数字数据的模拟信号编码
数字信号最简单的编码方式
数字信号最简单的编码方式1. 引言数字信号编码是将模拟信号转换为数字形式的过程，是数字通信领域中的重要内容。
在数字信号编码过程中，最简单的方式是将模拟信号的幅值按照一定规则映射成数字序列。
本文将介绍数字信号最简单的编码方式及其特点。
2. 数字信号的基本概念在探讨数字信号编码方式之前，先来了解一下数字信号的基本概念。
2.1 数字信号数字信号是离散时间和离散幅度的信号，由一系列离散的数值表示，可以用于存储、传输、处理和呈现信号。
2.2 模拟信号模拟信号是连续时间和连续幅度的信号，可以用连续的数值来表示。
3. 最简单的数字信号编码方式最简单的数字信号编码方式就是直接将模拟信号的幅值映射到数字序列中。
这种方式不需要对信号进行压缩或转换，只需将模拟信号的幅值离散化即可。
3.1 编码过程最简单的数字信号编码过程如下：1.获取模拟信号。
2.定义数字序列的取样间隔和幅值范围。
3.将模拟信号的幅值按照取样间隔进行离散化。
4.将离散化后的幅值映射到数字序列中。
3.2 示例以音频信号为例，假设采样率为44.1kHz，幅值范围为-32768到32767。
对于一个特定的时间段内的模拟音频信号，我们可以按照以下步骤进行编码：1.按照采样率44.1kHz，从模拟音频信号中每隔时间1/44100秒取一个采样点。
2.将每个采样点的幅值离散化至-32768到32767范围内。
3.将离散化后的幅值映射到数字序列中，即得到最终的数字信号编码。
4. 最简单编码方式的特点最简单的数字信号编码方式具有以下特点：4.1 简单易懂这种编码方式相对简单，不需要复杂的算法和数据处理，易于理解和实现。
4.2 信息量大因为没有进行信号压缩或转换，所以该编码方式不能减少信号的冗余信息，导致信息量较大。
4.3 传输可靠性高由于没有经过复杂的编码转换过程，所以信号传输的可靠性高，容错能力强。
4.4 适用范围广最简单的编码方式适用于各种信号类型，无论是音频信号、视频信号还是其他类型的信号，都可以使用该方式进行编码。
计算机网络原理 模拟数据编码方法
计算机网络原理模拟数据编码方法模拟数据可以基带传输，但必须要经过调制才能在使用载波线路的模拟信道上进行频带传输。
它也用原始信号去调制载波的幅度、频率和相位参量，在无线电通信中运用较多是调幅和调频制，调幅制中起伏变化的载波幅度之包络携带了原始信号的特征。
调频制则是通过相同幅度的载波的周期变化来表示原始信号的幅度变化。
调相技术在某些系统中用于替代调频方式，被调制的载波的幅度和频率不变，其相位随原始调制信号的幅度变化而成比例的变化。
这些模拟调制技术也可以称为模拟信息的模拟编码。
模拟编码的目的是为了进行频带传输；数字编码适于基带传输，但有时编码后可能再进行模拟编码进行频带传输。
模拟编码中的模拟调制是对载波的参量进行连续调制，而数字调制是用载波参量的离散状态来表征信息。
模拟编码是根据采样定理，如果用大于等于原信号最高频率两倍的速率定期对信号进行采样，其样本就包含了足以构成原信号的所有信息。
脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation，PCM）是模拟数据采样编码的主要技术，它是现代数字通信的基础。
PCM技术经过三个阶段将模拟信号改变为数字信号编码，这三个阶段如下。
1．采样每隔一定的时间间隔对连续的模拟信号采样，这样模拟信号就成为“离散”的模拟信号，用它来近似地代表信号。
根据采样定理，采样频率f为f≥2fmax式中，fmax是原信号的最高频率。
采样周期为T=1/2B=1/f。
2．量化采样获得的样本是模拟数据，将这些模拟数据人为地分成基于级别，将每个样本按照其幅度归为某个量化级别，这个过程叫做量化。
量化一般采用四舍五入或划定范围的方法，即“取整”。
如图2.15（a）中，样本D2的值为0.41≈0.4,样本D4的值为1.26≈1.3,将它们的级别定义为4级和13级。
在这个例子中，一共划分了16个量化级别，分别对应0.0，0.1，0.2，…,1.5。
量化的级别越多，获得的数据越为精确，失真越小。
3．编码编码是名个量化级别用二进制代码表示的过程。
数据编码技术
一.数据编码技术概述
2.编码与调制
x(t) g(t) 数字 或 模拟 Encoder Encoder x(t) 数字 Decoder Decoder g(t) t
s(t) m(t) 数字 或 模拟 Modulator Modulator s(t) 模拟 Demodulator m(t) Demodulator t
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四. 模拟数据与数字信号
2.脉冲编码调制(Pulse Code Modulation) 编码
编码 编码处理使离散的量化样值成为合适的二进制数字 码组。 解码 把数字信号码组变换成相应的电压或电流量，恢复 成原量化的样值信号。 实现 在二进制码中，由n位代码可组成2n个不同的码 字，表示量化信号可有2n个不同的数值。n越大， 在相同的编码信号范围内，其量化级的值就愈小， 量化就愈精细。
在PSK方式下，载波信号 的相位移动表示数据。
0
四. 模拟数据与数字信号
数字化 将模拟数据转换成数字信号的过程。 编码解码器(CODEC，Coder-Decoder) 将模拟数据转换成数字形式，随后又从数字形 式恢复成原始模拟数据的设备。 编码解码采用两种基本技术 脉冲编码调制 增量调制
