第五章 模拟信号的数字化传输(3)
2023年高级通信工程师职称考试交换技术考试大纲
《通信技术(互换技术)》考试大纲前言根据北京市人力资源和社会保障局《有关成立工程技术系列（通信）高级专业技术资格评审委员会旳告知》（京人社专技发[2023]17号）旳规定, 自2023年起,本市工程技术系列（通信）高级专业技术资格试行考核结合旳评价方式。
凡申报本专业技术资格评审时,须通过《通信技术》科目旳考试。
受北京市人力资源和社会保障局委托, 我们编写了《通信技术》考试大纲。
考试从对通信技术高级专业技术人员旳工作需要和综合素质规定出发, 重点考察申报人员运用专业基础、理论知识及有关法规, 从事通信工程项目旳技术水平及业务能力。
大纲提出了“掌握”、“熟悉”和“理解”共3个层次旳规定, 这3个层次旳详细涵义为: 掌握系指在理解精确、透彻旳基础上, 能纯熟自如地运用并分析处理实际问题；熟悉系指能阐明其要点, 并处理实际问题；理解系指概略懂得其原理及应用范围。
本考试划分了“传播与接入”、“互联网技术”、“互换技术”、“终端与业务”、设备与环境五种专业类别, 分别编写了考试大纲, 申报人员需根据自己所选专业根据大纲进行复习。
考试采用开卷方式进行,不指定教材, 申报人员应根据考试大纲查阅有关资料, 有针对性地学习专业理论、业务知识及有关政策法规, 做好考试准备工作。
《通信技术》考试大纲编写组二○一二年一月第一部分综合知识第一章通信职业道德1.1道德与职业道德[基本规定]掌握道德和职业道德旳定义、内涵和特点[考试内容]道德和职业道德旳定义、内涵和特点。
1.2通信职业道德[基本规定]掌握通信职业道德旳定义、内涵和特点[考试内容]通信职业道德旳定义、内涵和特点；通信职业道德规范。
第二章法律法规2.1中华人民共和国电信条例[基本规定]掌握电信条例有关概念及监管体系掌握电信条例旳基本原则熟悉电信条例旳若干规定掌握网间互联费用旳构成、网间接续旳管制规定掌握网间互联争议旳处理措施理解电信条例旳基本内容熟悉计算机病毒防治管理旳有关规定掌握网络刊登新闻管理和互联网保密管理旳有关规定熟悉保守通信秘密旳有关法律[考试内容]（1）电信条例旳必要性、指导原则和立法目旳；（2）电信条例旳定义及执行范围、我国旳电信管理体制；（3）电信监管旳基本原则、电信业务经营者旳经营基本原则、电信业务经营者为电信顾客提供服务旳原则；（4）电信业务许可制度、电信资费、电信服务质量、电信顾客交费与查询旳规定、因企业原因影响服务旳有关规定、保障公益电信服务旳规定、电信顾客申诉及其受理旳规定、经营者不妥行为旳规定、电信建设、电信设备进网许可制度、严禁扰乱电信市场秩序旳规定、电信顾客通信自由旳规定、电信法律责任等规定；（5）网间互联费用旳构成；（6）互联互通与电信管制旳必要性、我国目前旳管制条例；（7）网间互联旳争议与处理措施；（8）计算机病毒旳定义、计算机病毒防治旳主管机关及其职权；单位与个人在防治计算机病毒上旳义务、计算机使用单位旳职责；（9）保守通信秘密旳有关法律。
模拟信号的数字化传输系统设计(共16页)
模拟信号的数字化传输系统(xìtǒng)设计摘要(zhāiyào)本设计(shèjì)结合PCM的抽样、量化、编码原理(yuánlǐ)，利用MATLAB 软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。
课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。
通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识，并进一步掌握MATLAB软件的使用。
第一章绪论数字通信系统由于具有许多优点而成为当今通信的发展方向。
然而日常生活中大部分信号都是模拟信号。
相对于模拟通信来说，数字通信有抗干扰能力强、保密性好、可以再生、没有噪声积累等优势。
但是，现实生活中有很多模拟新源，模拟信源输出的信号是模拟信号，要将其在数字通信系统中进行传输，则必须经过相应的处理。
研究模拟信号的数字化传输有着极其重要的意义。
在1937年，英国人里费（A.H.Reeves）提出(tí chū)了脉冲编码调制（PCM）方式(fāngshì)。
从此揭开了近代数字传输的序幕。
PCM系统的优点是：抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，而且可以采用有效编码、纠错(jiū cuò)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。
