模拟信号数字化PPT课件
第 5 章 模拟信号数字化技术
第2章信道与噪声模拟信号数字化技术第5章5.25.15.45.3引 言模拟信号的抽样抽样信号的量化脉冲编码调制（PCM）5.5增量调制（DM）5.6差分脉冲编码（DPCM）5.7音视频编码技术目录5.1引 言•将模拟信号转换成数字信号要经过抽样（ sampling ，也称取样或采样）、量化（quantization）和编码（coding）三个过程。
•抽样的目的:实现时间的离散，但抽样后的信号（PAM信号）的幅度取值仍然是连续的，仍是模拟信号；•量化的目的:实现幅度的离散，故量化后的信号已经是数字信号，但它一般为多进制数字信号，不能被常用的二进制数字通信系统处理；•编码的目的:将量化后的多进制数字信号编码成二进制码。
5.2模拟信号的抽样假设模拟信号为f(t) ，梳状函数为δT (t)，抽样后信号为f s (t)。
则1．低通抽样定理假设模拟信号为f(t)的频谱为F(ω)，梳状函数的频谱为δT (ω)，抽样后信号为f s (ω)。
则1．低通抽样定理1．低通抽样定理1．低通抽样定理5.2.1 低通与带通抽样定理2．带通抽样定理可以证明：假设带通信号f(t)的下限频率为f L，上限频率为f H，带宽为B。
当抽样频率f s满足f(t)可以由抽样点值序列f s(nT s)完全描述。
n为商（f H/B）的整数部分，n＝l，2，…；k为商（f H/B）的小数部分，0<k<l。
1．自然抽样假设抽样脉沖序列为其中p(t)为任意形状的脉沖（脉冲宽度为τ），模拟信号为f(t)，抽样后的信号为f s(t)，则对于周期脉冲序列可利用傅里叶级数展开，即1．自然抽样1．自然抽样1．自然抽样1．自然抽样2．平顶抽样模拟信号f(t)和非常窄的周期性脉冲（近似冲激函数）δT(t)相乘，得到乘积f s(t)，然后通过一个冲激响应是矩形的保持电路，将抽样电压保持一定时间。
2．平顶抽样2．平顶抽样5.3抽样信号的量化5.3.1 量化的基本原理设模拟抽样信号的取值范围在－V～V之间，量化电平数为L，则在均匀量化时的量化间隔Δv为为量化区间的端点mi若输出的量化电平q取为量化间隔的中点，则i对于给定的信号最大幅度V，量化电平数L越多，量化区间Δv越小，量化误差（噪声）越小，量化噪声具体可表示为压缩特性曲线A律压缩特性曲线1．A律压缩特性2．A律压缩的近似算法——13折线法3．μ律压缩特性μ律压缩特性曲线3．μ律压缩特性5.4脉冲编码调制（PCM）5.4.1 脉冲编码调制的基本原理PCM系统的原理图三种4位二进制码组折叠二进制码与自然二进制码相比，有两个突出的优点：（1）对于双极性的信号，若信号的绝对值相同，而只是极性不同，折叠二进制码就可以采用单极性的编码方法，这样可以简化编码电路。
《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第四章--PPT课件
*
由 有 为了保持信号量噪比恒定，要求： x x 即要求： dx/dy x 或 dx/dy = kx, 式中 k =常数 由上式解出： 为了求c，将边界条件(当x = 1时，y = 1)，代入上式，得到 k + c =0， 即求出： c = -k， 将c值代入上式，得到 由上式看出，为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性 。 对于电话信号，ITU制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法 － 13折线法和15折线法。
*
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。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，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。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用8000 Hz。
*
4.4 脉冲编码调制 4.4.1脉冲编码调制（PCM）的基本原理 抽样 量化 编码 例：见右图 3.15 3 011 3.96 4 100 方框图：
*