1
四. 模拟数据与数字信号
0 曼氏 1 0 0 1
差分~(Differential ~) 位中间的变换仅用作时 钟。 0 = 位时间开始时存在变换 1 = 位时间开始处无变换
1 0 0 0 1
2
差分曼氏
二. 数字数据编码
4.双相(biphase)
双相的缺点 最大调制速率是NRZ的两倍 双相的优点 同步 差错检测 无直流分量 自定时码 这就意味 着带宽要 求更大
二. 数字数据编码
2.不归零(NRZ，Nonreturn to Zero)
数据编码及多路复用技术概述
2. 数字数据的调制
▪ 三种常用的调制技术：
• 幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying） • 频移键控FSK （Frequency Shift Keying） • 相移键控PSK （Phase Shift Keying）
▪ 原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。
载波信号 S(t) = Acos(t+) ▪ S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、初相位
• 调制就是要使A、 或随数字基带信号的变化而变化
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• ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1 • FSK：用载波的两个不同频率表示0和1 • PSK：用载波的起始相位的变化表示0和1
0 0 11 0 1 00 0 1 0
ASK FSK PSK
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3. 模拟数据的数字信号编码
▪ 采样定理：
• 如果模拟信号的最高频率为F，若以≥2F的采样频率对 其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢 复出原始信号。
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▪ 语音信号的数字化
• 语音带宽f<4kHz • 采样时钟频率：8kHz（>2倍语音最大频率） • 样本量化级数：256级（8b/每样本） • 数据率：8000次/s×8b = 64kb/s
▪ 每路PCM信号的速率 = 64kb/s
采样时钟
fs=8kHz
PCM 信号
模拟 语音信号
f<4kHz
采样电路
• 适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的 平均传输需求时
▪ 类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）
信 源
MUX
共享信道 DEMUX
信 宿
复用器
解复用器
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▪ 复用的基本思想：
模拟数据的数字信号编码的三个过程
模拟数据的数字信号编码的三个过程
1. 采样：将模拟信号在时间轴上取样，抽换成一系列离散的采样点，这些采样点对应着一段时间内的信号抽样数值。
采样过程是通过一个采样频率进行的，采用过低的采样频率会引起混淆或失真，而采用过高的采样频率则会增加数据处理的负担。
2. 量化：将采样后的数据用有限的位数来表示，对称轴取值范围离散化，得到一组离散化的数值。
量化过程需要指定量化的位数和量化器的电平范围，超出范围的数据会被裁剪或舍入到最接近的电平，从而增加量化误差。
3. 编码：将量化后的数据转换成数字信号编码的形式，常见的编码方式有二进制码、格雷码和差分编码等。
不同的编码格式具有不同的优缺点，选择适合的编码格式有利于提高传输效率和减小传输误差。
数字信号编码技术
数字信号编码技术数字信号编码技术是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，广泛应用于通信、音频、视频等领域。
它通过采样、量化和编码等过程，将连续的模拟信号离散化，使其能够在数字系统中传输、存储和处理。
本文将介绍数字信号编码技术的基本原理、常见的编码方式以及应用案例。
一、基本原理在数字信号编码技术中，信号首先会经过采样的过程。
采样是指对模拟信号进行间隔性取样，将其转换为离散的信号。
采样过程会受到采样频率的影响，采样频率越高，离散化程度越高，信号还原的准确性就越高。
接下来，采样获得的离散信号会经过量化的过程。
量化是指将采样得到的离散信号映射到离散值集合中，这个离散值集合也被称为量化级别。
量化过程中，会存在量化误差，即由于离散化过程带来的数据失真。
最后，量化后的信号会进一步经过编码的过程。
编码是指将量化后的信号转换为二进制数据，以便于数字系统传输和处理。
编码方式有多种，后文将会详细介绍常见的编码方式。
二、常见编码方式1. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）编码是一种基本的数字信号编码方式。
在PCM编码中，信号被采样、量化和编码为二进制形式。
PCM 编码具有较好的传输性能和存储效率，在音频和通信领域得到广泛应用。