另外，由于PCM可以把各种消息（声音、图像、数据等等）都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换(jiāohuàn)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。
故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。
PCM的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。
但是，随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。
因此，PCM是一种极有发展前途的通信方式。
第二章 MATLAB简介2.1 MATLAB软件简介MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
简述模似信号的数字传输的基本过程
【模拟信号的数字传输的基本过程】1. 介绍模拟信号的数字传输是一种常见的通信方式，它将模拟信号转换为数字信号，以便在数字系统中传输和处理。
在本文中，我们将对模拟信号的数字传输的基本过程进行简要介绍，以便更好地理解这一通信方式的运作原理。
2. 模拟信号和数字信号的基本概念在开始讨论模拟信号的数字传输的基本过程之前，首先需要了解模拟信号和数字信号的基本概念。
模拟信号是连续变化的信号，它的数值可以在一定范围内取任意值；而数字信号是离散变化的信号，它的数值只能在一组有限的数值中取值。
在数字系统中，模拟信号需要经过采样、量化和编码等步骤转换为数字信号，才能进行传输和处理。
3. 模拟信号的数字传输的基本过程模拟信号的数字传输主要包括采样、量化、编码和传输四个基本步骤。
下面将分别对这四个步骤进行详细介绍。
3.1 采样采样是指将模拟信号在时间上进行离散化，取样的间隔称为采样周期。
在采样过程中，需要按照一定的规则对模拟信号进行采样，以获得一系列离散的采样值。
3.2 量化量化是指将模拟信号在振幅上进行离散化，将连续的模拟信号转换为一系列离散的量化级别。
在量化过程中，需要确定量化的级数和幅度范围，以保证数字信号能够准确地表示模拟信号的振幅变化。
3.3 编码编码是指将经过采样和量化的数字信号进行编码，以便在传输过程中能够准确地识别和恢复原始的模拟信号。
常见的编码方式包括脉冲编码调制（PCM）和差分编码调制（DM）等。
3.4 传输传输是指将经过编码的数字信号通过传输介质（如电缆、光纤等）传输到接收端，并在接收端进行解码和恢复成原始的模拟信号。
在传输过程中，需要考虑信号的抗干扰能力和传输距离等因素。
4. 个人观点和理解模拟信号的数字传输是一种重要的通信方式，它在音频、视频和数据通信等领域都有着广泛的应用。
通过将模拟信号转换为数字信号，不仅能够提高信号的抗干扰能力和传输质量，而且能够实现信号的数字化处理和存储，为通信技术的发展提供了重要的支持。
通信原理教程模拟信号的数字化课件
数字信号的复原方法
由于数字信号的采样样本是离散的，因此复原出的信号可能会有一定的失真或误差，尤其是在采样率较低或信号频率较高时。
数字信号复原的准确性
数字信号的复原
数字信号误差的来源
数字信号的误差主要来源于采样过程中的量化误差、传输过程中的误码以及解码过程中的失真等。
将图像信号数字化，便于存储、传输和编辑。
将电视信号数字化，提高图像质量和传输效率。
数字通信
数字音频
数字图像
数字电视
02
CHAPTER
采样定理与采样
采样定理公式
采样定理的公式是 f_s >= 2f_max，其中 f_s 是采样频率，f_max 是信号的最高频率。
采样定理定义
采样定理是关于模拟信号数字化的基本理论，它确定了采样频率与信号最高频率之间的关系，以避免信号失真。
编码定义
编码是将离散的数字信号转换为可以在通信信道中传输的码字的过程。
编码
编码缺点
编码过程会增加数字信号的复杂性，需要更多的计算和存储资源；同时，不同的编码方式具有不同的特点和适用场景，需要根据实际需求进行选择。
量化优点
量化可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，便于计算机处理和传输；同时，量化可以减小信号的动态范围，降低信号的复杂性。
量化缺点
量化过程会产生量化误差，导致信号质量的损失；同时，量化过程需要选择合适的量化级数和方式，否则可能会引入额外的噪声和失真。
编码优点
编码可以提高数字信号的传输效率和可靠性；同时，编码可以提供差错控制和数据压缩等功能。
量化与编码的优缺点
通信原理教程模拟信号的数字化-PPT精选文档
由抽样信号恢复原信号的方法 ：
从频域看：当fs
