PCM编码详解
音频编码和解码的原理和实践
音频编码和解码的原理和实践音频编码和解码是指将模拟音频信号转换成数字形式进行传输和存储，并在接收端将数字信号重新还原为模拟音频信号的过程。
本文将详细介绍音频编码和解码的原理和实践。
一、音频编码的原理音频编码是将模拟音频信号转换为数字信号的过程。
它的目的是通过去除冗余信息和压缩信号来降低数据量，以便更有效地进行传输和存储。
常见的音频编码方法包括脉冲编码调制（PCM）、脉冲编码调制调幅（PCM-FM）、有损编码和无损编码等。
1. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）编码是最常见的音频编码方法之一。
它将连续的模拟信号量化为不连续的数字信号，然后再对数字信号进行编码。
PCM编码的基本原理是将音频信号的振幅值按照一定的量化间隔进行离散化，然后将每个采样值编码为对应的二进制码。
由于PCM编码是无损编码，所以还原的音频质量会完全与原始音频一致。
2. 有损编码有损编码是指在进行音频编码时采用某种算法对音频信号进行压缩，从而减少数据量，但在还原时会导致一定的误差。
有损编码方法的典型代表是MP3、AAC等。
这些编码方法通过去除听觉上不敏感的信号成分、减少重复信号等方式来实现压缩。
有损编码的原理是基于人类听觉特性的研究。
我们的听觉系统对于一些细微的变化不敏感，因此对于这些变化可以进行一定程度的压缩。
这样，在不影响听觉质量的前提下，就可以大幅度地降低数据量。
3. 无损编码无损编码是指在进行音频编码时保持原始音频质量不变的编码方法。
无损编码方法的典型代表是FLAC、ALAC等。
无损编码方法通常基于预测编码原理，通过对音频信号进行数学建模，并将预测的误差进行编码来实现压缩。
二、音频解码的原理音频解码是将数字信号还原为模拟音频信号的过程。
它的目的是将编码后的音频信号通过逆向操作还原为原始音频信号。
常见的音频解码方法与编码方法相对应，包括PCM解码、有损解码和无损解码等。
1. PCM解码PCM解码是将经过PCM编码的音频信号重新转换为模拟音频信号的过程。
PCM编码和解码
图6 13折线近似的PCM解码器测试模型和仿真结果
二、设计与仿真
图7 13折线近似的PCM解码器测试模型和仿真结果2
二、设计与仿真
3、PCM串行传输模型
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。 在解码端信道输出的码流经过串并转换后送入 PCM解码，之后输出解码结果并显示波形。模型中没有对 PCM解码结果作低通滤波处理，但实际系统中PCM解码输出 总是经过低通滤波后送入扬声器的。 仿真采样率必须是仿真模型中最高信号速率的整数倍， 这里模型中信道传输速率最高，为64kbps，故设置仿真步进 为1=64000 秒。信道错误比特率设为0.01，以观察信道误码 对PCM传输的影响。仿真结果波形如图所示，传输信号为 200Hz正弦波，解码输出存在延迟。
二、设计与仿真
图8 PCM串行传输模型
二、设计与仿真
仿真结果如下：
图9 上为解码输出，下为原信号
二、设计与仿真
图10 上为误码，下为PCM
二、设计与仿真
信道错误比特率设为0.09，以观察信道误码对PCM传输的影响。仿真结果波形 如图所示，传输信号为1500Hz随机信号，仿真结果如下：
图11 上为解码输出，下为原信号
PCM编码中抽样、量化及编码的原理
3、编码
所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反 的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制 编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。 在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分 为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第 二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较 型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中， 无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的 顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。
最新PCM编码详解PPT课件
表3-02 多次复用的数据传输率
PCM在通信中的应用
• PCM信号复用的复杂程度，通常用“群(group)”表示 • 一次群(基群)的30路(或24路),北美叫做T1远距离数字通信线， • 在欧洲叫做E1远距离数字通信线和E1等级。 • 二次群的120路(或96路) • 三次群的480路(或384路)
差分脉码调制(DPCM)
DPCM不对每一样值都进行量化，而是预测下一样值， 并量化实际值和预测值之间的差。
DPCM是基本的编码方法之一，在大量的压缩算法中被 采用，比如JPEG的DC分量就是采用DPCM编码的。
举例说明DPCM编码原理： 设DPCM系统预测器的预测值为前一个样值，假设输入信
号已经量化，差值不再进行量化。若系统的输入为{0 1 2 1 1 2 3 3 4 4 …}，则预测值为{0 0 1 2 1 1 2 3 3 4 …}， 差值为{0 1 1 –1 0 1 1 0 1 0 …}，差值的范围比输入样 值的范围有所减小，可以用较少的位数进行编码。
PCM在通信中的应用
PCM在通信中的应用
• 24路制的重要参数如下： 1. 每秒钟传送8000帧，每帧125 m s。 2. 12帧组成1复帧(用于同步)。 3. 每帧由24个时间片(信道)和1位同步位组成。 4. 每个信道每次传送8位代码，1帧有24 × 8 ＋1＝193位(位)。 5. 数据传输率R＝8000×193＝1544 kb/s。 6. 每一个话路的数据传输率＝8000×8=64 kb/s。 • 30路制的重要参数如下： 1. 每秒钟传送8000帧，每帧125 m s。 2. 16帧组成1复帧(用于同步)。 3. 每帧由32个时间片(信道)组成。 4. 每个信道每次传送8位代码。 5. 数据传输率：R＝8000×32×8＝2048 kb/s。 6. 每一个话路的数据传输率＝8000×8=64 kb/s。