A压缩率 式中，x为压缩器归一化输入电压； y为压缩器归一化输出电压； A为常数，决定压缩程度。 A律中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同。它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小。在实用中，选择A等于87.6。
*Hale Waihona Puke *求量化噪声功率的平均值Nq ： 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 求信号sk的平均功率 ： 由上两式可以求出平均量化信噪比。
第三章模拟信号的数字化传输
非均匀量化：所谓非均匀量化，指当信号幅度小时，量化台阶也小，信号幅度大时，量化台阶也大，以改善量化性能。
• 3.2.4 自适应差分脉冲编码调制
● 发展过程：1972年CCITT制定了G.711 64kb/s PCM语音编码标准，CCITT G.711A规 定的A律和μ律PCM采用非线性量化，在64kb/s的速率语音质量能够达到网络等级，当前 已广泛应用于各种数字通信系统中。由于它是一维统计语音信号，当速率进一步减小时， 将达不到网络等级所要求的话音质量。对于许多应用，尤其在长途传输系统中，64kb/s 的速率所占用的频带太宽以至通信费用昂贵，因此人们一直寻求能够在更低的速率上获 得高质量语音编码质量的办法。于是在1984年CCITT又提出了32kb/s标准的G.721 ADPCM 编码。ADPCM充分地使用了语音信号样点间的相关性，利用自适应预测和量化来解决语 音信号的非平稳特点，在32kb/s速率上能够给出符合公用网的要求的网络等级语音质量。
• PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式，其系统原理，首先，在发送端 进行波形编码 (主要包括抽样、量化和编码三个过程)，把模拟信号变换为二进制码
组。编码后的PCM码组的数字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是调制后的调
制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后经低通
P6
+
1）
8
×本段长度
第8个比较电平=本段的起始电平+（1
2
通信原理与技术第6 章模拟信号的数字化
第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。
掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。
2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。
3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。
§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。
这是本章欲解决的中心问题。
二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。
致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。
三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。
2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。
3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。
2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。
这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。
抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。
二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。
由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。
当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。
当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