2. Delta编码Delta编码是一种差分编码方式，基于信号在时间上的差异进行编码。
它通过计算连续样本之间的差值，并将差值进行编码。
Delta编码在压缩领域常被用于音频和视频信号的传输和存储。
3. Huffman编码Huffman编码是一种基于信号频率的编码方式。
它通过构建一个最优编码表，将频率较高的信号用较短的编码表示，频率较低的信号用较长的编码表示。
Huffman编码在图像和视频压缩中广泛应用。
三、应用案例1. 数字通信系统数字信号编码技术在数字通信系统中起着至关重要的作用。
在数字通信过程中，模拟信号经过信号转换器采集为数字信号，然后经过编码、传输和解码等过程，最终恢复为模拟信号。
模拟信号的数字编码
8.2.1 抽样定理
模拟通信系统传输的是模拟信号的波形， 而模拟信号的数字传输， 传输 的是模拟信号经抽样、量化、编码后的样值，显然从波形上看，后者只传了 部分波形， 如果这部分波形代表了模拟信号的全部信息， 就说明模拟信号的 波形中存在冗余。如果只传部分波形的想法是可行的，从效率的角度来看， 我们希望包含模拟信号全部信息的样值越少越好， 即样值越稀越好， 显然无 限稀是不可能的， 那稀到什么程度是合适的？这将是抽样定理告诉我们的内 容。 抽样定理：频谱成分限制在 f m 以下的带限信号 f (t ) ，可以用时间上小 于、 等于
m S
f (t ) =
n = −∞
∑ f (nT )S [ω (t − nT )]
a
∞
(8.2.12)
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该式表明，任何一个频带有限的信号 f (t ) 可以展开成以抽样函数 级数中各分量的相应系数就是原带限模拟信 Sa ( x) 为基本信号的无穷级数， 号在相应抽样时刻 t = nTs 上的抽样值。如图 8.2.3（e）所示。 这就是说，任何一个频带受限的模拟信号，只要知道了全部样值，就可 以用其满足抽样定理所抽的抽样值来确定原模拟信号。 这从时域上证明了抽 样定理。 三、非理想抽样和抽样保持 1．非理想的矩形脉冲抽样 在前述抽样定理中，我们采用的抽样函数是单位冲击脉冲序列 δ T (t ) ， 对这样的抽样，常常被称为理想抽样。但实际中，不可能产生无脉宽的单位 冲击脉冲 δ (t ) ，因此可以用矩形脉冲序列 ST (t ) 做抽样信号，如图 8.2.5 所 示，
f s (t ) = f (t ) ST (t ) ↔ Fs (ω ) =
其频谱 Fs (ω ) 为：
1 F (ω ) ∗ ST (ω ) 2π
数据通信第二章练习
综合练习(二)数据通信基础填空：1、信息是人们对现实世界的事物的存在方式及其运动的状态的（1认识）。
（2数据）是信息的具体表现形式，它反映了信息本身的内容。
（3信号）是数据的具体物理表现，如电压、电流、磁场的强度等。
2、数据可以是模拟的，也可以是数字的，模拟是与（4连续）相对应的，而数字是与（5离散）相对应的；要将模拟数据数字化，通常采用的是（6DOM）技术，其理论依据是采样定理。
假设信道的数据传输速率为10Mbps，对模拟信号进行周期性地采样时，每次采用使用256个量化级别，那么允许的每秒钟采样次数是（7 1250000次）。
3、数据通信系统中产生差错的主要原因是噪声干扰，它分为两类：传输介质内部的电子热运动可产生（8白噪声），它引起的差错类型为（9随机差错）；而外界的电磁干扰则产生（10冲击噪声），它引起的差错类型为（11突发差错）。
4、（12基带传输）是在信道中直接采用原始信号所固有的频带进行传输。
（13频带传输）是对原始信号进行调制后，变换成适合在信道中传送的形式进行传输。
5、数据传输速率是每秒钟传输构成数据代码的二进制（15位数）。
（16信道容量）是信道的最大（极限）数据传输速率。
6、振幅键控是通过改变载波信号的（21幅度）来表示数字信号，移频键控是通过改变载波信号的（22频率）来表示数字信号，移相键控是通过改变载波信号的（23相位）来表示数字信号。
7、相对调相通过载波信号在两位数字信号的交接点处产生的相位（24变化）来表示载波所表示的数字信号。
8、曼彻斯特编码是比较流行的数字数据编码方法，它在每个比特的中间都会有一次（25跳变），因此它是一种自含（26时钟信号）的数据编码方法。
9、曼彻斯特编码将发送的每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分，通过前T/2传送该比特的（27原码），通过后T/2传送该比特的（28反码）。
10、在数字通信信道上直接传输数字信号称为（38基带）传输，而利用（39模拟）通信信道传输数字数据信号的方法属于（40频带）传输。
数字数据编码方式
数字数据编码方式
数字数据编码方式是一种将数字信号转换为二进制代码的技术，它在现代通信、计算机和媒体技术中起着至关重要的作用。
常见的数字数据编码方式包括PCM、Delta编码、Huffman编码和熵编码等。
PCM是一种基本的数字数据编码方式，它将模拟信号转换为数字信号，并采用二进制代码表示数字信号的幅度。
Delta编码则是一种基于差分思想的编码方式，它以前一次的样本值为参考，将差分值编码成二进制代码，从而实现数据压缩的目的。
Huffman编码是一种根据字符出现频率设计的编码方式，它将出现频率高的字符用短代码表示，出现频率低的字符用长代码表示，从而减少数据传输的带宽。