pcm的前位为折叠码
pcm的前位为折叠码折叠码（Folded Code，简称FC）是一种编码方法，常用于通信和数据存储中。
PCM（脉冲编码调制）是其中的一种，它的前位是采用折叠码的形式。
在介绍PCM的前位为折叠码之前，让我们先了解一下PCM的基本原理。
PCM是一种模拟信号数字化的编码方式，它将连续的模拟信号转换成离散的数字信号，以便于传输和处理。
在PCM编码中，采样和量化是两个重要的过程。
首先，采样是指对模拟信号进行周期性抽样，将连续信号的离散样本进行采集，常见的采样频率有44.1kHz、48kHz等。
接下来是量化过程，将连续的模拟信号值映射到离散的数字信号取样值。
量化的目的是将连续变化的模拟信号转换为离散的几个级别，以便于存储和传输。
通常使用的量化位数有8位、16位、24位等。
而PCM的前位折叠码是指在采样和量化的基础上，对量化后的离散信号进行编码。
PCM编码采用二进制编码方式，将每个量化样本转换为二进制码字，以表示信号的幅值。
在实际应用中，PCM编码的前位常常采用折叠码的形式，也就是将二进制编码的前一半和后一半进行互换。
这样做的目的是为了减小输出码字的功率谱密度，减小对频带的占用，以提高传输的效率。
通过使用折叠码，PCM可以更加有效地利用传输带宽，同时减少数据传输中的误码率。
折叠码对信号的频带分布进行了优化，有效地降低了功率谱密度，在传输过程中能够提供更好的信号质量。
总结一下，PCM的前位为折叠码是一种编码方式，通过将二进制编码的前一半和后一半进行互换，可以提高信号的传输效率和质量。
PCM作为一种常用的数字信号编码方法，广泛应用于音频、视频和通信领域，为我们的数字生活提供了便利和优质的体验。
通过对PCM编码和折叠码的介绍，我们对这种编码方式有了更深入的了解。
在今后的通信和数据存储中，PCM的前位为折叠码将继续发挥重要的作用，为数字信号的传输和处理提供更好的方案。
pcm编解码指标
pcm编解码指标PCM编码和解码是数字音频处理中的重要技术之一。
PCM，即脉冲编码调制（Pulse Code Modulation），是一种将连续模拟信号转化为离散数字信号的编码方式。
在PCM编解码过程中，有许多指标被用来评估编解码的质量和性能。
下面将介绍一些常见的PCM编解码指标。
1.量化误差（Quantization Error）：量化误差是指PCM编码中模拟信号与其对应的量化级别之间的差值。
通常使用均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）来衡量量化误差的大小。
量化误差越小，代表编码质量越好。
2.信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）：信噪比是指信号的功率与噪声的功率之比。
在PCM编码中，信噪比衡量了编码过程中被量化误差引入的噪声水平。
信噪比越高，表示音频质量越好。
3.动态范围（Dynamic Range）：动态范围是指PCM编码中能够表示的最大信号强度与最小信号强度之间的差值。
动态范围越大，表示编码具有更好的动态范围，能够更准确地表示音频的细节。
4.编码器延迟（Encoder Delay）：编码器延迟是指PCM编码器将模拟信号转化为数字信号所需的时间延迟。
较低的编码器延迟可以提供更高的实时性能。
5.解码器延迟（Decoder Delay）：解码器延迟是指PCM解码器将数字信号转化为模拟信号所需的时间延迟。
较低的解码器延迟可以提供更高的实时性能。
6.比特率（Bitrate）：比特率是指编码后的数字信号所占用的数据量。
比特率越高，表示编码的数据量越大，音频质量可能越好。
7.采样率（Sample Rate）：采样率是指在PCM编码中模拟信号被采样的频率。
常见的采样率有8kHz、16kHz、44.1kHz等。
高采样率可以提高音频的质量，但同时也会增加数据量。
8.量化位数（Bit Depth）：量化位数表示每个样本用多少比特来表示。
较高的量化位数可以提高音频的准确性和动态范围，但同时也会增加数据量。
语音编码格式名词解释
语音编码格式名词解释
语音编码格式是指将语音信号转换为数字信号的过程，以便在数字通信系统中传输和存储。
以下是一些常见的语音编码格式及其解释：
1. PCM（脉冲编码调制）：将模拟语音信号转换为数字信号的最基本方法，每秒钟采样8000次，每次采样用8位或16位表示。
2. ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）：采用自适应算法对PCM信号进行压缩，从而减少传输带宽和存储空间。
3. MP3（MPEG音频层3）：一种有损压缩格式，通过去除人耳听不见的音频信号来减小文件大小。
4. AAC（高级音频编码）：一种有损压缩格式，比MP3更高效，可以实现更高质量的音频传输和存储。
5. Opus：一种开放源代码的音频编码格式，支持低延迟和高质量的音频传输。
学习技巧：
1. 熟悉常见的语音编码格式，了解它们的特点和适用场景。
2. 学习数字信号处理和音频编码的基本原理，包括采样、量化、压缩等。
3. 练习使用相关的工具和软件，如Audacity、FFmpeg等，实践音频编码和解码的过程。
4. 参考相关的文献和教程，了解最新的音频编码技术和发展趋势。
PCM(脉冲编码调制)介绍及PCM编码的原理 毕业论文---PCM量化13折线
PCM（脉冲编码调制）介绍及PCM编码的原理摘要在数字通信信道中传输的信号是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译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，还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。
