脉冲编码调制
PCM
脉冲编码调制所属分类：电子科技视频通信技术音频提问添加摘要脉冲编码调制简称PCM脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。
是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。
PCM的优点就是音质好，缺点就是体积大。
PCM可以提供用户从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。
PCM有两个标准（表现形式）：E1和T1。
目录[隐藏]∙ 1 简介∙ 2 发展史∙ 3 工作原理∙ 4 编码∙ 5 E1标准∙ 6 相关词条∙7 参考资料脉冲编码调制-简介脉冲编码调制简介在光纤通信系统中，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（pulsecodemodulation），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。
现在的数字传输系统都是采用脉码调制（PulseCodeModulation）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（表现形式）即E1和T1。
中国采用的是欧洲的E1标准。
T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。
脉冲编码调制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。
脉冲编码调制-发展史脉冲编码调制发展史脉冲编码调制是70年代末发展起来的，记录媒体之一的CD，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。
脉码调制的音频格式也被DVD-A所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD讨论会发布和推出的。
脉冲编码调制的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率从44.1kHz发展到192kHz。
数字信号调制的三种基本方法
数字信号调制的三种基本方法
数字信号调制是数字通信中的重要技术之一，它将数字信息转换为模拟信号或数字信号，以便在信道中传输或存储。
目前，数字信号调制有三种基本方法，分别是脉冲编码调制、正交振幅调制和频移键控调制。
1. 脉冲编码调制
脉冲编码调制（Pulse Coded Modulation，PCM）是一种将模拟
信号数字化的方法，它将连续的模拟信号离散化后通过调制器进行数字信号调制。
在PCM中，原始信号通过采样、量化和编码处理后转换为数字信号。
这种方法具有简单、效率高、误差小等优点，广泛应用于电话、广播、电影、电视等领域。
2. 正交振幅调制
正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）是一种将数字信号调制为模拟信号的方法。
在QAM中，数字信号通过正交振幅调制器进行调制，将信号分为实部和虚部两个部分，再通过合并器合并成一个复杂信号。
这种方法具有高效率、抗干扰性强等优点，被广泛应用于数字电视、无线通信、卫星通信等领域。
3. 频移键控调制
频移键控调制（Frequency Shift Keying，FSK）是一种将数字
信号调制为模拟信号的方法，它通过改变信号的频率来传输数字信息。
在FSK中，数字信号通过频移键控调制器进行调制，将信号分为两个不同频率的正弦波，并通过信道传输。
这种方法具有抗噪声干扰性强、
误码率低等优点，被广泛应用于蓝牙、无线电、遥控等领域。
总之，数字信号调制是数字通信中不可缺少的技术，不同的调制方法适用于不同的应用场景，我们需要选择合适的调制方式来提高通信效率和可靠性。
脉冲编码调制PCM及其数字通信的特点
A / D变化
m(t) 抽样
量化 mq(t) 编码
信道 干扰
ms(t)
低通 滤波
译码
m(t)
mq(t)
PCM系统原理框图
•2
7
量化电平数 5 M＝ 8 3
1 0
4 .3 8 2 .2 2
5 .2 4 2 .9 1
精 确 抽样 值 量化值
Ts
2 .2 2
4 .3 8
5 .2 4
2 .9 1
2
4
5
3
•4