熵编码则利用信息熵的概念，将出现概率小的符号用更长的编码表示，从而提高信息传输效率。
总之，数字数据编码方式是数字信号处理和通信领域中不可或缺的技术，它的发展和应用将进一步推动数字时代的发展和创新。
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模拟信号数字化的基本原理及编码技术
模拟信号数字化的基本原理及编码技术一、模拟信号数字化的基本原理模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。
因此，模拟信号数字化的过程就是将连续的模拟信号变为离散的数字信号。
这个过程主要包括采样、量化和编码三个步骤。
1. 采样采样是指将模拟信号在时间上进行离散化的过程。
具体来说，就是以一定的时间间隔对模拟信号进行取样，得到一系列的离散样本。
这些样本虽然在时间上是离散的，但在幅度上仍然是连续的。
采样定理指出，如果采样频率高于信号最高频率的两倍，就能够无失真地恢复出原始信号。
2. 量化量化是指将连续的幅度值转换为离散的数字量的过程。
具体来说，就是将取样得到的连续样本进行幅度上的离散化，将其转换为有限个离散的数字量。
这个过程会产生一定的量化误差，因此量化等级越高，误差就越小。
3. 编码编码是指将量化后的离散数字量转换为二进制代码的过程。
具体来说，就是将量化后得到的离散数字量转换为相应的二进制代码，实现模拟信号的数字化。
编码完成后，就可以进行数字信号的传输、存储和处理了。
二、模拟信号数字化的编码技术1. 脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（PCM）是一种常见的模拟信号数字化编码技术。
PCM通过对模拟信号进行采样、量化和编码，将其转换为数字信号。
PCM编码具有较高的压缩比，能够实现较高的音频和视频质量。
2. 增量脉冲编码调制（ΔPCM）增量脉冲编码调制（ΔPCM）是一种基于PCM的编码技术，它通过对相邻样本之间的差值进行编码，减少了需要传输的样本数量，从而降低了数据传输量。
ΔPCM编码具有较低的压缩比，适用于一些对音频和视频质量要求较低的应用场景。
3. 增量脉冲编码调制（ΣΔPCM）增量脉冲编码调制（ΣΔPCM）是一种结合了ΔPCM和PCM的编码技术，它通过对模拟信号进行过采样和噪声成形，提高了对微弱信号的检测和识别能力。
ΣΔPCM编码适用于一些对信号质量要求较高的应用场景，如高保真音频等。
4. 差分脉冲编码调制（DPCM）差分脉冲编码调制（DPCM）是一种基于PCM的编码技术，它通过对当前样本与前一个样本之间的差值进行编码，减少了需要传输的样本数量，从而降低了数据传输量。
123讲：数据编码技术
相对调相 ——是指用相位的相对值来表 示数字信号。
“0”: 相邻两波形相位不变，即相位相差0 “1”: 相邻两波形相位变化1800
调制解调器（Modem）
调制解调器=调制器+解调器
调制器 —— 将数字信号转变为模拟信号的过 程。 解调器 —— 将模拟信号恢复为数字信号的过 程。
调制解调器分类
脉码调制技术PCM
将模拟数据转换为数字信号的方法。 分三阶段： 采样 —— 对模拟信号定时取样。 量化 —— 对取样所得到的电平幅值按照一定的分 级标度转换成对应的数值，并取整。 编码 —— 把量化的结果转换为对应的二进制编码。
如：8 个量化级别，需3位二进制编码； 16个量化级别，需4位二进制编码
数据编码技术
模拟数据 数据 数字数据 信号 数字信号 模拟信号数据与ຫໍສະໝຸດ 号有四种组合方式。
数字数据 数字数据 模拟数据 模拟数据
—— —— —— ——
模拟信号编码 数字信号编码 数字信号编码 模拟信号编码（不讨论）
数字数据转换为模拟信号的编码
模拟信道用于传输模拟信号,数字信号必须转换 成模拟信号,才能在模拟信道上传输,这一过程叫 调制。 首先要选择某一频率的正弦函数作为载波， 表示为： u(t)=u.sin(ω t+φ ) 其中：u —— 幅度 ω —— 频率 φ —— 相位 针对这三个参量的调制，产生了三种调制技术。
调幅
通过改变载波的振幅来表示数字信号0或1。 “0”: u(t)=0 “1”: u(t)=u.sin(ω t+φ ) 特点：
调制方法简单、容易实现； 抗干扰能力差。
模拟信号数字化的基本原理及编码技术
模拟信号数字化的基本原理及编码技术【实用版】目录一、引言二、模拟信号数字化的基本原理1.抽样2.量化3.编码三、模拟信号数字化的编码技术1.PCM 波形2.量化与编码示例四、模拟信号数字化的应用五、总结正文一、引言随着科技的发展，数字信号的应用已经越来越广泛。
数字信号的优势在于其抗干扰能力强，传输质量稳定，易于存储和处理。
然而，我们生活中所接触到的信号，如声音、图像等，大多都是模拟信号。
因此，如何将模拟信号转化为数字信号，已经成为了一个重要的研究课题。
模拟信号数字化的基本原理及编码技术就是为了解决这个问题。
二、模拟信号数字化的基本原理模拟信号数字化主要包括三个过程：抽样、量化和编码。
1.抽样：抽样是将连续的模拟信号在时间上离散化的过程。
抽样的目的是为了将模拟信号转化为数字信号，便于计算机处理。
抽样的间隔时间称为采样周期。
2.量化：量化是将抽样后的模拟信号在数值上离散化的过程。
量化的目的是将模拟信号的连续数值转化为有限的数字值，便于计算机存储和处理。
量化的过程通常使用 A/D 转换器来实现。