而模拟信号数字化属信源编码范围，当然信源编码还包括并/串转换、加密和数据压缩。
这里重点讨论模拟信号数字化的基本方法——脉冲编码调制，而模拟信号数字化的过程（得到数字信号）一般分三步：抽样、量化和编码。
本文讲述了PCM（脉冲编码调制）的简单介绍，以及PCM编码的原理，并分别对PCM的各个过程，如基带抽样、带通抽样、13折线量化、PCM编码以及PCM 译码进行了详细的论述，并对各过程在MATLAB7.0上进行仿真，通过仿真结果，对语音信号的均匀量化以及非均匀量化进行比较，我们得出非均匀量化教均匀量化更加有优势。
关键词：脉冲编码调制抽样非均匀量化编码译码AbstractIn the digital communication channel signal is digital signal transmission, digital transmission with the microelectronics and computer technology, its advantages become increasingly evident, the advantage of strong anti-interference, distortion, transmission characteristics of stable, long-distance relay is not the accumulation of noise Can also be effective encoding, decoding and security codes to improve the effectiveness of communications systems, reliability and confidentiality.Digitized analog signal range of source coding is, of course, also include the source code and / serial conversion, encryption and data compression. This focus on the simulation of the basic methods of digital signals - pulse code modulation, while the analog signal the digital process (to get digital signals) generally three steps: sampling, quantization and coding.This paper describes the PCM (pulse code modulation) in a brief introduction, and the PCM coding theory, and were all on the PCM process, such as baseband sampling, bandpass sampling, 13 line quantization, PCM encoding and decoding PCM a detailed Are discussed and the process is simulated on MATLAB7.0, the simulation results, the uniformity of the speech signal quantification and comparison of non-uniform quantization, we have come to teach non-uniform quantization advantage of more than uniform quantizationKeywords：Pulse Code Modulation Sampling Non-uniform quantization Coding Decoding目录1 前言 (1)2 PCM原理 (2)2.1 引言 (2)2.2 抽样(Sampling) (3)2.2.1. 低通模拟信号的抽样定理 (3)2.2.2 抽样定理 (4)2.2.3. 带通模拟信号的抽样定理 (7)2.3 量化（Quantizing） (8)2.3.1 量化原理 (8)2.3.2均匀量化 (10)2.3.3 非均匀量化 (11)2.4 编码（Coding） (18)2.5 译码 (24)2.6 PCM处理过程的其他步骤 (26)2.7 PCM系统中噪声的影响 (27)3 算例分析 (29)3.1 无噪声干扰时PCM编码 (30)3.2 噪声干扰下的PCM编码 (36)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)1 前言数字通信系统中信道中传输的是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。
PCM编码详解
均匀量化
采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，那么这种量化称 为均匀量化。均匀量化就是采用相同的“等分尺”来度量采样得 到的幅度，也称为线性量化
量化后的样本值Y和原始值X的差E=Y-X称为量化误差或量化噪声
非均匀量化
非线性量化：对输入信号进行量化时，大的输入信号 采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔。 这样就可以在满足精度要求的情况下用较少的位数来 表示。声音数据还原时，采用相同的规则。
PCM 与音频编码
第3章 话音编码
重点：
脉冲编码调制(PCM) 增量调制与自适应增量调制 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）
难点：
非均匀量化 增量调制 子带编码
波形声音的数据压缩
波形声音的码率 = 取样频率 × 量化位数 × 声道数
全频带声音的压缩编码：