数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统 频带为代价而换取的。以电话为例，一路模拟电话通常只 占据4kHz带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能 要占据 20～60kHz的带宽，因此数字通信的频带利用率不 高。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比 较复杂。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的 采用、 窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通 信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的 迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将 逐步取代模拟通信而占主导地位。
•5
脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用 一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而 实现通信的方式。由于这种通信方式抗干扰能力强， 它在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了 极为广泛的应用。
PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码 方式， 其系统原理框图如图所示。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，也可以是对微 波、光波等载波调制后的调制传输。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 经低通滤波器滤除高频分量，便可得到重建信号。 •1
脉冲编码调制
脉冲编码调制* 脉码调制(Pulse Code Modulation)。
是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。
PCM 对信号每秒钟取样8000 次；每次取样为8 个位，总共64 kbps。
取样等级的编码有二种标准。
北美洲及日本使用Mu-Law 标准，而其它大多数国家使用A-Law 标准。
* PCM主要经过3个过程：抽样、量化和编码。
抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。
相关概念：所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。
所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。
脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation)。
)Claude E. Shannon于1948年发表的“通信的数学理论”奠定了现代通信的基础。
同年贝尔实验室的工程人员开发了PCM技术，虽然在当时是革命性的，但今天脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码格式，音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值，其它采用这种编码方法的应用包括电话和CD。
PCM主要有三种方式：标准PCM、差分脉冲编码调制(DPCM)和自适应D PCM。
在标准PCM中，频带被量化为线性步长的频带，用于存储绝对量值。
在DPCM中存储的是前后电流值之差，因而存储量减少了约25%。
自适应DPCM改变了DPCM的量化步长，在给定的信造比(SNR)下可压缩更多的信息。
希望我的回答对你有用biwaywbdk2009-08-18 23:02:50FANUC数控系统的操作及有关功能(北京发那科机电有限公司王玉琪)发那科有多种数控系统，但其操作方法基本相同。
脉冲编码调制
模拟信号数字化
1．极性码B1 极性码B1表示信号样值的正负极性，“1”表示正极性，“0”表示 负极性。
2．段落码B2 B3 B4 段落码B2 B3 B4可表示为000～111，表示信号绝对值处在哪个段落，3 位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。
3．段内码B5 B6 B7 B8 段内码B5 B6 B7 B8用于表示抽样值在任一段落内所处的位置，4位码表 示为0000～1111，代表了各段落内的16个量化电平值。由于各段落长度
数字与数据通信技术
模拟信号数字化
脉冲编码调制