自动控制原理-模拟信号的数字化
和 fH 之间，则必须的最低抽样率为：
f s 2B 2 f H nB/ n
带通信号的最小抽样速率也可用以下公式：
fs 2B1 M / N
其中：N是小于 f H /B的最大整数（当 f H 刚好是 B的整数倍时，N就为该倍数）
M fH / B N
插值：把量化信号恢复成模拟信号
平滑：恢复成原来的模拟信号
量化特性及噪声分析
所谓量化特性：是指量化输入信号x（n）与 量化输出信号y（n）之间的函数关系。信号的量化 特性主要取决于量化器的特性和信号本身的特性。
量化的结果使信号只能取有限个量化电平值之 一，所以量化过程不可避免地要造成误差，这种 量化误差产生的噪声叫做量化噪声。
其中第一位 C1表示量化值的极性正负后面的7位分为段落 码和段内码两部分，用于表示量化值的绝对值。其中第2至4 位( C2C3C4)是段落码，共计3位，可以表示8种斜率的段落； 其他4位( C5C6C7C8)为段内码，可以表示每一段落内的16种 量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。
7
f fH
H
(
f
)
1 0
xo (t)
h(t)
xs (t)
1 Ts
sin 2 fHt 2 fHt
k
x(kTs )
(t
kTs )
1 Ts
k
x(kTs )
sin 2 fH (t kTs ) 2 fH (t kTs )
1 Ts
k
x(kTs )sa[2
fH (t
kTs )]
(c)
fs＋fL
f
带通信号的抽样频谱（fs=2fH）
通信原理课件：模拟信号的数字传输
数字信号传输过程中的误差
讨论数字信号传输过程中的量化误差、信道误差和解调误差，并探索如何降 低这些误差。
数字信号传输过程的相关参数
介绍采样率、量化位数和信噪比等与数字信号传输相关的重要参数，并解释它们的意义和影响。
数字信号传输的应用
探索数字音频的传输、视信号的数字传输以及数字通信系统在各个领域的应 用。
结论与总结
总结数字传输技术的优势与不足，并展望未来数字传输技术的发展趋势。
通信原理课件：模拟信号 的数字传输
模拟信号的数字传输是通信原理中的重要概念。通过将模拟信号转换为数字 信号，我们可以实现更高的传输效率和更低的传输误差。
模拟信号的数字传输概述
模拟信号与数字信号的差异以及模拟信号的数字传输的必要性。探讨模拟信 号的数字PCM）、Δ-调制（Delta）和组合型编码（DPCM）等常用的模拟信号数字化方法。
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
模拟信号的数字化一、 实验原理与目的模拟信号的数字化包括:抽样，量化和编码。
本文主要是对模拟信号从采样到量化再到编码的整个过程做一个比较全面的matlab仿真，同时也对不同的采样频率所采取的信号进行了比较。
模拟信号首先被抽样，通常抽样是按照等时间间隔进行的，虽然在理论上并不是必须如此的。
模拟信号抽样后，成为了抽样信号，它在时间上离散的，但是其取值仍是连续的，所以是离散的模拟信号。
第二步是量化，量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值是离散的。
故量化信号已经是数字信号了，它可以看成多进制的数字脉冲信号。
第三步是编码，最基本的和最常用的编码方法是脉冲编码调制（PCM ），它将量化后的信号变成二进制码。
由于编码方法直接和系统的传输效率有关，为了提高传输效率，常常将这种PCM 信号进一步作压缩编码，再在通信系统中传输。
二、 抽样抽样：在等时间间隔T 上，对它抽取样值，在理论上抽样可以看作是用周期单位冲激脉冲和模拟信号相乘，在实际上是用周期性窄脉冲代替冲激脉冲与模拟信号相乘。
对一个带宽有限的连续模拟信号进行抽样时，若抽样速率足够大，则这些抽样值就能够完全代替原模拟线号，并且能够由这些抽样值准确地恢复出原模拟信号。
因此，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输这些离散的抽样值，接受端就能恢复原模拟信号。
描述这一抽样速率条件的定律就是著名的抽样定律，抽样定律为模拟信号的数字化奠定了理论基础。
抽样定律指出采样频率是：2sH ff对于本文中的信号定义为()(sin)s t A t 其中2ft 。