drawbacks : signal source(s) must be know码率(kb/s)
Examples : vo1 co极 低d2 er
4 低
8 16 中
32
64
混合编码(Hybrid compression)
Examples : CELP 4.8kb/s——16kb/s
脉冲编码调制(PCM)
在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据 之间定义了两种对应关系，一种称为m 律压扩 (companding)算法，另一种称为A律压扩算法。
采样频率为8 kHz，样本精度为13位、14位或者16位 的输入信号，使用m 律压扩编码或者使用A律压扩编 码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出 的数据率为64 kb/s。这就是CCITT推荐的G.711标准。
说明pcm编译码原理
说明pcm编译码原理PCM编码原理PCM编码是数字音频中最基本的编码方式之一，它将模拟信号转换为数字信号。
PCM是脉冲编码调制（Pulse Code Modulation）的缩写，它通过对模拟信号进行采样和量化来实现数字化。
采样过程采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
在PCM编码中，采样率是一个重要的参数，它表示每秒钟采集多少个样本。
通常，CD音质使用44.1kHz的采样率，而高清音质可以达到192kHz。
量化过程量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
在PCM编码中，量化等级表示每个样本可以表示多少个数字量化级别。
通常，CD 音质使用16位量化级别，而高清音质可以达到24位。
编码过程在PCM编码中，每个采样值被转换为一个二进制数，并存储在计算机内存或磁盘上。
例如，在CD音质下，每个采样值使用16位二进制数表示。
解码过程解码是将数字信号转换回模拟信号的过程。
在PCM编码中，解码器读取存储在计算机内存或磁盘上的数字信号，并将其转换为模拟信号。
解码器使用与编码器相同的采样率和量化级别来还原原始信号。
优缺点PCM编码具有以下优点：1. 简单易懂：PCM编码是最基本的数字音频编码方式之一，易于理解和实现。
2. 无损压缩：由于PCM编码不进行任何压缩，因此可以保证音频数据的完整性和质量。
3. 适用范围广泛：PCM编码可以适用于各种不同类型的音频数据，包括语音、音乐等。
但是，PCM编码也存在以下缺点：1. 数据量大：由于PCM编码不进行任何压缩，因此需要大量的存储空间来存储音频数据。
2. 编解码速度慢：由于需要对每个采样值进行编解码，因此处理速度比较慢。
3. 难以应对高质量需求：随着高清音质需求的增加，16位量化级别已经无法满足高质量音频需求。
因此，需要使用更高位数的量化级别来提高音频质量。
音频PCM编码
⾳频PCM编码
PCM编码
PCM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。
简⽽⾔之PCM就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
例如听到的声⾳就是模拟信号，然后对声⾳采样，量化，编码产⽣数字信号。
相对⾃然界声⾳信号，任何⾳频编码都是有损的，在计算机应⽤中，能达到⾼保真的就是PCM编码，因此PCM约定成俗成了⽆损编码，对于声⾳⽽⾔，我们通常采⽤PCM编码。
对于⾳频常见术语有采样率，采样⼤⼩，声道，⽐特率等。
参数
采样率，单位时间内采样次数，采样率越⾼，⾳质越好，⼈⽿听觉范围⼤致在20HZ-20KHZ，采样频率超过信号带宽2倍不会产⽣混迭，例如常⽤的规范采⽤44.1kHZ作为标准采样率，⼤于20kHZ两倍，所以44.1kHZ采样率⾜够⽤。
采样⼤⼩，存储空间常见的有8bit，16bit，32bit，64bit等，每个采样数据记录的是振幅，采样精度取决于空间⼤⼩，采样率和采样⼤⼩值越⼤，⾳质越好。
声道，常见的有单声道，双声道，双声道数据量⽐单声道⼤⼀倍。
例如 “44.1kHZ，16bit, 2channel” 格式，速率就是 44100 * 16 * 2 = 1411200 kpbs，如果pcm⽂件⼤⼩为10M，则播放时长 10 * 1024 * 1024 * 8 / 1411200 = 59.5s。
pcm编码规则
pcm编码规则
PCM编码规则是指基于脉冲编码调制技术实现的数字音频信号编码规范。
PCM编码的原理是将模拟音频信号通过抽样、量化和编码等步骤转换为数字信号，以便于数字化音频信号的存储、传输和处理。
PCM编码规则包括采样率、量化位数、编码方式等参数，不同的参数选择会对编码后的音频信号质量和数据量产生影响。
一般来说，采样率越高、量化位数越大、编码方式越复杂，编码后的音频信号质量越高，但数据量也会相应增大。
PCM编码规则在音频技术领域中广泛应用，是数字音频信号处理的基础。
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电脑音频技术了解音频编码与声音处理
电脑音频技术了解音频编码与声音处理音频编码是将声音信号转换为数字形式的过程，以便在计算机系统中存储、传输和处理。
声音处理则是对音频信号进行增强、去噪等处理的技术。
本文将介绍电脑音频技术中的音频编码和声音处理两个方面的基本知识。
一、音频编码音频编码是将模拟声音信号转换为数字形式的过程。
它的主要目的是压缩音频数据，以节省存储空间和传输带宽。
以下是几种常见的音频编码格式：1. PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）PCM是一种最基本的音频编码格式。
它将声音信号分为不同的采样点，并用数字表示每个采样点的幅度。
PCM编码无损，但数据量较大。
2. ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation，自适应差分脉冲编码调制）ADPCM是一种有损压缩的音频编码格式。
它通过根据连续采样点之间的差异来减少数据量。