1.1 脉冲编码调制的基本原理 编码就是把量化后的信号转换成代码的过程。有多少个量化值就需要 有多少个代码组，代码组的选择是任意的，只要满足与样值成一一对应的 关系即可，PCM编码采用的是折叠二进制码。这里讲的编码是对语声信号 的信源编码，是将语声信号（模拟信号）变换成数字信号，编码过程是摸 /数变换，记作A / D；解码是指数字信号还原成模拟信号，是数/摸变 换，记作D/A。 在A律13折线编码中，正负方向共有16个段落，在每一段落内有16个均 匀分布的量化电平，因此总的量化电平数N=16×16=256=28，编码位数n=8。 设B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8为8位码的8个比特，各位码字的意义如下。
模拟信号数字化
（2）第二次比较 确定段落码的第二位B3，在第一次比较的基础上。△i/2=448△＋16△/2=456△
量化误差= 解码电平 样值的绝对值 = 456 454 2
模拟信号数字化
1.2 编码
目前采用较多的是逐级反馈型编码器来实现非线性编码。逐次反馈型 编码原理框图如图3.9所示，由整流、极性判断、保持、比较、本地译码 器等主要几部分组成。样值PAM信号分作两路，一路送入极性判断进行判 决，编出极性码B1。另一路信号经整流电路变成单极性信号；保持电路 对样值在编码期间内保持抽样的瞬时幅度不变；本地译码器的作用是将 除极性码以外的B2～B8各位码逐位反馈，并生成与之对应的判定门限Ur； 比较器根据整流电路送来的样值幅度与本地译码器输出的判定值进行比 较，逐位形成B2～B8各位码。图3.11中，US代表信号幅度，Ur代表本地解 码的输出，把Ur作为每次比较的起始标准；当Us>Ur时，比较器判断输出 “1”；当Us<Ur时，比较器判断输出“0”。
脉冲编码调制PCM
脉冲编码调制（PCM）什么是脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，简称PCM）是一种数字通信技术，用于将模拟信号转化为数字信号进行传输。
PCM是一种有损压缩算法，它将连续模拟信号离散化成固定的采样值，并使用一定的编码方案进行表示。
脉冲编码调制的原理脉冲编码调制的原理主要包括三个步骤：采样、量化和编码。
采样采样是指对连续的模拟信号进行间隔一定时间采集取样。
采样过程中，将模拟信号的幅度值在时间轴上不断取样并离散化。
采样率是指每秒钟采集的样本数，通常以赫兹（Hz）为单位。
较高的采样率可以更准确地还原模拟信号。
量化量化是指将采样得到的模拟信号幅度值映射到离散的数值上，以减少数据量。
量化的单位被称为量化水平或量化位数，通常以比特（bit）为单位。
较高的量化位数可以提供更高的精度，但也会增加数据量。
编码编码是将量化后的离散信号转换为二进制码流，以便通过数字通信系统进行传输。
常用的编码方式包括直接二进制编码（Differential Pulse Code Modulation，DPCM）、调制码（Delta Modulation，DM）和PAM（脉冲幅度调制）等。
脉冲编码调制的应用脉冲编码调制广泛应用于音频、视频和数据传输等领域。
以下是一些常见的应用场景：电话通信脉冲编码调制被广泛应用于传统的电话通信系统中。
通过PCM，模拟信号可以转换成数字化的信号，并通过电话网络进行传输。
音频编码在音频编码中，PCM被用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便于储存和传输。
常见的音频编码标准包括CD音质的16位PCM编码和DVD音质的24位PCM编码。
数字视频在数字视频处理中，PCM常用于将模拟视频信号转换为数字视频信号，以实现高质量的视频编码和传输。
PCM可以通过降低采样率和量化位数，来减小视频数据的体积。
数据传输PCM也广泛用于数据传输领域，特别是在传输需要高精度和可靠性的信号时。
简述脉冲编码调制技术
简述脉冲编码调制技术摘要：一、脉冲编码调制技术简介二、脉冲编码调制的基本原理1.采样2.量化3.编码三、脉冲编码调制的应用领域四、脉冲编码调制的优缺点五、发展趋势与展望正文：脉冲编码调制技术是一种将模拟信号转换为数字信号的调制技术。
其主要过程包括采样、量化和编码三个步骤。
一、脉冲编码调制的基本原理1.采样：采样是脉冲编码调制的第一个步骤。
在采样过程中，根据一定的采样频率，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样频率越高，数字信号的分辨率越高，但同时也意味着更高的传输带宽需求。
2.量化：量化是将采样后的数字信号映射到离散的数值集合中。
量化的过程通常采用均匀量化或非均匀量化两种方法。
均匀量化是将采样值映射到固定长度的整数，而非均匀量化则根据采样值的大小，映射到不同长度的整数。
量化过程中，量化噪声不可避免地引入到数字信号中。