2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通 滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些 冲激响应之和就构成了原信号。
图示为均匀量化。
8
4.3.2 均匀量化
设：模拟抽样信号的取值范围：a～b 量化电平数 ＝ M v ( b a ) /M 则均匀量化时的量化间隔为： 量化区间的端点为： m a i v i
若量化输出电平qi 取为量化间隔的中点，则有
m m i i 1 q , i 2 i 1 , 2 ,..., M
量化噪声＝量化输出电平和量化前信号的抽样值 之差 信号功率与量化噪声之比（简称信号量噪比）
9
求量化噪声功率的平均值Nq ：
2 k q 2 k q k k a b M m i m 1 i 1i
2 N E [( s s ) ] ( s s ) f ( s ) d s ( s q ) ( s ) d q k k s k i f
图中的曲线表示要求 fL 0 3B 4B 5B 6B B 2B 的最小抽样频率fs， 但是这并不意味着用任何大于该值的频率抽样都能保证频谱 不混叠。
6
4.2.3 模拟脉冲调制
脉冲振幅调制PAM 脉冲宽度调制PDM 脉冲位置调制PPM
（a) 基带信号
(c) PDM信号
(b) PAM信号 (d) PPM信号
式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 m a i v i
通信原理课件：模拟信号的数字传输
若脉冲序列为冲激序列，则PAM和抽样定理原理一样。 为无穷
实际抽样：有限宽度的窄脉冲
自然抽样(曲顶抽样)
1、自然抽样(曲顶抽样)
平顶抽样(瞬时抽样)
自然抽样的数学模型 20
调制信号波形及其频谱
矩形脉冲序列及其频谱
脉冲序列的频谱
P (w )2T A sn S(a n2sw )(w nsw )
11
2、孔径效应 实际脉冲进行瞬时抽样（平顶抽样）时，由于抽样脉冲具 有一定的宽度，在通过LPF后不能完全恢复原信号，可用 均衡电路补偿。 3、内插噪声
要想恢复在t时刻的原信号值f(t),必须给出全部时间内的 全部样值，理想LPF实现。使用实际可实现的有限时延 滤波器，不能得到与原信号完全相同的信号，由此产 生的误差
实际中应避免
在 过 载 区 （ 即 原 始 信 号 在 量 化 区 外 ） ： e(t)
2
33
信号量噪比
( So Nq
________________
)PCM f 2(t) e2(t)
认为量化噪声均匀分布
p(e)
1
,
0.
e 2
其它
量化噪声平均功率
Nq 22e2p(e)de(1)22
21
已抽样信号波形及其频谱
F s(w ) 2 1P (w )* F (w ) A T sn S (n a 2 sw )F (w ns)w
理想LPF可恢复信号：
vo(t)
A
Ts
f (t)
讨论：
(1)抽样脉冲可为任意脉冲q(t)，只会引起包络的变化， 不影响信息的传输
39
(2)常见压扩特性 压缩特性的选取与信号统计特性有关.通常，大多采用对 数式压缩 对于电话信号，ITU制定了两种对数压扩特性是μ律压扩 和A律压扩，接近最佳特性且易于二进制编码。
模拟信号的数字化(通信原理)
目录
• 模拟信号与数字信号的概述 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与处理 • 模拟信号数字化在通信系统中的应用
01
模拟信号与数字信号的概 述
模拟信号的定义与特性
定义
模拟信号是连续变化的物理量， 其幅度随时间连续变化。
特性
模拟信号具有连续性和时间上的 无限可分性，可以表示任何连续 变化的物理量。
数字信号的定义与特性
定义
数字信号是离散的物理量，其幅度只 有有限个取值。
特性
数字信号具有离散性和时间上的有限 可分性，只能表示有限的离散值。
模拟信号与数字信号的比较
优点比较
模拟信号具有直观、易于理解的特点，而数字信号具有抗 干扰能力强、传输质量高、可进行加密处理等优点。
缺点比较
模拟信号在传输过程中容易受到干扰和损失，而数字信号 需要更高的采样率和数据传输速率，对硬件要求较高。
广播
数字广播利用模拟信号数字化技术将 音频信号转换为数字信号，实现了广 播节目的高质量传输和接收，提高了 广播的抗干扰能力和音质。
数据传
01
计算机网络
模拟信号数字化技术可以将数据信号转换为数字信号，实现数据的快速
传输和存储，提高了计算机网络的传输速度和稳定性。
02 03
数字电视
数字电视利用模拟信号数字化技术将视频和音频信号转换为数字信号， 实现了高质量的视频和音频传输和接收，提高了电视节目的清晰度和稳 定性。