尽管有些质量损失，但相对于PCM，它可以显著减小数据量。
3. MP3（MPEG Audio Layer-3）MP3是一种流行的音频编码格式，广泛应用于音乐压缩和传输领域。
MP3利用了人耳听觉特性，通过去除音频信号中的听觉冗余来实现高压缩率。
尽管MP3是有损压缩格式，但其音质在适当的比特率下仍能保持较高的品质。
4. AAC（Advanced Audio Coding，高级音频编码）AAC是一种用于音频压缩的格式，常用于数字音乐、互联网广播和移动通信等领域。
与MP3相比，AAC在相同比特率下提供更好的音质。
它还支持多通道编码和低延迟编码，适应了不同的应用需求。
二、声音处理声音处理是对音频信号进行一系列算法和技术加工，以实现去噪、降低噪音、声音增强等效果的过程。
以下是几种常用的声音处理技术：1. 噪音抑制噪音是影响音频质量的一个重要因素，因此，在音频处理中噪音抑制是一个关键技术。
常见的噪音抑制算法有谱减法、子带迭代抑制、计算感知阈值等。
2. 回声消除在通话或录音中，由于话筒和扬声器的采样和放音，通常会产生回声。
音频编码工作原理
音频编码工作原理音频编码是将声音信号转化为数字形式的过程，它是数字音频技术中的关键步骤之一。
在数字音频中，声音信号会被分割成多个小片段，并通过编码器将每个片段转换成数字数据。
通过压缩数据，音频文件的大小可以得到有效控制，同时保持音质的相对稳定。
本文将详细介绍音频编码的工作原理以及常见的音频编码算法。
一、PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）是最基本的音频编码方式之一。
它根据声音信号的幅度对时间进行采样，将每个采样点的振幅值量化为一个数字，并将这些数字表示为二进制数。
PCM编码常见的采样率有8kHz、16kHz、44.1kHz等，其中44.1kHz是音频CD的标准采样率。
PCM编码对音频信号进行一定程度的压缩，但并不是高效的压缩算法。
由于PCM编码的数据量较大，因此在适用于存储和传输的场景下，需要引入更高效的音频编码算法。
二、压缩编码为了减小音频文件的大小，提高存储和传输的效率，人们开发了各种音频压缩编码算法。
下面介绍两种常见的音频压缩编码算法：1. MP3编码MP3（MPEG Audio Layer 3）是一种常用的音频压缩编码算法。
MP3编码利用人耳对声音信号的感知特性，通过删除或减弱人耳无法察觉的信号成分来实现压缩。
MP3编码器会分析音频信号的频域特征，对其中的冗余信息和听不到的声音信号进行压缩。
2. AAC编码AAC（Advanced Audio Coding）是一种更先进的音频压缩编码算法。
AAC编码在MP3编码的基础上进一步优化了压缩效率，并提供更好的音质。
相对于MP3，AAC编码更适用于高质量音频的存储和传输，例如音乐流媒体和音频CD。
三、音频编码的应用音频编码技术在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个典型的应用场景：1. 音乐播放器音频编码技术使得音乐播放器能够存储和播放大量的音频文件。
通过高效的音频压缩算法，音乐播放器能够在保证音质的同时，实现较小的音频文件体积，便于存储和传输。
pcm编码原理
pcm编码原理PCM编码原理PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制是一种数字信号处理技术，用于将模拟信号转换为数字信号。
PCM编码原理是将模拟信号采样、量化和编码为数字信号，以便在数字系统中传输、存储和处理。
一、采样采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
在采样过程中，模拟信号按照一定的时间间隔进行抽取，每个时间间隔内只取一个样本值。
采样定理规定，在进行采样时，采样频率必须大于等于被采样信号最高频率的两倍，才能保证重建出原始信号。
二、量化量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号幅度值的过程。
在量化过程中，每个采样值被映射到最接近的离散级别。
量化级数越多，表示精度越高，但数据量也越大。
三、编码编码是将量化后的离散数值表示为二进制数的过程。
在PCM编码中，通常使用补码表示有符号整数，在补码表示中负数用其正值的补码表示。
四、压缩PCM编码的数据量较大，为了减少数据传输和存储的开销，需要进行压缩。
常用的压缩技术有无损压缩和有损压缩。
无损压缩可以还原出原始数据，但压缩比较低；有损压缩可以达到更高的压缩比，但会丢失一定的信息。
五、解码解码是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在PCM解码中，首先将二进制数转换为模拟量幅度值，然后进行重建滤波以还原出原始模拟信号。
六、应用PCM编码广泛应用于音频、视频、图像等领域。
在音频领域中，CD 音质采用16位PCM编码，采样率为44.1kHz；在视频领域中，DVD 影片采用MPEG-2编码格式，并使用PCM声音轨道。
七、总结PCM编码原理是将模拟信号采样、量化和编码为数字信号，并进行压缩和解码以便在数字系统中传输、存储和处理。
采样定理规定，在进行采样时，采样频率必须大于等于被采样信号最高频率的两倍才能保证重建出原始信号。
PCM编码广泛应用于音频、视频、图像等领域。
PCM编码详解
均匀量化
采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，那么这种量化称 为均匀量化。均匀量化就是采用相同的“等分尺”来度量采样得 到的幅度，也称为线性量化 量化后的样本值Y和原始值X的差E=Y-X称为量化误差或量化噪声
非均匀量化
非线性量化：对输入信号进行量化时，大的输入信号 采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔。 这样就可以在满足精度要求的情况下用较少的位数来 表示。声音数据还原时，采用相同的规则。 在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据 之间定义了两种对应关系，一种称为µ 律压扩 (companding)算法，另一种称为A律压扩算法。 采样频率为8 kHz，样本精度为13位、14位或者16位 的输入信号，使用µ 律压扩编码或者使用A律压扩编 码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出 的数据率为64 kb/s。这就是CCITT推荐的G.711标准。