三、 量化模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号，但是仍然是模拟信号，这个抽样信号必须经过量化后成为数字信号。
本文主要采用的是均匀量化，设模拟信号的取值范围是在a 和b 之间，量化电平时M，则在均匀量化时的量化间隔为b a M且量化区间的端点为i a i m若量化输出电平是i q取为量化间隔的中点，则：12i i im m q显然，量化输出电平和量化前信号的抽样值一般不同，即量化输出电平有误差。
模拟信号数字化传输
态范围。因此，均匀量化时输入信号的动态范围将受到较 大的限制。
非均匀量化
出发点：m(t)小时，∆v亦小；－－量化误差 m(t)大时，∆v(量化间隔）亦大。 2
好处： ●改善了小信号时的量化信噪比；
●输入信号具有非均匀分布的 pdf 时 (实际中，小信号 出现的概率大），可得到较高的平均信号量化噪声功率比。
2. 数字压缩特性 （1）A律13折线 --（A87.6/13—PCM30/32路）
y
1
7/8
6/8
6
5/8
4/8
5
3/8
4
3
2/8
2
1/8
1
0
1
11
1
128 16 8
4
11
64 32
8段 7
未压缩
●y—均匀分8段。
●x—非均分8段，斜率：
k1
1/8 1/128
16
, k2
1/8 1/128
16＝k1
抽样频率越高，对防止频谱混叠越有利，但将使总码速率 增高，给传输带来不便。
理想抽样与信号恢复
m(t)
×
ms(t)
ms(t)
T (t)
(a)
低通
m(t)
滤波器
(b)
模拟信号的量化
问题：模拟信号进行抽样以后，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噪声 信道传输时，接收端不能准确地估计所发送的抽样。
q
S
i
i1
S
i
式中mi---第i个量化区间的终点
m a iv i
均匀量化
通信原理-模拟信号数字化与PCM
信号类型不同，影响D，影响量化信噪比。
峰值信噪比：D=1时(理论上D的最大值)
NS qPk_dB 6.02n 4.77
最大幅度均匀分布信号
Ps
(2V )2 12
V2 3
NS qAvr_dB 6.02n
Dmax
Ps V
4.77 4.77
1 3
6.02n
(dB)
第6章 模拟信号数字化与PCM：量化信噪比与对数量化
k n
2fH n
第6章 模拟信号数字化与PCM：模拟信号的抽样
19
综合两种情况，取样频率为
fs
2fH n
其中
n
fH
B
2B fs 4B
恢复原信号时需使用带通滤波器。
第6章 模拟信号数字化与PCM：模拟信号的抽样
20
例6.1：假定带通信号的中心频率为4 MHz、带宽 为2 MHz。(1)试求带通抽样的频率并绘出抽样信 号的频谱示意图；(2)将采样率提高0.5MHz是否还
ms(t) m(nTs)(t nTs) * h(t)
Ms(f
) 1 Ts
n
M(f nfs)H (f
n
) Ts
sinc(f
n
)M (f
nfs )
第6章 模拟信号数字化与PCM：模拟信号的抽样
13
平顶抽样的频谱具有孔径失真，脉冲宽度
越小，失真越小。
可用均衡电路进行校正
H
eq
(f
量化器要点
区间个数M，即量化电平数，一般M=2n； 区间的分界xi，即分层或阈值电平； 区间对应的输出yi，即输出电平。
第6章 模拟信号数字化与PCM：均匀量化与最佳量化
25
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
模拟声音信号转为数字信号的过程课件.ppt
采样频率：每秒对声音波形采样的次数，即每秒读取点 的个数，单位：赫兹（Hz）。
量化：就是将采样得到的幅度值进行数 字化。
用若干个声音信号的幅度值来 描述的音频信号波形图
将声音信号的幅度值划分为若干 等级，每一个等级对应一个数值
量化位数：记录一个数据所使用的二进制位数。
编码：把量化后的值用一组二进制数字 代码表示。
模拟声音信号转换为数字信号 的过程
声波
电波
麦克风——将声音信号转换为电信号。
*可以上网查询一下麦克风的工作原理。
电波 （模拟信号）
电波 (数字信号)
模数转 换器
通过取样转换 成离散的数字量。
*离散量是指分散开来的、不存在中间值的量。 *计算机使用0、1记录信息，没有0、1之间的小数，即不连续 的，这就叫离散。
0010 0110 0111 0101 0010 0011 1001
比特率：表示经过编码（压缩）后的音数据每秒钟需要用 多少个比特（最小的二进制单位）来表示。