详细描述
量化是将取样后的信号幅度进行近似的过程。由于取样后的信号仍然是连续的，我们需 要将其转换为离散的数字值。在量化过程中，我们选择一个适当的量化级别，将每个取 样点的幅度近似到最近的量化级别，并将这些量化值转换为数字码。通过这种方式，我
模拟信号的数字化处理..共82页文档
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
1、不要轻言放弃，否则对不起自。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
模拟信号的数字化处理.. 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
项目3 模拟信号的数字化传输
任务3.2 构建PCM系统
子任务1：构建均匀量化PCM系统
量化误差亦称量化噪声。 中升型均匀量化器输入/输出关系及对应的量化误差：
平顶抽样是将基带信号m(t)先进行理想抽样，然后再将抽样值通过一个脉冲 形成电路，从而形成一系列幅度为抽样瞬时值，同时具有一定宽度的脉冲序列的 平顶抽样信号。
任务3.1 构建PAM系统
子任务2：构建基本PAM系统
案例分析： 1、已知基带信号频谱如图3-10所示，采用抽样频率为2000Hz，脉宽为13 ms的抽 样脉冲序列进行自然抽样，试画出抽样信号的频谱图。
任务3.1 构建PAM系统
子任务2：构建基本PAM系统
经抽样获得的抽样信号都是幅度随模拟基带信号的变化而变化的脉冲序列， 因此，抽样也是一种幅度调制，只是调制用的载波为脉冲序列，而不是正余弦波， 所以抽样也叫脉冲幅度调制（PAM），简称脉幅调制。
脉幅调制PAM属于脉冲模拟调制，这是因为虽然已调信号（抽样信号）在时 间上是离散的，但在幅度上仍然是连续的，因此，仍然属于模拟信号。其它的脉 冲模拟调制还有用模拟基带信号去改变脉冲序列宽度的脉冲宽度调制(PDM、 PWM)和用模拟基带信号去改变脉冲序列时间位置的脉冲位置调制(PPM)，它们在 通信中一般只作为一种中间调制方式，而不构成独立的系统。
任务3.1 构建PAM系统
子任务2：构建基本PAM系统
1、自然抽样脉幅调制 单个矩形脉冲的频谱主要由Sa ω 函数构成，Sa ω 的表达式为：
经分析可知，当ω → 0时，Sa ω 取最大值；当ω = kπ 时(其中，k为 ±
1, ±2, ±3等)，Sa ω = 0，即为过零点。脉宽为τ的单个矩形脉冲的频谱函数为
任务3.2 构建PCM系统
脉冲幅度调制PAM只是实现了模拟信号在时间上的离 散化，还未真正转换成数字信号。要实现模拟信号的数字 化传输，必须要在抽样的基础上再进行量化和编码。脉冲 编码调制（PCM）是模拟信号数字化的最常用方法，也是 其他信源压缩编码的基础。本节的任务是要掌握脉冲编码 调制的基本方法并了解我国PCM电话系统的组成和特点。
15模拟信号的数字化传输(三)PPT课件
– G.721推荐标准---32 kbps自适应差分脉冲编码调制
9
ADPCM
10
增量调制DM 基本原理
• 增量调制简称ΔM或DM
– 对于模拟信号，特别是语音信号，如果抽样速率 很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小， 那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽 样值的差值，能反映模拟信号的变化规律。 将差 值编码传输， 称为增量调制ΔM
近似代替m(t)。其中，为量化台阶，Δt=Ts为抽样间隔
12
DM 译码
• DM译码两种形式
– 阶梯波形恢复译码 – 积分方法译码：收到“1”码后产生一个正斜率电压，在Δt时
间内上升一个量阶， 收到“0”码后产生一个负斜率电压， 在Δt时间内下降一个量阶。这种方法可用一个简单的RC积 分电路，即可把二进制代码变为m(t)这样的波形。
• ΔM 是DPCM的一个特例， 其目的在于简化 语音编码方法
11
增量调制DM 基本原理
m (t)
相邻幅度 差为
m ′(t) m (t)
m 1(t)
时间6 t7 t8
t9
t10 t11 t12
00 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 t
Dt
如果抽样速率fs=1/Δt足够高，且足够小，则阶梯波m′(t)可
Gp(dB)
12
6
5
10 预测阶次
7
ADPCM