3.编码：量化后的数字信号需要进行编码，以便于传输和存储。
常用的编码方法有努塞尔编码、韦弗编码等。
编码后的数据可以进一步采用信道编码和交织技术，提高传输过程中的抗干扰能力。
二、脉冲编码调制的应用领域脉冲编码调制技术在我国数字通信、数据传输、音频视频处理等领域具有广泛的应用。
例如，在电话通信中，采用PCM技术将语音信号数字化，提高通信质量；在数字电视、高清视频领域，PCM技术用于音频和视频信号的处理，实现高品质的音视频传输。
三、脉冲编码调制的优缺点优点：1.数字信号具有更好的抗干扰能力，有利于信号传输和存储。
2.易于实现信号的加密和压缩，提高信息安全性。
3.便于实现多路信号的复用，提高通信系统的利用率。
缺点：1.量化噪声引入，可能导致信号质量下降。
2.传输带宽需求较高，对信道条件要求较严格。
四、发展趋势与展望随着信息技术的不断发展，脉冲编码调制技术也在不断演进。
未来的发展趋势包括：1.高精度、高速率的采样和量化技术，以满足更高清晰度、更高质量的视频和音频处理需求。
2.更高效的编码和压缩算法，降低传输带宽需求，提高数据传输效率。
脉冲编码调制实验报告
一、实验目的1. 了解脉冲编码调制（PCM）的工作原理和实现过程；2. 掌握PCM编译码器的组成和功能；3. 验证PCM编译码原理在实际应用中的有效性；4. 分析PCM编译码过程中可能出现的问题及解决方法。
二、实验原理脉冲编码调制（PCM）是一种将模拟信号转换为数字信号的方法。
其基本原理是：首先对模拟信号进行抽样，使其在时间上离散化；然后对抽样值进行量化，使其在幅度上离散化；最后将量化后的信号编码成二进制信号。
PCM编译码器是实现PCM调制和解调的设备。
1. 抽样：抽样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行采样，使其在时间上离散化。
抽样定理指出，为了无失真地恢复原信号，抽样频率必须大于信号最高频率的两倍。
2. 量化：量化是指将抽样值进行幅度离散化。
量化方法有均匀量化和非均匀量化。
均匀量化是将输入信号的取值域按等距离分割，而非均匀量化则是根据信号特性对取值域进行不等距离分割。
3. 编码：编码是指将量化后的信号编码成二进制信号。
常用的编码方法有自然二进制编码、格雷码编码等。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：包括模拟信号发生器、抽样器、量化器、编码器、译码器等；2. 示波器：用于观察信号波形；3. 数字频率计：用于测量信号频率；4. 计算机软件：用于数据处理和分析。
四、实验步骤1. 模拟信号发生器输出一个连续的模拟信号；2. 通过抽样器对模拟信号进行抽样，得到一系列抽样值；3. 对抽样值进行量化，得到一系列量化值；4. 将量化值进行编码，得到一系列二进制信号；5. 将二进制信号输入译码器，恢复出量化值；6. 将量化值进行反量化，得到一系列反量化值；7. 将反量化值通过重建滤波器，恢复出模拟信号；8. 观察示波器上的信号波形，分析PCM编译码过程。
五、实验结果与分析1. 观察示波器上的信号波形，可以发现，通过PCM编译码过程，模拟信号被成功转换为数字信号，再恢复为模拟信号。
这验证了PCM编译码原理在实际应用中的有效性。
pcm技术的理解
pcm技术的理解PCM技术，即脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation），是一种用于模拟信号数字化的方法。
它是一种将连续时间和连续幅度的模拟信号转换为离散时间和离散幅度的数字信号的技术。
在PCM技术中，模拟信号首先经过采样过程，将连续时间的信号转变为离散时间的信号。
采样频率决定了信号在时间轴上的离散程度，采样频率越高，信号越接近原始信号。
接下来，经过量化过程，将离散幅度的信号转变为离散级别的信号。
量化级别决定了信号的精度，级别越高，信号的精度越高。
最后，经过编码过程，将离散级别的信号转换为二进制码，以便在数字系统中传输和处理。
PCM技术的主要优点是能够精确地复制和传输原始模拟信号，从而减少了信号传输过程中的失真和噪声。
同时，PCM技术还具有抗干扰性强、传输距离远、可靠性高等优点。
这使得PCM技术广泛应用于音频、视频、通信等领域。
在音频领域，PCM技术被广泛应用于音频采集、录制和传输等方面。
通过PCM技术，可以将声音转换为数字信号，并通过数字化的方式进行存储和传输。
这种数字化的方式不仅可以减少信号的失真和噪声，还可以方便地对音频信号进行处理和编辑。
在视频领域，PCM技术也被用于视频信号的采集和传输。
通过PCM技术，可以将模拟视频信号转换为数字信号，然后进行压缩和编码，以便在数字系统中进行存储和传输。
这种数字化的方式不仅可以提高视频信号的质量和清晰度，还可以方便地对视频信号进行编辑和处理。