数字化后影响音频质量的因素
• 采样频率 越高，音频质量越高
• 量化位数 越高，音频质量越高
• 声道数 单声道、双声道（立体声）
• 比特率 越高，音频质量越高
模数转换器处理信息的过程
• 采样：以相等的间隔来测量模拟信号的物 理量，完成对连续模拟信号的离散化提取。
• 量化：将采样得到的幅度值进行数字化。 • 编码：将量化后的值用一组二进制数字代
码表示。
声音采样：每间隔一段时间在模拟音频 波形上读取一个声音信号的幅度值。
模拟音频信号波形示意图
选取更多点来 描述音频信号波形图
• 量化位数
16位 (声音量级分为216＝65536级）
第3章模拟信号的数字化传输
① 自然二进码，就是人们熟悉的二进 码，用（an，an-1，…a1）表示，每个码元 只有二种状态，取“1”或“0”，一组自 然二进码代表的量化电平为
Ｑ=an2n-1+an-1 2n-2+…+a120
式中n
② 反射二进码也称格雷（Grag）码。 它的特点是相邻两组代码间的码距为1，因 此如果传输中出了一位错产生的误差较小。 设 反 射 二 进 码 为 （ cn，cn-1，…，c1）， 且 各码元取“1”或“0”，则对应的量化电 平值为
（2）
与编码相对应，译码也有两种情况，
一 种 是 收 到“ 1” 码上 升 一 个 量 阶 σ（ 跳 变 ） ， 收 到 “ 0” 码下 降 一 个 量 阶 σ（ 跳 变），这样把二进制代码经过译码变成f′ （t）这样的阶梯波。另一种是收到“1” 码后产生一个正斜变电压，在Δt时间内上 升一个量阶σ，收到一个“0”码产生一个 负斜变电压，在Δt时间内均匀下降一个量 阶σ。
=1152个量化单位
I信﹥I权6，D7=1，I信 处于第八段中3～8级。 确定D8选标准电流I权7 =1024+3Δk
=1024+3×64
=1216个量化单位
I 信 ﹥ I 权 7 ， D8=1， 说 明 输 入 信 号 处 在 第八段中第三量化级。经上述七次比较， 编出的八位码为11110011。它表示输入抽 样值处于第八段第三量化级，其量化后的 电平值为1216个量化单位，故量化误差等 于54个量化单位。
第三章 模拟信号的数字化传输
3.1 模拟信号数字化的基本原理 3.2 脉冲编码调制（PCM） 3.3时分复用原理 3.6 数字复接技术 3.7 小 结
3.1模拟信号数字化的基本原理
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▪ A律13折线量化时正、负总共只有？个量化 级（多少段？），采用二进制编码，需要 多少位?
需要8位折叠二进制码表示一个样值。
设第一段最小量化间隔为△ ，则△i分别等于多少？ 每段的起始-截止电平分别为多少？ 第三段△3为例
过载电压 U=2048 △
▪ △3=2 △ 第三段起始电平 32 △ --64 △
2. 确定段落码
1) 首先确定B2，判决抽样值落在前四段，还是后四段：比较 器输入的标准电流Is=128 △,现有输入样值|Ic|=1250△> Is，所以输入信号抽样值落在8个段落中的后四段5~8段， 即B2=1；
2) 再确定B3，判决抽样值落在5~6段，还是7~8段：比较器输 入的标准电流Is=512 △, 输入样值|Ic|=1250△> Is ，所 以输入信号抽样值落在7~8段，即B3=1；
B3
B4
Ur3
B4
B3
Ur2
Us
B4
B2
Us
Ur3
B4
Us
B3 B4
段内码本地比较权值Ur确定
B5--B8
Ur5
Ur4
Ur5
Ur6
Ur6
Ur6
Ur6
▪ Ur4:B5的判定值 ▪ Ur5:B6的判断值 ▪ Ur6:B7的判断值 ▪ Ur7:B8的判断值
三个步骤：
Ur1 Ur3 Ur2
B1
Ur1
P43两大部分组成：码字判决与码字形成电路和 判定值 的提供电路（Ur)-本地译码器
码字判决与码字形成电路：极性判决、全波整流、比较 码形成；
本地译码：产生幅度码B2—B8的码组
▪ P42 极性判定:量化后PAM信号,直接进行极性判断 ▪ 极性为正,B1=1 ▪ 极性为负,B1=0
▪ PAM信号整流（取绝对值）,展宽后进入逐次反馈型比较器. ▪ US代表信号幅度(量化后样值） ▪ Ur代表本地解码输出，作为比较的起始标准，本地比较权值。 （有规律自动
▪
PCM编码、
▪ 一、二进制码组及编码基本概念
▪ 二、A律13折线码字安排
▪ 三、A律13折线编码过程
▪
PCM编码、译码