• DPCM系统性能的改善是以最佳的预测和量化为前提的。但对 语音信号进行预测和量化是复杂的技术问题，这是因为语音信 号在较大的动态范围内变化。为了能在相当宽的变化范围内获 得最佳的性能，只有在DPCM基础上引入自适应系统。有自适 DPCM 称 为 自 适 应 差 分 脉 冲 编 码 调 制 ， 简 称 ADPCM
通信原理模拟信号数字化课程设计
前言 (1)1模拟信号数字化传输系统 (3)1.1模拟信号数字化传输基本原理 (3)1.2模拟信号数字化传输系统仿真过程 (3)2模拟信号抽样 (5)2.1模拟信号抽样定义 (5)2.1.1模拟信号抽样定理 (5)2.1.2模拟信号抽样过程 (5)2.2模拟信号抽样仿真程序及仿真分析 (6)3模拟信号量化 (8)3.1模拟信号量化定义 (8)3.1.1均匀量化的基本原理 (8)3.1.2非均匀量化的基本原理 (9)3.2模拟信号量化仿真程序及仿真分析 (11)4 PCM编译码 (14)4.1脉冲编码调制 (14)4.1.1 13折线编码 (15)4.1.2 PCM的8位编码 (16)4.2 PCM编译码仿真程序及仿真分析 (17)5 DPCM编译码 (20)5.1 DPCM的基本原理 (20)5.2 DPCM编码及解码过程和原理 (21)5.3 DPCM编译码仿真程序及仿真分析 (21)6增量调制 (23)6.1增量调制的基本原理 (23)6.2 增量调制仿真程序及仿真分析 (23)7总结 (25)参考文献 (26)数字通信系统己成为当今通信的发展方向，然而自然界的许多信息通过传感器转换后，绝大部分是模拟量，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，主要用于语音传输，在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到广泛的应用，借助于MATLAB软件，可以直观、方便地进行计算和仿真。
因此可以通过运行结果，分析系统特性。
MATLAB是美国Math Works公司开发的一套面向理论分析研究和工程设计处理的系统仿真软件，Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它让用户把精力从编程转向模型的构造，为用户省去了许多重复的代码编写工作；Simulink 的每个模块对用户而言都是透明的，用户只须知道模块的输入、输出以及模块的功能，而不必管模块内部是怎么实现的，于是留给用户的事情就是如何利用这些模块来建立模型以完成自己的仿真任务；至于Simulink 的各个模块在运行时是如何执行，时间是如何采样，事件是如何驱动等细节性问题，用户可以不去关心，正是由于Simulink 具有这些特点，所以它被广泛的应用在通信仿真中，通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。
通信原理教程模拟信号的数字化PPT课件
数字信号接收质量
数字信号接收质量受到多种因素 的影响，如信道质量、噪声干扰、 失真等，需要采取相应的措施来
提高数字信号接收质量。
数字信号的抗干扰能力
抗干扰能力
数字信号在传输过程中受到各种 噪声和干扰的影响较小，具有较
强的抗干扰能力。
抗干扰技术
为了进一步提高数字信号的抗干扰 能力，可以采用多种抗干扰技术， 如信道编码、差错控制编码、扩频 通信等。
通信原理教程：模拟 信号的数字化ppt课
件
目录
• 引言 • 模拟信号与数字信号的对比 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与接收 • 数字信号的优势与应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
模拟信号的数字化是通信原理中 的重要概念，涉及信号的采样、 量化和编码等过程。
02
本课程将介绍模拟信号数字化的 基本原理、方法和技术，以及其 在通信系统中的应用。
数字信号的特点
数字信号的值在时间上是离散的，幅 度上也是离散的，只能表示有限的离 散状态。
模拟信号与数字信号的优缺点比较
模拟信号的优点
模拟信号能够表示连续 变化的物理量，因此能 够更准确地表示实际物
理量。
模拟信号的缺点
模拟信号容易受到噪声 和干扰的影响，传输过
程中也容易失真。
数字信号的优点
数字信号具有抗干扰能 力强、传输可靠、精度 高、易于存储和复制等
THANKS
感谢观看
优点。
数字信号的缺点
数字信号是离散的，不 能表示连续变化的物理 量，因此在某些领域可
能不够准确。
03
模拟信号的数字化过程
采样
01
02
模拟信号的数字传输
量化负责把时间离散和幅度连续的抽样信号 转换为时间和幅度离散的数字信号
编码负责将量化后的信号编码形成一个二进 制码组，即形成数字信号
本书的 封面
走信息路 读北邮书