在通信领域，PCM技术被广泛应用于电话和网络通信中。
通过PCM技术，可以将语音信号转换为数字信号，并通过数字化的方式进行传输和处理。
这种数字化的方式不仅可以提高通信的质量和可靠性，还可以方便地对语音信号进行压缩和加密。
总结起来，PCM技术是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，通过采样、量化和编码等过程，将连续时间和连续幅度的信号转换为离散时间和离散幅度的信号。
PCM技术具有精确复制和传输原始信号、抗干扰性强、传输距离远、可靠性高等优点。
脉冲编码调制 (2)
脉冲编码调制简述脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。
脉冲编码调制就是把一个时间，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码。
PCM的优点就是音质好，缺点就是体积大。
PCM可以提供用户从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。
PCM有两个标准（表现形式）：E1和T1。
脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。
它是一种直接、简单地把语音经抽样、A/D转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法，是其他编码算法的基础。
1.功能介绍PCM复用设备是采用了最新的大规模数字集成电路和厚薄膜工艺技术而推出的新一代高集成度单板PCM基群复接设备，它可以在标准的PCM30基群即2M传输通道上直接提供30路终端业务接口。
用户接口类型多样（包括语音、数据、图象），均以小型模块化部件方式装配到母板上，各种用户模块可以混合装配。
支持来电显示，可提供反极信令用于实时计费，具有集中监控功能，方便用户维护管理。
输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。
通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。
前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。
pcm的编码过程
pcm的编码过程
PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。
PCM的编码过程主要包括以下步骤：
1. 采样：将连续的模拟信号（如语音或图像信号）按一定的时间间隔采样，转换为时间离散的信号。
2. 量化：将每个采样值进行量化，即将每个采样值转换为有限的数字级别。
量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程，它通过将每个采样值四舍五入到最接近的整数来减少信号的精度。
3. 编码：将量化后的采样值转换为二进制码表示。
每个量化值对应一个二进制码，通常采用线性编码或对数编码。
通过以上步骤，模拟信号被转换为数字信号，以便进行数字传输或存储。
在接收端，通过解码过程将数字信号还原为原始的模拟信号。
脉冲编码调制
Rbc
2048 32
64kbit/s
或 Rbc fs n 8 8 64kbit/s
Rb fs n L 8 8 32 2048kbit/s
.时分复用 时隙数与信号路数相同 .帧结构 时隙数>信号路数
32路时隙，256bit，125μs
TS0 1
16
31
TS1~TS15， TS17~TS31，
CH1~CH15 CH16~CH30
TS0传送帧同步码组 0011011
TS16传送话路信令
abcdabcd
A律基群又称30/32系统
1帧......2个话路的信令
15帧......30个话路的信令 16帧......复帧 F0，F1，......F15
1101
1011
13
正极性部分
1100
1100
1010
12
1011
1011
1110
11
1010
1010
1111
10
1001
1001
1101
9
1000
1000
1100
8
0111
0000
0100
7
0110
0001
0101
6
0101
0010
0111
5
负极性部分
0100
0011
0110
4
0011
0100
0010
f (t)
f (t)
n(t)
t
一般量化噪声：
et f t f 't
n(t) t
过载噪声:阶梯电压波 形跟不上信号的变化。
译码器的最大跟踪斜率：
脉冲编码调制PCM
2.3 脉冲编码调制（PCM）
PCM调制系统
1
信号的压缩与扩张
2
PCM编码器和译码器