预测参数的最佳化依赖于信源的统计特性，要得到 最佳的预测参数是一件繁琐的工作。 而采用固定的预测参数 固定的预测参数往往又得不到好的性能。为 固定的预测参数 了既能使性能较佳，又不致于有太大的工作量，可 以将上述两种方法折衷考虑，采用自适应预测
数字网络等级 美国 kb/s话路数 64 kb/s话路数 总传输率(Mb/s) 总传输率(Mb/s) 数字网络等级 欧洲 kb/s话路数 64 kb/s话路数 总传输率(Mb/s) 总传输率(Mb/s) 日本 kb/s话路数 64 kb/s话路数 总传输率(Mb/s) 总传输率(Mb/s) T1/E1 24 1.544 1 30 2.048 24 1.544 T2/E2 96 6.512 2 120 8.448 96 6.312 T3/E3 672 44.736 3 480 34.368 480 32.064 T4/E4 4.32 274.176 4 1920 139.264 1440 97.728 5 7680 5600 T5/E5
PCM原理及应用
PCM原理及应用PCM（Pulse Code Modulation）是一种脉冲编码调制技术，通常用于将模拟信号转换为数字信号。
PCM利用采样、量化和编码三个步骤将连续变化的模拟信号离散化为一系列脉冲编码，然后通过传输、存储等方式进行处理和传输。
1.采样：连续的模拟信号经过等间隔的时间采样，将每个采样点的幅值转换为数字形式的样本点。
2.量化：对采样得到的模拟信号样本进行量化处理，将其限定在有限的取值范围内。
量化过程中，将二进制码的位数确定为N位，最大量化误差为±Δ，Δ为量化间隔。
3.编码：将量化后的样本点，通过一定的编码方式进行处理，将其转换为相应的二进制码串。
PCM应用：2.音频存储与播放：音频数据在存储和播放时常使用PCM编码。
将模拟音频信号转换为数字信号，可以有效降低信号丢失和失真，提供更高质量的音频播放效果。
3.彩色视频压缩：在彩色视频压缩中，PCM技术可以用于将RGB信号转换为数字信号。
利用PCM的原理，可以对每个像素点的亮度和色度进行采样和编码，实现对彩色视频的压缩和存储。
4.音频信号处理：PCM被广泛应用于音频信号的数字处理中，常用于音频信号变换、滤波、混音等处理过程。
PCM编码的数字信号具有稳定性和可处理性，方便进行各种音频信号处理。
5.图像处理：在图像处理中，PCM技术可以用于灰度图像的数字化处理。
通过对图像的采样、量化和编码，将图像转换为数字信号，方便进行图像处理和存储。
总结：PCM是一种将模拟信号转换为数字信号的编码技术，通过采样、量化和编码等步骤，将连续的模拟信号离散化为一系列脉冲编码。
PCM广泛应用于通信系统、音频存储与播放、彩色视频压缩、音频信号处理和图像处理等领域，提高了信号传输和处理的效率和质量。
PCM编码
1、PCM编码PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。
前面的文字我们提到了PCM大致的工作流程，我们不需要关心PCM最终编码采用的是什么计算方式，我们只需要知道PCM编码的音频流的优点和缺点就可以了。
PCM编码的最大的优点就是音质好，最大的缺点就是体积大。
我们常见的Audio CD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息。
2、WAVE这是一种古老的音频文件格式，由微软开发。
WAV是一种文件格式，符合PIFF Resource Interchange File Format规范。
所有的WAV都有一个文件头，这个文件头音频流的编码参数。
WAV对音频流的编码没有硬性规定，除了PCM之外，还有几乎所有支持ACM规范的编码都可以为WAV的音频流进行编码。
很多朋友没有这个概念，我们拿AVI做个示范，因为AVI和WAV在文件结构上是非常相似的，不过AVI多了一个视频流而已。
我们接触到的AVI有很多种，因此我们经常需要安装一些Decode才能观看一些AVI，我们接触到比较多的DivX就是一种视频编码，AVI可以采用DivX编码来压缩视频流，当然也可以使用其他的编码压缩。
同样，WAV也可以使用多种音频编码来压缩其音频流，不过我们常见的都是音频流被PCM编码处理的WAV，但这不表示WAV只能使用PCM编码，MP3编码同样也可以运用在WAV中，和AVI一样，只要安装好了相应的Decode，就可以欣赏这些WAV了。
在Windows平台下，基于PCM编码的WAV是被支持得最好的音频格式，所有音频软件都能完美支持，由于本身可以达到较高的音质的要求，因此，WAV 也是音乐编辑创作的首选格式，适合保存音乐素材。
因此，基于PCM编码的WAV被作为了一种中介的格式，常常使用在其他编码的相互转换之中，例如MP3转换成WMA。
2、MP3编码MP3作为目前最为普及的音频压缩格式，为大家所大量接受，各种与MP3相关的软件产品层出不穷，而且更多的硬件产品也开始支持MP3，我们能够买到的VCD/DVD播放机都很多都能够支持MP3，还有更多的便携的MP3播放器等等，虽然几大音乐商极其反感这种开放的格式，但也无法阻止这种音频压缩的格式的生存与流传。
PCM编码详解解析
表3-02 多次复用的数据传输率
PCM在通信中的应用
• • • • • PCM信号复用的复杂程度，通常用“群(group)”表示 一次群(基群)的30路(或24路),北美叫做T1远距离数字通信线， 在欧洲叫做E1远距离数字通信线和E1等级。 二次群的120路(或96路) 三次群的480路(或384路)
m 律压扩和A律压扩
m 律压扩： 北美和日本等地区 13位PCM编码转换城8位。 A律压扩 欧洲和中国大陆等地区， 14位PCM编码转换城8位 输出信号均为64Kb/s
PCM在通信中的应用