A/D转换三个过程
抽样实现了模拟信号的时间离散, 量化实现了信号的幅度离散, 编码实现了数字信号的二进制序列表示。
走信息路 读北邮书
本书的 封面
均匀量化及其量化误差
走信息路 读北邮书
本书的 封面
均匀量化与量化误差
均匀量化对于大信号和小信号引起的量化误 差是均匀分布的
均匀量化对小信号是不利的，有可能会导致 信号强度低于噪声的情况而把信号淹没。
均匀量化的量化台阶是常数，所以对大信号 影响较小，对小输入信号非常不利，即量化 噪声对信号的影响程度不同，而通信系统中 的语音信号多为小信号，为了克服这个缺点， 改善小信号时的信噪比，在实际应用中常采 用非均匀量化。
信号经过抽样后还应当包含原信号中所有 信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信 号。
抽样速率的下限是由奈奎斯特抽样定理确 定的。
走信息路 读北邮书
本书的 封面
奈奎斯特抽样定理
一个频带限制在0~fm内的低通信号m(t)，如 果抽样频率fs≥2fm，则可以由抽样序列无失 真地重建恢复原始信号m(t)。
也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传 输模拟信号本身，只需传输满足抽样定理要 求的抽样值即可。
模拟信号数字化传输框图
图5-1 模拟信号数字化传输系统框图
由图5-1可见，模拟信号数字化传输一般需三个步骤：
(1)编码：模数转换（A/D），把模拟信号数字化， 将原始的模拟信号转换为时间离散和值离散的数 字信号；
3模拟信号的数字化传输
2
主要内容
3.1 脉冲编码调制 3.2 抽样定理 3.3 抽样信号的量化 3.4 编码和译码 3.5 差分脉冲编码调制 3.6 增量调制 小结 思考题、 思考题、习题
3
3.1 脉冲编码调制
1.如何将信源产生的模拟信号转 1.如何将信源产生的模拟信号转 换为数字信号？ 换为数字信号？
信源编码， 数转换 信源编码，模/数转换
2.如何实现模/数变换？ 2.如何实现模/数变换？ 如何实现模
抽样、 抽样、量化和编码
4
3.1 脉冲编码调制
计算机声卡： 计算机声卡：
抽 模拟语音 信号输入 反混叠失真 滤波器 样
量 化
编 数字语音 信号输出 码
返回
5
3.1 脉冲编码调制
一、脉冲编码调制（PCM）的基本原理 脉冲编码调制（PCM）
18
3.3 抽样信号的量化
思考： 思考： 1.量化之后的信号是模拟信号还是数字信号 量化之后的信号是模拟信号还是数字信号？ 1.量化之后的信号是模拟信号还是数字信号？ 数字信号 2.量化电平如何计算 量化电平如何计算？ 2.量化电平如何计算？ 3.抽样值如何转化为量化电平 抽样值如何转化为量化电平？ 3.抽样值如何转化为量化电平？
A律是平滑曲线，用电子线路很难准确地 律是平滑曲线， 实现，但很容易用数字电路来近似实现。 实现，但很容易用数字电路来近似实现。
13折线特性就是近似于A律的特性。 13折线特性就是近似于A律的特性。 折线特性就是近似于
29
3.3 抽样信号的量化
x在0～1区间分为8段。 区间分为8
1. 1/2至1间的线为第8段； 1/2至 间的线为第8 1/4至1/2间的为第 间的为第7 2. 1/4至1/2间的为第7段； 1/8至1/4间的为第 间的为第6 3. 1/8至1/4间的为第6段； 4. …… 1/128间的线为第 间的线为第1 5. 0至1/128间的线为第1段。
第五章-模拟信号的数字传输
用低通滤波
A Ts
Sa
( k s 2
)M
(
k s
)
器可无失真 恢复原模拟 信号m(t)
瞬时 抽样
备注
m(t) m’s(t) 脉冲 形成
δT(t)
ms(t)
m(k TS
) AG
(t
k TS
)
Ms(
)
1 Ts
H(
n
) M (
ns
)
样值信号产生了 孔径失真，收端 需要采用型频率 补偿网络才能无 失真恢复原模拟 信号m(t)
用到的付里叶变换对：
m(t)
M
(
),
Ts
(t)
TS
(t
kTs
)
2 TS
( ks ), s p (t) A
G
(t
kTs ) 2
A Ts
sa
(
k s 2
)
(
k
s
),
h脉冲形成（t） AG (t) Asa ( 2 ),
第5章 模拟信号的数字传输
5.1 引言 5.2 模拟信号的抽样 5.3 实际抽样 5.4 脉冲调制 5.5 模拟信号的量化 5.6 脉冲编码调制 5.7 差分脉冲编码调制（DPCM）与自适应差分脉
容
ms(t)
Ms(ω)
说明
类型
理想 抽样
自然 抽样
m(t) δT(t)
ms(t)
m(t)
s p (t)
ms(t)
ms(t)
m(t)
LPF
ms(t)
m(t)