3
PCM系统的噪声性能
4
差分脉冲编码调制
5
PCM编码器和译码器
编码器 译码器 PCM编码和译码器集成电路
码位的选择和安排
13折线编码采用8位二进制码，对应256个量化级，即正、负输入幅度范围内各有128个量化级 需要将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级 正、负输入的8个段落被划分成128个不均匀量化级 8位码的安排
脉冲编码调制系统
30/32PCM端机每帧共有32个时隙，传30路数字话音信号和2时隙的勤务信息。 30/32PCM端机输出的信号称为一次群信号。实际应用中，还可将多个一次群进行准同步复接（PDH）：即四个基群 （一次群）复接组成二次群，四个二次群组成三次群，四个三次群组成四次群，四个四次群组成五次群，或进行同步复接（SDH）。
脉冲编码调制系统
以30/32PCM端机为例，介绍PCM的系统组成 话音信号的抽样频率为8000Hz，抽样的间隔时间Ts＝1/fs＝125s 为了时分复用将125 s分为32个时隙，即每个时隙为125 s /32＝3.9 s 每个抽样脉冲用8bit编码，即8位二进制脉冲作一个码组，一次放入各个时隙。 为保证通信的正常进行，每帧的起始时刻由帧定时信号决定，收端也应有相应的帧定时信号，收发两端的帧定时信号必须同频同相，即实现帧同步。
目前用得较多
逐次比较编码器原理框图
全波整流
参考电源
PAM信号
US
|US|
UR
极性判决
D1
比较码 形成
或 门
a2-a8
a1
PCM 编码输出
脉冲编码调制
26
2021/11/14
27
2021/11/14
28
若要使频谱分量无混叠，则必须使
Nfs 2(NB MB)
所以
fs 2B (1 M / N)
2021/11/14
29
§5.3 实际抽样
理想抽样： xs (t) x(t)T (t)
实际抽样：用有限持续时间的脉冲（脉宽为τ）。 平顶抽样：τ时间内脉冲幅度不变。 自然抽样：τ内脉冲幅度随信号幅度而变化。
yk
xk 1
[ (x
yk
xk
yk )2 px ( x)dx]
0
2021/11/14
50
yk,opt
xp xk 1,opt
xk ,opt
x
p xk 1,opt
xk ,opt
x
x dx x dx
最佳量化电平应取到最佳量化间隔的 质心上。
2021/11/14
51
特例1 当L=2， 分两层时。
x1=- x2=0 x3=
3
• （6）均匀量化时量化信噪比的推导和计 算公式，量化信噪比与编码位数的关系；
• （7）最佳量化、非均匀量化、对数量化；
• （8）A律对数压缩特性及其13折线近似；
• （9）折叠二进制组码原理及其抗误码能 力；
• （10）A律脉冲编码调制的编码规律，要 求在已知输入电平时，计算出码组。
2021/11/14
第五章 脉冲编码调制(1)
2021/11/14
1
单元概述
抽样是将模拟信号在时间上进行量化。低通信号
的最低抽样频率是其最高频率分量的两倍，而带通信 号则并不一定需要遵循这一规则。
脉冲编码调制是将时间上已量化的抽样序列，在
第五章脉冲编码调制
实现过程：
准理想 抽样
抽样保持
LPF
电路
用极窄的脉冲序列作抽样脉冲 展宽脉冲
5.3.2 平顶抽样
矩形脉冲函数
h
t
A 0
t
其它
H A Sa
2
0
通过保持电路后，XSf XS H X ns H / Ts
由 xt X Ts t t nTs
Ts
t
2
Ts n
ns
n
X s ()
1
2
X
s
1 TS
X
(
)
n
(
nS
)
1 Ts
所以共13条直线段 13折线
5.8.4 对压缩特性的折线近似
输y 出z=f(x)
1
7 8
6
8
6
5
8
5
4 84
3 83
2 82
1 8 1
10
31
63
255 3
7
255 15
255
255 255 255
μ律15折线：
第8段 7
127 255
1
x
5.9 PCM编码原理
5.9.1 概述 5.9.2 折叠二进制码（FCB） 5.9.3 CCITT标准的PCM编码规则
X
s
1 Ts
X ns
5.2.2 带通抽样定理
pcm
脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)，由A.里弗斯于1937年提出的，这一概念为数字通信奠定了基础，60年代它开始应用于市内电话网以扩充容量，使已有音频电缆的大部分芯线的传输容量扩大24～48倍。
到70年代中、末期，各国相继把脉码调制成功地应用于同轴电缆通信、微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。
80年代初，脉冲编码调制已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用。