提高线路利用率通常用下面两种方法 频分多路复用 :把传输信道的频带分成好几个窄带，每个窄 带传送一路信号。例如，一个信道的频带为1400 Hz，把这个 信道分成4个子信道(subchannels)：820～990 Hz, 1230～ 1400 Hz, 1640～1810 Hz和2050～2220 Hz，相邻子信道间相 距240 Hz，用于确保子信道之间不相互干扰。每对用户仅占 用其中的一个子信道。这是模拟载波通信的主要手段。 时分多路复用:把传输信道按时间来分割，为每个用户指定一 个时间间隔，每个间隔里传输信号的一部分，这样就可以使 许多用户同时使用一条传输线路。这是数字通信的主要手段。 例如，话音信号的采样频率f＝8000 Hz，它的采样周期＝125 m s，这个时间称为1帧(frame)。在这个时间里可容纳的话路 数有两种规格：24路制和30路制。
数字网络等级 美国 64 kb/s话路数 总传输率(Mb/s) 数字网络等级 欧洲 64 kb/s话路数 T1/E1 24 1.544 1 30 T2/E2 96 6.512 2 120 T3/E3 672 44.736 3 480 T4/E4 4.32 274.176 4 1920 5 7680 T5/E5
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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m 律压扩和A律压扩
m 律压扩： 北美和日本等地区 13位PCM编码转换城8位。 A律压扩 欧洲和中国大陆等地区， 14位PCM编码转换城8位 输出信号均为64Kb/s
PCM在通信中的应用
提高线路利用率通常用下面两种方法 频分多路复用 :把传输信道的频带分成好几个窄带，每个窄 带传送一路信号。例如，一个信道的频带为1400 Hz，把这个 信道分成4个子信道(subchannels)：820～990 Hz, 1230～ 1400 Hz, 1640～1810 Hz和2050～2220 Hz，相邻子信道间相 距240 Hz，用于确保子信道之间不相互干扰。每对用户仅占 用其中的一个子信道。这是模拟载波通信的主要手段。 时分多路复用:把传输信道按时间来分割，为每个用户指定一 个时间间隔，每个间隔里传输信号的一部分，这样就可以使 许多用户同时使用一条传输线路。这是数字通信的主要手段。 例如，话音信号的采样频率f＝8000 Hz，它的采样周期＝125 m s，这个时间称为1帧(frame)。在这个时间里可容纳的话路 数有两种规格：24路制和30路制。
例如， Microsoft 的ADPCM采 用二预测参数，提供7 组预测系数，如右表 所示。编码时，根据 选定的准则(如最小均 方误差准则)，每个编 码区间自动地选取一 组最佳的参数。
系数集 系数1
0 1 2 3 256 512 0 192
系数2
0 -256 0 64
4
5 6
240
460 392
0
DPCM
实验表明，经过DPCM调制后的信号， 其传输的比特率要比PCM的低，相应要 求的系统传输带宽也大大地减小了。 此外，在相同比特速率条件下，DPCM比 PCM信噪比也有很大的改善。与ΔM相比， 由于它增多了量化级，因此，在改善量 化噪声方面优于ΔM系统。 DPCM的缺点是易受到传输线路上噪声 的干扰，在抑制信道噪声方面不如ΔM。
通过此算法可将样点编码成4bit的码流，一个 符号位和三个幅度位。
ADPCM
该算法较简单，通过查表简化了运算。 对于编码后的数据我们采用了wav文件格式， 该格式对编码后的数据流进行了包装，由文件 头和数据码流组成，文件头中指出了音频数据 所采用格式、采样率、比特率、块长度、比特 数及声道数等信息。数据码流以块为单位，块 头指出了该块起始的预测值和index值，码流中 每byte的高四位和低四位分别对应一个PCM。 当前该算法以其简单实用的特点广泛应用到数 字音乐盒和数字录音笔中。
表3-02 多次复用的数据传输率
PCM在通信中的应用
• • • • • PCM信号复用的复杂程度，通常用“群(group)”表示 一次群(基群)的30路(或24路),北美叫做T1远距离数字通信线， 在欧洲叫做E1远距离数字通信线和E1等级。 二次群的120路(或96路) 三次群的480路(或384路)
PCM在通信中的应用
PCM在通信中的应用
• 1. 2. 3. 4. 5. 6. • 1. 2. 3. 4. 5. 6. 24路制的重要参数如下： 每秒钟传送8000帧，每帧125 m s。 12帧组成1复帧(用于同步)。 每帧由24个时间片(信道)和1位同步位组成。 每个信道每次传送8位代码，1帧有24 × 8 ＋1＝193位(位)。 数据传输率R＝8000×193＝1544 kb/s。 每一个话路的数据传输率＝8000×8=64 kb/s。 30路制的重要参数如下： 每秒钟传送8000帧，每帧125 m s。 16帧组成1复帧(用于同步)。 每帧由32个时间片(信道)组成。 每个信道每次传送8位代码。 数据传输率：R＝8000×32×8＝2048 kb/s。 每一个话路的数据传输率＝8000×8=64 kb/s。
中 参数编码,源编码 (Production model-based 差 compression ) 模型编码（源编码） 坏 benefits : highest possible compression 2.4Kb/s 码率(kb/s) drawbacks : signal source(s) must be know 1 2 4 8 16 32 64 极 中 Examples : vocoder 低 低
-208 -232
自适应量化：根据信号分布不均匀的特点，系统具有 随输入信号的变化而改变量化区间大小, 以保持输入给 量化器的信号基本均匀的能力，这种能力称为自适应 量化。
数字网络等级 美国 64 kb/s话路数 总传输率(Mb/s) 数字网络等级 欧洲 64 kb/s话路数 T1/E1 24 1.544 1 30 T2/E2 96 6.512 2 120 T3/E3 672 44.736 3 480 T4/E4 4.32 274.176 4 1920 5 7680 T5/E5