3.编码：编码是将量化后的数字信号用二进制代码表示的过程。
编码的目的是将量化后的数字信号转化为计算机能够识别和处理的二进制代码。
编码的方式有很多种，如努塞尔编码、韦弗编码等。
三、模拟信号数字化的编码技术模拟信号数字化的编码技术主要包括 PCM 波形和量化与编码示例。
1.PCM 波形：PCM 波形是一种用脉冲编码调制表示数字信号的方式。
PCM 波形可以根据不同的采样频率和量化位数来表示不同的音频、视频信号。
PCM 波形的主要优点是信号还原质量高，但是存储和传输所需的带宽较宽。
2.量化与编码示例：在实际应用中，为了节省存储空间和传输带宽，通常需要对模拟信号进行量化和编码。
例如，对于音频信号，可以使用 16 位或 24 位的量化位数来表示每个采样值，然后使用努塞尔编码或韦弗编码等方式来表示量化后的数字信号。
这样，可以大大节省存储和传输的带宽。
计算机网络基础知识之模拟数据的数字信号编码
$2.2.3 模拟数据的数字信号编码对模拟数据进⾏数字信号编码的最常⽤⽅法是脉码调制PCM(Pulse Code Mod111ation),它常⽤于对声⾳信号进⾏编码。
脉码调制是以采样定理为基础的,该定理从数学上证明:若对连续变化的模拟信号进⾏周期性采样,只要采样频率⼤于等于有效信号频率或其带宽的两倍,则采样值便可包含原始信号的全部信息,利⽤低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原始信号。
设原始信号的频率为Fm,采样频率为孔,则采样定理可以下式表⽰:式中Ts为采样周期,为原始信号的带宽。
信号数字化的转换过程可包括采样、量化和编码三个步骤。
图2.11说明了脉码调制的原理,图中的波形按幅度被划分成8个量化级,如要提⾼精度,则可以分成更多的量级。
第⼀步是采样,以采样频率Fs把模拟信号的值采出;第⼆步是量化,使连续模拟信号变为时间轴上的离散值,也就是分级的过程,把采样的值按量级"取整"得到的是⼀个不连续的值;第三步是编码,将离散值编成⼀定位数的⼆进制数码。
图中是8个量化级,故取3位⼆进制编码就可以了。
如果有N个量化级,那么每次采样将需要log2N位⼆进制数码。
⽬前在语⾳数字化脉码调制系统中,通常分为128或256个量级,即⽤7位或8位⼆进制数码来表⽰,这样的⼆进制码组称为⼀个码字,其位数称为字长。
在发送端经过这样的变换过程,就可把模拟信号转换成⼆进制数码脉冲序列,然后经过信道进⾏传输。
在接收端,先进⾏译码,将⼆进制数码转换成代表原来模拟信号的幅度不等的量化脉冲,然后再经过滤波(如低通滤波器),就可使幅度不同的量化脉冲还原成原来的模拟信号。
根据原始信号的频宽,可以估算出脉码调制的数码脉冲速度。
如果语⾳数据限于4000Efz以下的频率,那么每秒钟8000次的采样可以满⾜完整地表⽰语⾳信号的特征。
使⽤7位⼆进制表⽰每次采样的话,就允许有128个量化级,这就意味着,仅仅是语⾳信号就需要有每秒钟8000次采样×每次采样7位=56000bps(即56kbps)的数据传输速率。
数字数据的模拟信号编码
数字数据的模拟信号编码要在模拟信道上传输数字数据，首先数字信号要对相应的模拟信号进行调制，即用模拟信号作为载波运载要传送的数字数据。
载波信号可以表示为正弦波形式：f(t)=Asin(ωt+φ)，其中幅度A、频率ω和相位φ的变化均影响信号波形。
因此，通过改变这三个参数可实现对模拟信号的编码。
相应的调制方式分别称为幅度调制ASK、频率调制FSK和相位调制P SK。
结合ASK、FSK和PSK可以实现高速调制，常见的组合是P SK和ASK的结合。
1. 幅度调制幅度调制简称调幅，也称为幅移键控（ASK amplitu de-shift keying）调制原理：用两个不同振幅的载波分别表示二进制值"0"和"1"。
图2-3-5 幅度调制2. 频率调制频率调制简称调频，也称为频移键控（FSK frequen cy-shift keying）调制原理：用两个不同频率的载波分别表示二进制值"0"和"1"。
图2-3-6 频移键控3. 相位调制(1) 绝对相移键控绝对相移键控用两个固定的不同相位表示数字“0”和“1”（见图2-3-7），用公式可表示为：U ( t ) = U m sin(ω t +π )数字“1”=U m sin(ω t + 0 )数字“0”图2-3-7 绝对相移键控(2) 相对相移键控法相对相移键控用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。
最简单的相对调相方法是：与前一个信号同相表示数字“0”，相位偏移180度表示“1”，如图2-3-8所示。
这种方法具有较好的抗干扰性。
图2-3-8 相对相移键控数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码，就是要解决数字数据的数字信号表示问题，即通过对数字信号进行编码来表示数据。
数字数据的模拟信号编码方法
数字数据的模拟信号编码方法数字数据的模拟信号编码是将离散的数字数据转换为模拟信号的过程。
这一过程通常通过模拟信号编码器完成。
以下是几种常见的数字数据模拟信号编码方法：1. 脉冲编码调制（PCM）：- PCM 是一种将模拟信号离散化的方法。
模拟信号在时间上进行采样，每个采样值用一个固定位数的二进制数来表示。
-这些二进制数被发送到接收端，在那里它们被重新转换为模拟信号。
PCM 是一种广泛使用的数字到模拟信号编码方法。