LPF
用低通滤波
m(kTS ) (t kTS )
1 Ts
M ( k s )
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子工业出版社
子带的选择
通信原理
子带的选择主要涉及子带的数目、子带的位置及宽度。 子带的选择主要涉及子带的数目、子带的位置及宽度。 子带选择的原则：以大体相等的清晰度指数（AI） 子带选择的原则：以大体相等的清晰度指数（AI）把话音频 带划分成子带，每个子带都包含话音频谱中的有效频率部分。 带划分成子带，每个子带都包含话音频谱中的有效频率部分。 子带的带宽与频率成比例关系， 子带的带宽与频率成比例关系，频率较低的子带带宽也比较 窄，频率较高的子带的带宽也较宽 为了获得低比特速率（小于）的信号码， 为了获得低比特速率（小于）的信号码，可以允许在较多的 子带中存在某些间隔， 子带中存在某些间隔，以便节省带宽和在编码器中使用较少 的比特/样值。 的比特/样值。
电子工业出版社
主要参数选择
通信原理
传输速率 子带的选择 子带编码器和参数的选择
电子工业出版社
子带编码器和参数的选择
通信原理
电子工业出版社
5.5 语音压缩编码技术
通信原理
1 2
概述 子带编码 矢量量化编码 参量编码
电子工业出版社
3
4
矢量量化编码
通信原理
矢量量化的基本原理 最佳量化器的必要条件 码书生成算法 搜索算法
电子工业出版社
矢量量化编码
通信原理
矢量量化的基本原理 最佳量化器的必要条件 码书生成算法 搜索算法
电子工业出版社
码书生成算法
通信原理
码书的生成算法的两种类型
已知信源分布特性的设计算法
1. 2. 3. 4. 输入初始码书y (0)， n=0， =∞，给定停止门限ε≥ ε≥0 输入初始码书yN (0)，置n=0，D-1=∞，给定停止门限ε≥0； 用码书y 构成Voronoi划分{S }N； Voronoi划分 用码书yk(n)构成Voronoi划分{Sj(n)}N； 计算平均失真和相对失真 计算Voronoi划分下各Voronoi胞腔的形心，所有N Voronoi划分下各Voronoi胞腔的形心 计算Voronoi划分下各Voronoi胞腔的形心，所有N个形心形 成新的码书y n=n+1，返回到第2 成新的码书yk(n+1) ，置n=n+1，返回到第2步。
语音产生过程的物理模型
通信原理
整个发音过程分为两个步骤建立模型
激励。可用周期性信号源、 激励。可用周期性信号源、噪声源及转换开关模拟 响应。可由线性时变滤波器来模拟。 响应。可由线性时变滤波器来模拟。
决定语音的特征参数有： 决定语音的特征参数有：
基音 共振峰频率 强度 清音(声带不振动) 浊音(声带振动) 清音(声带不振动)／浊音(声带振动)判决
参量编码
直接提取语音信号的一些特征参量， 直接提取语音信号的一些特征参量，并对其编码接 收端经解码恢复成与发端相应的特征参量， 收端经解码恢复成与发端相应的特征参量，再根据 语音产生的物理模型合成输出相应语音， 语音产生的物理模型合成输出相应语音，声码器即 属此类编码
电子工业出版社ຫໍສະໝຸດ 概述通信原理编码速率
电子工业出版社
基本工作原理
通信原理
子带编码的基本原理：利用语音信号在整个频带 子带编码的基本原理： 内的不均匀性， 内的不均匀性，控制不同范围内语音信号的量化 噪声，以改善编码信号的质量和降低码速。 噪声，以改善编码信号的质量和降低码速。
把量化噪声限制在各个子带内， 把量化噪声限制在各个子带内，有效的阻止了一个子 带的量化噪声引入整个频带 在每个子带中可以使用独立的量化阶距， 在每个子带中可以使用独立的量化阶距，低信号能量 的子带采用较小的量化阶距， 的子带采用较小的量化阶距，对高能量的子带采用较 大的量化阶距， 大的量化阶距，使量化噪声的频谱与信号短时频谱相 匹配， 匹配，避免能量较小的频带内的输入信号被其他频段 的量化噪声遮盖； 的量化噪声遮盖； 根据感性判断来分配各子带的比特数， 根据感性判断来分配各子带的比特数，使在必须精确 保持音调和元音音带的共振峰结构的较低子带中， 保持音调和元音音带的共振峰结构的较低子带中，每 个抽样值用较多的比特数来编码， 个抽样值用较多的比特数来编码，而且话音中出现摩 擦音和类似摩擦噪声的较高子带中， 擦音和类似摩擦噪声的较高子带中，每个抽样用较少 的比特数来编码
Q ( X ) = Yi
X ∈ Ci
电子工业出版社
矢量量化的基本原理
通信原理
输入序列
{ xn }
K =4
K =2
得到二维矢量
( P1 , P2 )
四个点构成一个矢量 构成二维欧式空间
电子工业出版社
矢量量化编码
通信原理
矢量量化的基本原理 最佳量化器的必要条件 码书生成算法 搜索算法