▪ 一、二进制码组及编码基本概念
▪ 二、A律13折线码字安排
▪ (1) 幅度码
▪ (2) 段落码
▪ (3) 段内码
▪ 三、A律13折线编码过程
▪
(1)逐次反馈型编码原理
▪
(2)本地解码：权值Ur
B5B6B7B8
B5
B6
B7
B8
段内码是表示相对于该量化段中各码位的权值。B5的权值是 8 △i ， B6的权值是4 △i, B7的权值是2 △i ,B8的权值是△i
B2B3B4
B5B6B7B8
▪ P42例：设码组8位码为11010101. ▪ 则B1 =1，样值为正 ▪ 段落码B2B3B4=101，样值第六段，起始电平
▪ 语声信号PCM常用二进制码：自然二进制码、 折叠二进码和格雷码
▪ 量化阶数N=2的n次方，n个比特P41
▪
PCM编码
▪ 一、二进制码组及编码基本概念
▪ 二、A律13折线码字安排
▪ (1) 幅度码
▪ (2) 段落码
▪ (3) 段内码
▪ 三、A律13折线编码过程
▪
3.3.1 非线性编码与译码
▪ 非线性编码的码字所表示的数值与输入信号的幅 度成非线性关系，相当于非均匀量化编码。
产生，跟前一位码值有关）
▪ US >Ur,比较器输出“1” ▪ US <Ur,比较器输出“0”
段落码本地比较权值Ur确定
B2 B4
Ur1
Ur2
Ur2
Ur3
Ur3
Ur3
Ur3
Ur1:B2的判定值 Ur2:B3的判断值 Ur3:B4的判断值
B4
Ur3
B3
Us
Ur2
B4
B2
Us
B4
Ur3
Ur1 Us
Us
▪
(3)编码方法
▪模拟信号经抽样、量化，
▪变为时间和幅度上都离散的量化抽样值P41
PCM编码
▪ 量化抽样值进一步变换为表示其量化电平大 小的代码的过程叫做编码。
多少个量化值就需要多少个代码组,与样 值一一对应.
编码是如何 实现的呢？
码型
▪ 码型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，列出各自对应的码字。 （代表量化级中所有可能的样值）。
请大家算算： 第五段的起始电平和量化间隔分别是多少△？
△5=8 △ 第五段起始电平128 △--256 △
B1
B2B3B4 B5B6B7B8
段落码 表示000～111，表示样值属于哪一个大的段
落，8种状态分别代表8个段落的起点电平
B2B3B4
段内码： 表示为0 000～1 111，表示抽样值在折线 段落内位置， 16种状态代表段内16个均匀划分的 小段的起点电平。
B2
Ur2
B3
Ur3
B4
Ur7 Ur5 Ur6 Ur4
Ur4
Ur4
B5
Ur5
Ur5
B6
Ur6
Ur6
B7
Ur7
Ur7
B8
▪ 自己动手做做: ▪ Us=+444,试编写对应8位PCM码 ▪ 三现：
例：设输入幅度x=+1250△电平，求输出码组？
1. 确定极性码：因为x>0信号为正,极性码B1=1
最终的编码为：1||||1IIII1ssss||||1====01111000001222214444△△△△量++++8423化××××误△△△△差8888====为11115212：385160261△△△△25>><<01111△222255550000-△△△△1216△BBBB=5678====300114△
4.1.4 编码和译码
编码的实现：
再确定B4，判决抽样值落在第7段，还是第8段：比较器输 入的标准电流Is=1024△, 输入样值|IC|=1250△> IS ， 所以输入信号抽样值落在8段，即B4=1；
3. 段内码 已知确定第8段的起始电平为1024△ ， 权值：512 256 128 64 1024+512B5+256MB6+128B7+64B81250
256 ▪ 抽样量化值US=UB6+(8B5+4B6+2B7+B8) △i ▪ =256+(8*0+1*4+0*0+1*1)*16 =336
▪ 设8位码组为11001011，则代表的信号抽 样值量化值是多少？
▪ （起始电平、量化间隔分别是多少？）
三个步骤：幅度码 段落码 段内码 五段 128-256 8
▪
PCM编码
▪ 一、二进制码组及编码基本概念
▪ 二、A律13折线码字安排
▪ (1) 幅度码
▪ (2) 段落码
▪ (3) 段内码
▪ 三、A律13折线编码过程
▪
▪ 三、A律13折线编码过程
▪
(1)逐次反馈型编码原理
▪
(2)本地解码：权值Ur
▪
(3)编码方法
▪ 极性码B1的判决 ▪ 段落码B2，B3和B4 ▪ 段内码B5，B6，B7和B8的判决