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。
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（表现形式）即E1和T1。
中国采用的是欧洲的E1标准。
T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。
脉冲编码调制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。
脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号，抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理。
该模拟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。
它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。
5.3 脉冲编码调制(PCM)
1 斜率：
0
0
0
111 110 101 100 011 010 001 000
1 x
5.3.1 PCM编码原理
3．码位的选择与安排
第 5 至第 8 位码 C5C6C7C8 为段内码，这 4 位码的 16 种可能状态 用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。 段内码与16 个量化级之间的关系如表 5.6 所示。
m t
抽样
ms t
量化 A/D变换
mq t
编码
信道 m t 来自干扰 mq t 低通滤波
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 按 抽 样 定 理 把量化是把幅度上仍连续（无穷 时 间上连续的模拟 信 号 转 编 码 是 用二进制码组表 多个取值）的抽样信号进行幅 换成时间上离散 的 抽度离散，即指定 样 M个样值脉冲。 示量化后的 M个规定的电平， 信号； 把抽样值用最接近的电平表示；
码相同；段内码第一位若为0，除段内码第一位外，
其余码取反即可。
5.3.1 PCM编码原理
以非均匀量化时的最小量化间隔Δ =1/2048 作为均 匀量化的量化间隔
从13 折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数 共有2048 个均匀量化级
非均匀量化只有128 个量化级
3．码位的选择与安排
假设：
均匀量化需要编11 位码，而非均匀量化只要编7 位 码
5.3.1 PCM编码原理
1．PCM调制系统框图
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，是一种用一 组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值， 从而实现通信的方式。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码 方式。 原理框图
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X
(w)
X
s
(w)
H
(w)
x(t) h(t) xs (t)
核函数
1
Ts
x(nTs
)
sin wH (t wH (t
nTs nTs )
)
二、带通抽样定理（频分多路，截波电话）
最高频率f H，最高频率f L ，限带(f L ， f H)，带宽为B
抽样频率fs 应满足下列关系式:
fH
fS 2( fH fL)(1 M ) 2B(1 M ) 2B B
X sf
( )
A
TS
n
X (
n
s
)
sin( /
/ 2
2)
存在孔径失真
解调时采用的抽样保持电路引入了失真项，为了使输出
信号最大，一般取TS 。接收端必须采用滤波器：
根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。 – 编码速率较低，1.2~4.8 kbps – 包括各种线形预测编码(LPC)方法和余弦声码器 – 语音质量中等，不满足商用要求
• 混合编码：波形编码+参量编码 (LPAS)
– 包括GSM的RPE-LPC编码和VSELP编码
语音编码的标准
• G.711 • G.721 • G.722 • G.723 • G.728 • G.729
N
N
fH
B
其中 B
fH
fL ，M
fH B
fH B
fH B
N
（余数），N
fH B
为不超过 fH fH 的最大正整数（ N 1 ），必有0≤M＜1。