电子工业出版社
最佳量化器的必要条件
∆ω k = ∆ω / M , f sk = 2∆ωk = 2∆ω / M
2 ∆ω M I= ∑ Rk ( bit / s ) M k =1
M
2 ∆ω k
总比特数
∑R
k =1
k
= MR
I = 2∆ω R
对全带采样编码时 的平均比特率
全子带编码时的 传输速率表达式
电子工业出版社
主要参数选择
通信原理
传输速率 子带的选择 子带编码器和参数的选择
电子工业出版社
子带编码
通信原理
基本工作原理 主要参数选择
电子工业出版社
主要参数选择
通信原理
传输速率 子带的选择 子带编码器和参数的选择
电子工业出版社
传输速率
通信原理
子带波形抽样频率 抽样的编码比特数
f sk
Rk
总传输速率
I = ∑ f sk ⋅ Rk ( bit / s )
k =1 M
等带宽条件 第k个子带的抽样率
通信原理
对给定的码书y 寻找x的最佳划分， 1. 对给定的码书yk，寻找x的最佳划分，使 平均失真最小
根据最邻近律给出最佳划分
对给定的划分，寻找最佳的码书， 2. 对给定的划分，寻找最佳的码书，使平均 失真最小
在给定划分S 在给定划分Sj时，为了使码书的平均失真最 码矢必须选为所划分S 小，码矢必须选为所划分Sj的形心
树搜索算法
有二叉树和多叉树之分，其原理相同， 有二叉树和多叉树之分，其原理相同，差别在于后者 所需的计算量和存储量都比前者大，但性能比前者好。 所需的计算量和存储量都比前者大，但性能比前者好。
电子工业出版社
5.5 语音压缩编码技术
通信原理
1 2
概述 子带编码 矢量量化编码 参量编码
电子工业出版社
3
编码质量
电子工业出版社
5.5 语音压缩编码技术
通信原理
1 2
概述 子带编码 矢量量化编码 参量编码
电子工业出版社
3
4
子带编码
通信原理
基本工作原理 主要参数选择
电子工业出版社
基本工作原理
通信原理
子带编码(SBC) 子带编码(SBC)
首先用一组带通滤波器将输入频谱分成若干个频带， 首先用一组带通滤波器将输入频谱分成若干个频带，称 为子带， 为子带， 每个子带再单独利用APCM(自适应脉冲编码调制) 每个子带再单独利用APCM(自适应脉冲编码调制)分别进 APCM(自适应脉冲编码调制 行编码。 行编码。 编码后再按各个比特流复接，传到收端， 编码后再按各个比特流复接，传到收端，收端再将它们 分接、解码、再组合恢复原始信号。 分接、解码、再组合恢复原始信号。
电子工业出版社
矢量量化编码
通信原理
矢量量化的基本原理 最佳量化器的必要条件 码书生成算法 搜索算法
电子工业出版社
搜索算法
通信原理
全搜索算法
“码书生成算法” 码书生成算法” 全搜索矢量量化器是基本的矢量量化器，又称标准矢 全搜索矢量量化器是基本的矢量量化器， 量量化器。在给定速率的条件下， 量量化器。在给定速率的条件下，全搜索算法的复杂 度随矢量维数K的增加呈指数增长。 度随矢量维数K的增加呈指数增长。 全搜索矢量量化器性能较好，但设备复杂度高， 全搜索矢量量化器性能较好，但设备复杂度高，在实 际应用中则显得不经济。 际应用中则显得不经济。
电子工业出版社
矢量量化的基本原理
通信原理
将信源S 个相关联的值( 将信源S的K个相关联的值(如时间相邻的几个幅度 变换域中的一组参数)构成一个K维矢量。 值，变换域中的一组参数)构成一个K维矢量。 编译码器中存有一个预先设计好的码本， 编译码器中存有一个预先设计好的码本，码本中 的每个码字也是一个K维矢量。 的每个码字也是一个K维矢量。 编码器对每个输入的矢量XK以某种搜索方式在码 编码器对每个输入的矢量X 本中寻找最接近的码字C 本中寻找最接近的码字CK 将此码字矢量的序号I 作为对X 将此码字矢量的序号IK作为对XK的编码传送到接 收端。 收端。 译码器将收到的序号I 所对应的码字矢量C 译码器将收到的序号IK所对应的码字矢量CK作为 原矢量的恢复矢量。 原矢量的恢复矢量。
电子工业出版社
参量编码
通信原理
语音产生过程的物理模型 线性预测编码(LPC) 线性预测编码(LPC) 具有长期预测的规则码激励(RPE LTP) 具有长期预测的规则码激励(RPE—LTP) (RPE LPC编解码器 的LPC编解码器 矢量和激励线性预测编码(VSELP) 矢量和激励线性预测编码(VSELP)
电子工业出版社
矢量量化的基本原理
通信原理
量化器输入幅度连 续的随机矢量 量化器输出幅度离 散的矢量
X = [ x1
x2 L xk ]
T
码本尺度
T
Yi = [Yi1 Yi 2 L Yik ] ,1 ≤ i ≤ L
码本 K维矢量空间分解 成L个子空间
对应一个重建矢量 yi