2. 脉冲调制（PM）和频率调制（FM）：-这两种调制方法通常用于模拟信号的数字化。
在脉冲调制中，信号的幅度通过脉冲宽度或位置来表示。
在频率调制中，信号的幅度通过频率的变化来表示。
3. ΔΣ调制（Delta-Sigma Modulation）：-ΔΣ调制是一种高精度、低成本的模拟信号编码方法。
它通过将输入信号与前一时刻的编码值相比较，将差值传输，从而减小量化误差。
-ΔΣ调制在音频和精密测量等领域中被广泛使用。
4. 压缩编码：-压缩编码通过使用各种算法来减小所需的位数，从而减小数据量。
例如，脉冲编码调制可以与压缩算法结合使用，以降低数据传输和存储的成本。
5. 带通调制（AM、FM）：-数字数据也可以通过调制成为带通信号，然后传输。
例如，使用调频（FM）或调幅（AM）的方法将数字信息嵌入到模拟信号中。
6. 直接数字合成（DDS）：-DDS 是一种通过在数字域内合成模拟信号的方法。
它通常用于产生高精度的波形，例如用于射频通信和信号发生器。
每种方法都有其适用的场景和优势。
选择适当的数字到模拟信号编码方法通常取决于具体的应用需求、带宽、精度和成本等因素。
数据编码技术PPT课件
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1.4.2 数字数据的模拟信号编码
解调（即从模拟信号恢复出数字数据） 的原理简述如下：对于ASK信号，可以用 整流再滤波的方法检测出原始信号；对于 FSK信号可以通过检查零交叉点的方法恢 复出数据；对于一般PSK信号，例如相位 不变代表0，相位移相180°代表1，可以把 信号放大整形，延时一个信号单元时间， 然后反相，再和原信号相异或，即可恢复 出原始数据。
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1.4.1 数字数据的数字信号编码
差 分 曼 彻 斯 特 编 码 （ 如 图 2-3 （ c ） 所 示），它的编码规则是：若码元为1，则其 前半个码元的电平与上一个码元的后半个 码元的电平一样；但若码元为0，则其前半 个码元的电平与上一个码元的后半个码元 的电平相反。不论码元是１或０，在每个 码元的正中间时刻，一定要有一次电平的 转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技 术，但可以获得较好的抗干扰性能。
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1.4.3 模拟数据的数字信号编码
脉冲编码调制（PCM）的过程主 要由采样、量化与编码三个步骤组成。 采样是把时间上连续的模拟信号转换 成时间上离散的采样信号，量化是把 幅度上连接的模拟信号转换成幅度上 离散的量化信号，编码是把时间离散 且幅度离散的量化信号用一个二进制 码组表示。
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1.4.4 模拟数据的模拟信号来自制在电话机和本地局交换机之间所传输的 信号就是采用这种编码方式。模拟的声音数 据是加载到模拟的载波信号中传输的。
无线语音广播是模拟信号传输模拟数据 的另一个例子。有效的传输需要比较高的频 率。对于无线传播，传送基带信号几乎是不 可能的，因为那将需要直径为好几公里长的 天线。另外，调制有助于频分复用。
计算机网络 模拟数据编码方法
计算机网络 模拟数据编码方法由于数字信号传输具有速率高、失真小、误码率低等优点。
因此，在现代通信系统中，发送端往往将模拟数据数字化后，以数字信号传输，在接收端再将数字信号恢复为模拟数据。
根据采样定理，如果用大于等于原信号最高频率两倍的速率定期对信号进行采样，其样本就包含了足以构成原信号的所有信息。
脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation ，PCM ）是模拟数据采样编码的主要技术，它是现代数字通信的基础。
PCM 技术经过三个阶段将模拟信号改变为数字信号编码，这三个阶段如下。
1．采样每隔一定的时间间隔对连续的模拟信号采样，这样模拟信号就成为“离散”的模拟信号，用它来近似地代表信号。
根据采样定理，采样频率f 为：f ≥2f max 公式中，max f 是原信号的最高频率。
采样周期为 T =1/2B=1/ f 。
2．量化采样获得的样本是模拟数据，将这些模拟数据人为地分成若干个级别，每个样本按照其幅度归为某个量化级别，这个过程叫做量化。
量化一般采用四舍五入或划定范围的方法，即“取整”。
如图3-5（a ）所示，样本D2的值为0.41≈0.4，样本D4的值为1.26≈1.3，将它们的级别定义为4级和13级。
在这个例子中，一共划分了16个量化级别，分别对应0.0，0.1，0.2，…，1.5。
量化的级别越多，获得的数据越为精确，失真越小。
3．编码编码是各个量化级别用二进制代码表示的过程。
量化级别越多，数据越精确，但需要的二进制编码位数也就越多。
如8个量化级别，需要3位二进制编码；16个量化级别，需要4位二进制编码，如图3-5（b ）所示；32个量化级别，则需要5位二进制编码。
对于PCM 用于数字语音系统，声音分为128个量化级别，每个量化级别采用7位二进制编码表示，采样速率为8000样本/秒，数据传输速率应达到7位×8000/秒 = 56Kb/s 。