差分脉码调制（DPCM） 自适应差分脉码调制（ADPCM）
DPCM
DPCM编码,简称差值编码，是对模拟信号幅度 抽样的差值进行量化编码的调制方式(抽样差 值的含义请参见“增量调制”)。 原始的模拟信号经过时间采样，然后对每一样 值进行量化，作为数字信号传输。 这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的 抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可 以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号 的数字通信之中。
DPCM
对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时 斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用 简单增量调制进行编码， 除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音 节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方 法，只能采用瞬时压扩的方法。 但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这 类瞬时斜率比较大的信号，通常采用一种综合 了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方 法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量 调制，或称差值脉码调制，用DPCM表示。
差分脉码调制(DPCM)
DPCM不对每一样值都进行量化，而是预测下一样值， 并量化实际值和预测值之间的差。 DPCM是基本的编码方法之一，在大量的压缩算法中被 采用，比如JPEG的DC分量就是采用DPCM编码的。
举例说明DPCM编码原理： 设DPCM系统预测器的预测值为前一个样值，假设输入信 号已经量化，差值不再进行量化。若系统的输入为{0 1 2 1 1 2 3 3 4 4 „}，则预测值为{0 0 1 2 1 1 2 3 3 4 „}， 差值为{0 1 1 –1 0 1 1 0 1 0 „}，差值的范围比输入样 值的范围有所减小，可以用较少的位数进行编码。
PCM 与音频编码
第3章 话音编码
重点：
脉冲编码调制(PCM) 增量调制与自适应增量调制 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM） 非均匀量化 增量调制 子带编码
难点：
波形声音的数据压缩
波形声音的码率 = 取样频率 × 量化位数 × 声道数
全频带声音的压缩编码：
第1代压缩编码：PCM编码 第2代压缩编码：感知声音编码
均匀量化
采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，那么这种量化称 为均匀量化。均匀量化就是采用相同的“等分尺”来度量采样得 到的幅度，也称为线性量化 量化后的样本值Y和原始值X的差E=Y-X称为量化误差或量化噪声
非均匀量化
非线性量化：对输入信号进行量化时，大的输入信号 采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔。 这样就可以在满足精度要求的情况下用较少的位数来 表示。声音数据还原时，采用相同的规则。 在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据 之间定义了两种对应关系，一种称为m 律压扩 (companding)算法，另一种称为A律压扩算法。 采样频率为8 kHz，样本精度为13位、14位或者16位 的输入信号，使用m 律压扩编码或者使用A律压扩编 码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出 的数据率为64 kb/s。这就是CCITT推荐的G.711标准。
声音数字化有两个步骤：第一步是采样，就是每隔一 段时间间隔读一次声音的幅度；第二步是量化，就是 把采样得到的声音信号幅度转换成数字值。但那时并 没有涉及如何进行量化。量化有好几种方法，但可归 纳成两类：一类称为均匀量化，另一类称为非均匀量 化。采用的量化方法不同，量化后的数据量也就不同。 因此，可以说量化也是一种压缩数据的方法。
数字语音的压缩编码：
波形编码 参数编码（模型编码） 混合编码
语音压缩编码的3类方法
波形编码 (Perception model-based compression) benefits : generic 语音质量 drawbacks : highest compression rates are difficult to 优 achieve >16kb/s 混合编码 Subband Examples :良 PCM, ADPCM, 波形编码
DPCM
这种调制方式的主要特点是把增量值分为个等 级，然后把个不同等级的增量值编为位二进制 代码( )再送到信道传输，因此，它兼有增量调 制和PCM的各自特点。 设这个误差电压经过量化后变为个电平中的一 个，电平间隔可以相等，也可以不等，这里认 为它是间隔相等的均匀量化。 量化了的误差电压经过脉冲调制器变为PAM脉 冲序列，这个PAM信号一方面经过PAM编码器 编码后得到DPCM信号发送出去。另一方面把 它经过积分器后变为与输入信号x(t)进行比较， 通过相减器得到误差电压e(t)。
自适应差分脉码调制(ADPCM)
具体方法是：预测参数仍采用固定的；但此时 有多组预测参数可供选择。这些预测参数根据 常见的信源特征求得。编码时具体采用哪组预 测参数根据信源的特征来自适应的确定。 为了自适应地选择最佳参数，通常将信源数据 分区间编码，编码时自动地选择一组预测参数， 使该区间实际值与预测值的均方误差最小。随 着编码区间的不同，预测参数自适应的变化， 以达到准最佳预测。