fH fL B
带通信号的抽样频率在2B至4B间变动
1. fH=NB时
2. fH≠NB (fH= NB+MB) 时
图5-8 带通抽样的混叠
主要内容
一、 脉冲编码调制(PCM)基本原理 二、 对数量化及其折线近似 三、 PCM编码原理 四、 增量调制(ΔM)
一、脉冲编码调制(PCM)基本原理
1.概述 (1)、概念：
是将模拟信号变成数字信号的编码方式， 以实现通信系统的数字化传输
(2)、框图
信源 信宿
信源编码
信道编码
信源解码
信道译码
调制 解调
在
时，频谱不会复叠，即无混叠现
象
（2）观察图F以原点为中心的那个谱块可知：
与原来 m(t)的频谱 成正比，比例 系数为 ，证明了定理的第一层含义，即： 确实携带了m(t) (理想低通滤波)
– 理想低通滤波器
1 H (w) o
– 重建信号：
| w | wH others
xs (t) x(t) C(t)
• 抽样信号频谱
xs () cn X ( ns )
n
实际抽样---平顶抽样
h(t
)
A 0
| t | others
• 时域表达
xsf (t) x(t) T (t) h(t)
• 频域表达
xsf () xs ()H ()
A Ts
x( ns )
sin( / 2) / 2
1、信号往往不是频带受限的基带信号（混叠现 象）。 2、取样脉冲总有一定宽度（理想的是一个冲激），
即脉宽总是具有一定持续时间。 3、实际抽样：
① 自然抽样（曲顶抽样）
② 平顶抽样
实际抽样---自然抽样
• 抽样脉冲：
C(t) P(t nTs )
• 傅立叶展开
C(t) cne jnst
• 抽样信号
平顶抽样＝理想抽样＋（矩形）脉冲成形网络
x S
(t)
x(t)
T (t )
x(t)
(t nTS)
n
x sf
(t)
xs (t) h(t)
xs ( )h(t )d
x(nTS)h(t nTS) n
其中
h(t)
Arect
t
H ()
A
sin( /
/ 2) 2
自然抽样与平项抽样的比较
由图可见，使频谱无混叠，则必须使
5 S 2 H
事实上不发生频谱混叠要求
2B(1
M N
)
fs
2B(1
M) N 1
，
软件无线电中常取
fs
2B(1
N
M) 0.5
4 f0 2N 1
，
上式中 f0 fL 0.5B
缝隙宽度为
Bl
2B M N (N 1)
，N
则 Bl
，对滤波器矩
形特性要求 。
3、实际抽样的问题
发射 传输媒质
接收
模拟信源
预滤波
抽样
波形编码
信道
信宿
重建滤波
波形译码
• PCM包括：抽样、量化、编码三个过程
• 抽样：时间离散化 • 量化：幅度离散化
PAM信号 多电平PAM信号
• 编码：转换为二进制码
二进制PCM信号
x(t) O O O O
假设 信号波形 t
脉冲 高度在变 化
P AM波形 t
脉冲 位置不变 宽度变 化 P DM波形
脉冲 宽变不变 脉 冲位 置在变化
t P P M波形
t
语音编码分类
• 波形编码：将时域模拟话音的波形信号进过采样、
量化和编码形成数字语音信号。 – 编码速率较高，16k~64k – 包括：PCM，ADPCM，M，CVSDM，APC等 – 占用较高带宽，适合有线
• 参量编码：基于人类语音的产生机理建立数学模型，
⑴ 若每秒钟对信号均匀取样不小于1/2fH 次，所得 样值序列含有全部信息
⑵ 利用该样值序列，可不失真地恢复原来的信号
2、证明：利用傅立叶变换 取样冲激序列为：
其中
设 为取样速率， 为取样间隔，且有
A. B.
C. D.
取样过程
傅氏性质
（1）对照图F与
，可知：
的频谱 是一系列周期重复的谱块，
PCM (64k bps) ADPCM (32k bps)
7kHz带宽64k bps速率内的音频编码
6.3k/5.6k 双速率多媒体语音编码 16k bps 语音编码 LD-CELP 8k bps多媒体语音编码
2.抽样定理
一、低通抽样定理（基带信号）
1、定理：
一个频谱限制在（0，fH）内的连续信号，唯一 地被均匀间隔为不小于1/2fH秒的样值序列所确定。 fs = 2fH时，称为奈奎斯特速率 二层含义：
自然抽样： Xs ()
1
2
X() C()
n
Cn X( ns )
平顶抽样：X s ()
1
2
X
(
)
s
n
( ns )
sinc
2
sinc
Ts
2
n
X ( ns )
比较两种实际抽样系统可见，自然抽样后的信号频谱在频
率上是周期性的，其谱瓣形状与原函数频谱相同，但幅度按抽 样脉冲的频谱和脉冲宽度两者决定的比例系数变化；平顶抽样 后的信号频谱各谱瓣要受抽样脉冲频谱的不均匀加权，从而各 谱瓣有不均匀或不对称的失真，且幅度要下降，克服谱瓣失真 的方法是在恢复信息信号的低通滤波器之后接一均衡滤波器， 其频率传输函数为保持电路的传输函数的倒数。