDM时分复用实验
二、实验预习要求
首先预习《通信原理》教材中关
于脉冲编码调制PCM原理的有关 章节，然后，再阅读本实验内容。
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实验四
PCM编译码及TDM时分复用实验
三、实验仪器仪表
1、70MHz双踪数字存储示波器一台
2、实验模块：
低频信号源输出模块一 低频信号源输出模块二 数字时钟信号源模块 PCM编译码模块
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八、思考题
1、TP3057
PCM编码器输出的 PCM数据的速率是多少？ 2、TP3057 PCM编码器获取时钟信 号后，内部要经过几分频才能得到 PCM采样时钟？
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PCM编译码及TDM时分复用实验
图3 A律与μ律的压缩特性
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PCM编译码及TDM时分复用实验
A律PCM基群帧结构如下图所示:
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PCM编译码及TDM时分复用实验
3. PCM编解码集成电路
国内外有代表性的PCM编解码集成电路有很 多，在本实验中，选用了芯片作为PCM编解 码电路来作实验。编译码器是本实验中最易 受损器件，稍有不慎就有烧坏的可能，所以 我们在实验中要求特别细致。 PCM编译码器TP3057所需的工作时钟为 2.048MHz。
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PCM编译码及TDM时分复用实验
六、实验步骤
5. 用示波器观察PCM译码输出信号 示波器的CH1接SA-IN，CH2接RA-OUT， 观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。 示波器的CH1接SB-IN，CH2接RB-OUT， 观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。
pcm的相关实验
实验内容 实验一 数字基带信号实验二 数字调制实验三 数字解调实验四 P C M编译码实验五时分复用通话实验六 时分复用数字基带通信系统实验七 时分复用2D P S K、2F S K通信系统返回首页实验四 P C M编译码1.实验目的、内容、原理2.实验步骤3.实验报告4.实验视频一、实验目的1.掌握P C M编译码原理。
2.掌握P C M基带信号的形成过程及分接过程。
二、实验内容1.用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察P C M基群信号。
2.改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况。
3.改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。
三、基本原理1.点到点P C M多路电话通信原理脉冲编码调制(P C M)技术与增量调制(ΔM)技术已经在数字通信系统中得到广泛道噪声比较小时一般用P C M，否则一般用ΔM。
目前速率在155M B以下的准同步数字系列中，国际上存在A解和μ律两种P C M编译码标准系列，在155M B以上的同步数字系列(这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。
而ΔM在国际上无统它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。
点到点P C M多路电话通信原理可用图1-1表示。
对于基带通信系统，广义信道包括质、收滤波器、发滤波器等。
对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解波器、收滤波器等。
图1-1点到点P C M多路电话通信原理框图本实验模块可以传输两路话音信号。
采用T P3057编译器，它包括了图1-1中的收滤波器及P C M编译码器。
编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可部信号源的正弦信号或电话信号。
本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是即将复接器输出的P C M信号直接送给分接器。
2.P C M编译码模块原理本模块的原理方框图如图1-2所示，电原理图如图1-3所示（见附录），模块内和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经7905变换得到。
通信原理PCM编译码实验
实验一PCM编译码实验一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
4、熟悉了解W681512。
二、实验器材1、主控&信号源模块、3号、21号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、实验原理框图图1-1 21号模块W681512芯片的PCM编译码实验图1-23号模块的PCM编译码实验图1-3A/μ律编码转换实验2、实验框图说明图1-1中描述的是信号源经过芯片W681512经行PCM编码和译码处理。
W681512的芯片工作主时钟为2048KHz，根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。
在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。
图1-2中描述的是采用软件方式实现PCM编译码，并展示中间变换的过程。
PCM编码过程是将音乐信号或正弦波信号，经过抗混叠滤波（其作用是滤波3.4kHz以外的频率，防止A/D 转换时出现混叠的现象）。
抗混滤波后的信号经A/D转换，然后做PCM编码，之后由于G.711协议规定A律的奇数位取反，μ律的所有位都取反。
因此，PCM编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。
PCM译码过程是PCM编码逆向的过程，不再赘述。
A/μ律编码转换实验中，如实验框图1-3所示，当菜单选择为A律转μ律实验时，使用3号模块做A律编码，A律编码经A转μ律转换之后，再送至21号模块进行μ律译码。
同理，当菜单选择为μ律转A律实验时，则使用3号模块做μ律编码，经μ转A律变换后，再送入21号模块进行A律译码。
四、实验步骤实验项目一测试W681512的幅频特性概述：该项目是通过改变输入信号频率，观测信号经W681512编译码后的输出幅频特性，了解芯片W681512的相关性能。
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口目的端口连线说明信号源：A-OUT模块21：TH5(音频接口)提供音频信号信号源：T1模块21：TH1(主时钟)提供芯片工作主时钟信号源：CLK模块21：TH11(编码时钟)提供编码时钟信号信号源：CLK模块21：TH18(译码时钟)提供译码时钟信号信号源：FS模块21：TH9(编码帧同步)提供编码帧同步信号信号源：FS模块21：TH10(译码帧同步)提供译码帧同步信号模块21：TH8(PCM编码输出)模块21：TH7(PCM译码输入)接入译码输入信号2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【A律编码观测实验】。
PCM编译码系统实验
PCM编译码系统实验一、【实验目的】1、掌握PCM编译码原理与系统性能测试；2、熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法；3、学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。
二、【实验原理】脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散得数字信号在信道中传输。
脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。
PCM通信系统的实验方框图如下图所示。
在PCM脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。
对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每一抽样值编8位码（即为2=256个量化级），因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kB。
本实验应用的单路PCM编、译码电路是TP3057芯片（见图2-1中的虚线框）。
此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于PCM 30/32系统中。
它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户各占据一个时隙，另外两个时隙分別用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048MB。
各用户PCM编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。
若仅有一个用户，在一个PCM 帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。
本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM 帧的传输速率设置为64Kbit/s或128Kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用低端示波器观测。
此时一个PCM 帧里，可容纳的PCM编码分别为1路或2路。
另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。
实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P03两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。
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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 AAx 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。
编码的码字和码型:二进制码可以经受较高的噪声电平的干扰，并易于再生，因此PCM中一般采用二进制码。
对于Q个量化电平，可以用k位二进制码来表示，称其中每一种组合为一个码字。
在点对点之间通信或短距离通信中，采用k=7位码已基本能满足质量要求。
而对于干线远程的全网通信，一般要经过多次转接，要有较高的质量要求，目前国际上多采用8位编码PCM设备。
码型指的是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。
在PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码(又称格雷码)。
码位的安排:目前国际上普遍采用8位非线性编码。
例如PCM 30/32路终端机中最大输入信号幅度对应4 096个量化单位(最小的量化间隔称为一个量化单位)，在4 096单位的输入幅度范围内，被分成256个量化级，因此须用8位码表示每一个量化级。
用于13折线A 律特性的8位非线性编码的码组结构如表2-1所示：表2-1 8位非线性编码的码组结构其中，第1位码M1的数值“1”或“0”分别代表信号的正、负极性，称为极性码。
从折叠二进制码的规律可知，对于两个极性不同，但绝对值相同的样值脉冲，用折叠码表示时，除极性码M1不同外，其余几位码是完全一样的。
因此在编码过程中，只要将样值脉冲的极性判出后，编码器便是以样值脉冲的绝对值进行量化和输出码组的。
这样只要考虑13折线中对应于正输入信号的8段折线就行了。
这8段折线共包含128个量化级，正好用剩下的7位码(M2，…, M8)就能表示出来。
3 模块设计与仿真图形分析3.1 simulink的工作环境熟悉建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图3-1所示系统中所需的模块：正弦波模块，示波器模块，图3-1 正弦仿真电路图正弦波参数如下：图3-2 正弦波参数设置系统内的示波器显示的波形如图：图3-3 单正弦波与平方波的对比结论：两正弦波叠加之后的周期是原周期的1/2,频度是原频度的2倍。
3.2 PCM编码器电路设计图3-4 13折线近似的PCM编码器测试模型和仿真结果测试模型和仿真结果如图3-4所示。
其中以Saturation作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内，以A-Law Compressor作压缩器，Relay模块的门限值设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位——极性码。
样值取值绝对值后，用增益模块将样值放大到0-127，然后用间隔为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。
可以将上图中Constant和Display（不含）之间的模块封装一个PCM编码子系统备用。
其中各模块的具体参数设置如下：图3-5 A-Law Compressor图3-6 Abs图3-7 Relay图3-8 Gain图3-9Quantizer图3-10Integer to Bit Converter图3-11 Display图3-12 Mux图3-13Saturation图3-14封装之后的PCM编码子系统：图3-15封装之后的PCM编码子系统图标3.3 PCM解码器电路设计图3-16 13折线近似的PCM解码器测试模型和仿真结果测试模型和仿真结果如图3-5所示，其中PCM编码子系统是3.2中编码器封装之后的。
PCM解码器中首先分离并行数据中的最高位（极性码）和7位数据，然后将7位数据转换位整数值，再进行归一化，扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。
可以将该模型中In1 Out1右端和Display左端的部分封装为一个PCM解码子系统备用。
其中各模块的具体参数设置如下：图3-17 Demux图3-18 Mux1图3-19 Relay1图3-20 Bit to Integer Converter图3-21 Gain1图3-22 A-Law Expander图3-23Product封装之后的PCM解码子系统：图3-24 封装之后的PCM解码子系统图3-25 封装之后的PCM解码子系统图标*3.4 无干扰信号的PCM编码与解码（课后自行完成）图3-26 PCM编码器和解码器（无噪声）测试模型和仿真结果测试模型和仿真结果如图3-26所示，其中PCM编码与解码子系统已经封装好了。
经过编码与解码之后，然后通过低通滤波器，最后在示波器Scope上得出输出波形，示波器上还显示了原信号，以便与输出信号进行比较。
在编码器之后通过Display和Scope1显示出PCM数字信号，注意：在通过示波器前需经过To Frame和Buffer，其中To Frame 是用来形成帧信号，Buffer是缓冲器。
示波器显示结果如下：图3-27 Scope图3-28 Scope1其中各模块的具体参数设置如下：图3-29 Sine Wave图3-30 Display图3-31 To Frame图3-32 Buffer图3-33Scope1图3-34 Analog Filter Design图3-35Scope图3-36系统总的仿真参数*3.5 有干扰信号的PCM编码与解码（课后自行完成）图3-37 PCM编码器和解码器（有噪声）测试模型和仿真结果仿真模型如图3-37所示，其中PCM编码和解码子系统内部结构参见3.2，3.3，PCM 编码输出经过并串转换后得到二进制码流送入二进制对称信道（BSC）。