如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示，数据传输速率应达到8位×8000/秒 = 64Kb/s 。
模拟数据编码的三种编码方法
模拟数据编码的三种编码方法标题：深度探讨模拟数据编码的三种编码方法一、引言在数据处理和信息传输中，编码是至关重要的一环。
而在模拟数据的编码过程中，有许多不同的方法可以选择。
本文将深入探讨模拟数据编码的三种常见编码方法，包括PCM编码、Delta编码和DPCM编码，旨在帮助读者更全面地了解和理解这些方法的原理和应用。
二、PCM编码1. PCM编码的基本原理PCM（Pulse Code Modulation）编码是一种将模拟信号转换为数字信号的编码方式。
具体而言，PCM编码是通过对模拟信号进行抽样、量化和编码，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
这种编码方法具有抗干扰能力强、传输稳定等优点，因而在通信、音频处理等领域得到广泛应用。
2. PCM编码的应用场景PCM编码主要用于模拟信号的数字化处理，应用场景涵盖了音频、视频信号的传输和存储、远程监测、通信系统等多个领域。
通过PCM编码，可以有效地保留原始模拟信号的信息，实现高质量的数字信号传输。
三、Delta编码1. Delta编码的基本原理Delta编码是一种差分编码方法，其原理是利用当前样本值与前一个样本值之间的差值来进行编码。
具体而言，Delta编码通过存储前一时刻的样本值，并将当前时刻的样本值减去前一时刻的样本值得到的差值进行编码，从而实现信号的压缩和传输。
2. Delta编码的应用场景Delta编码常常用于变化缓慢的模拟信号的编码和传输，比如温度、湿度等环境参数的监测和传输。
由于Delta编码仅需传输差分值，可以有效减少传输数据量，节约带宽和存储空间，因而在一些特定的应用场景中具有较好的性能。
四、DPCM编码1. DPCM编码的基本原理DPCM（Differential Pulse Code Modulation）编码是一种差分脉冲编码调制方法，它与Delta编码类似，同样是利用差分值来表示信号的编码。
不同的是，DPCM编码引入了预测器，在进行差分编码之前，先对原始信号进行预测，从而能够更加准确地估计差分值。
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数字数据的模拟信号编码
要在模拟信道上传输数字数据，首先数字信号要对相应的模拟信号进行调制，即用模拟信号作为载波运载要传送的数字数据。
载波信号可以表示为正弦波形式：f(t)=Asin(ωt+φ)，其中幅度A、频率ω和相位φ的变化均影响信号波形。
因此，通过改变这三个参数可实现对模拟信号的编码。
相应的调制方式分别称为幅度调制ASK、频率调制FSK和相位调制PSK。
结合ASK、FSK和PSK可以实现高速调制，常见的组合是PSK和ASK 的结合。
1. 幅度调制
幅度调制简称调幅，也称为幅移键控（ASK amplitude-shift keying）
调制原理：用两个不同振幅的载波分别表示二进制值"0"和"1"。
图2-3-5 幅度调制
2. 频率调制
频率调制简称调频，也称为频移键控（FSK frequency-shift keying）
调制原理：用两个不同频率的载波分别表示二进制值"0"和"1"。
图2-3-6 频移键控
3. 相位调制
(1) 绝对相移键控
绝对相移键控用两个固定的不同相位表示数字“0”和“1”（见图2-3-7），用公式可表示为：
U ( t ) = U m sin(ω t +π )数字“1”
=U m sin(ω t + 0 )数字“0”
图2-3-7 绝对相移键控
(2) 相对相移键控法
相对相移键控用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。
最简单的相对调相方法是：与前一个信号同相表示数字“0”，相位偏移180度表示“1”，如图2-3-8所示。
这种方法具有较好的抗干扰性。
图2-3-8 相对相移键控
数字数据的数字信号编码
数字数据的数字信号编码，就是要解决数字数据的数字信号表示问题，即通过
对数字信号进行编码来表示数据。
数字信号编码的工作由网络上的硬件完成，常用的编码方法有以下三种：
1. 不归零码NRZ （non-return to zero ）
不归零码又可分为单极性不归零码和双极性不归零码。
图2-3-2(a)所示为单极性不归零码：在每一码元时间内，有电压表示数字“0”，有恒定的正电压表示数字“1”。
每个码元的中心是取样时间，即判决门限为0.5：0.5以下为“0”，0.5以上为“1”。
图2-3-2(b)所示为双极性不归零码：在每一码元时间内，以恒定的负电压表示数字“0”，以恒定的正电压表示数字“1”。
判决门限为零电平：0以下为“0”，0以上为“1”。
图2-3-2 不归零码
不归零码是指编码在发送“0”或“1”时，在一码元的时间内不会返回初始状态（零）。
当连续发送“1”或者“0”时，上一码元与下一码元之间没有间隙，使接收方和发送方无法保持同步。
为了保证收、发双方同步，往往在发送不归零码的同时，还要用另一个信道同时发送同步时钟信号。
计算机串口与调制解调器之间采用的是不归零码。
2. 归零码
归零码是指编码在发送“0”或“1”时，在一码元的时间内会返回初始状态（零），如图2-3-3所示。
归零码可分为单极性归零码和双极性归零码.
t
判决门限(a)t
(b)
图2-3-2 归零码
图2-3-3(a)所示为单极性归零码：以无电压表示数字“0”，以恒定的正电压表示数字“1”。
与单极性不归零码的区别是：“1”码发送的是窄脉冲，发完后归到零电平。
图2-3-3(b)所示为双极性归零码：以恒定的负电压表示数字“0”，以恒定的正电压表示数字“1”。
与双极性不归零码的区别是：两种信号波形发送的都是窄脉冲，发完后归到零电平。
3. 自同步码
自同步码是指编码在传输信息的同时，将时钟同步信号一起传输过去。
这样，在数据传输的同时就不必通过其它信道发送同步信号。
局域网中的数据通信常使用自同步码，典型代表是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，如图2-3-4所示。
曼彻斯特（Manchester ）编码：每一位的中间（1/2周期处）有一跳变，该跳变既作为时钟信号（同步），又作为数据信号。
从高到低的跳变表示数字“0”，从低到高的跳变表示数字“1”。
差分曼彻斯特（Different Manchester ）编码：每一位的中间（1/2周期处）有一跳变，但是，该跳变只作为时钟信号（同步）。
数据信号根据每位开始时有无跳变进行取值：有跳变表示数字“0”，无跳变表示数字“1”。
t
(b)t
(a)
图2-3-4 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
模拟数据的数字信号编码
在数字化的电话交换和传输系统中，通常需要将模拟的话音数据编码成数字信号后再进行传输。
这里常用的一种称为PCM（Pulse Code Modulation）的脉冲编码调制技术。
PCM基于以下的采样定理：
如果在规定的时间间隔内，以有效信号f（t）最高频率的两倍或两倍以上的速率对该信号进行采样的话，则这些采样值包含了无混叠而又便于分离的全部原始信号信息。
利用低通滤波器可不失真地从这些采样值中重新构造出f（t）。
PCM原理如图2-4所示。
信号数字化的转换过程
信号数字化的转换过程可包括采样、量化和编码三个步骤。
图2.4 PCM的原理
(1) 采样：每个固定的时间间隔，取出模拟数据的瞬时值，作为本次抽样到下次抽样之间该
模拟数据的代表值。
X(n)就是采样处理后的脉冲调幅信号。
(2) 量化：把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转换成对应的数字值，并取整数这样把连续的电平幅值转换成离散的数字y(n)。
(3) 编码：它是将量化后的整数值表示为一定位数的二进制数C (n)。
在发送端，经过信号数字化过程后，就可把模拟信号转换成二进制数码脉冲序列，然后经过信道进行传输。
在接收端，将接收到的信号C1 (n)解码成y1 (n)，在通过逆量化获得信号X1 (n)，最后平滑之后的信号X1(t)就是还原的模拟信号。
X1(t)与X(t)之差就是量化的误差
根据原信号的频宽，可以估算出采样的速度。
如果声音数据限于4000Hz以下的频率，那么每秒钟8000次的采样可以满足完整地表示声音信号的特征。
使用七位二进制表示采样值的话。
就允许有128个量化级，这就意味着，仅仅是声音信号就需要有每秒钟8000次采样乘以每次采样7位等于56000bps的数据传输速率。
以上是模拟数据，例如声音经过PCM编码后成数字信号，就可以采用数字传输方式进行传输了，另外，计算机中的数字数据经过适当的编码后可直接采用数字传输方式传输。
这样模拟数据和数字数据经过适当的编码后，可统一到相同的传输方式下进行传输。
由于数字信号在传输过程中不引入噪声，传输可靠性高，因此应用相当广泛，如数字电话、数字传真、数字电视等。
特别是目前多媒体技术的应用，要求将不同媒体的物理量（模拟量），如声音、图像、动画等，转换成数字信号后在计算机和网络系统内进行存储、处理和传输。
这些都要用到模拟数据的数字传输技术。