36模拟信号的数字化处理PPT课件
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模拟信号数字化基础幻灯片PPT
... -3q -2q -q
xq (nTs )
q 2q 3q ...
xs (nTs )
e q
xs (nTs ) 31
BUPT Information Theory & Technology Center
3.1.1.2 量化
• 截断法
p(e)
1 q
e q
图3- 12截断法量化误差的概率分布图
• 平均误差：
– 缺点：获取相同信息的时间变长
20
BUPT Information Theory & Technology Center
3.1.1.1 采样
采样控制方式
无条件采样 条件采样
查询方式 中断方式 DMA方式
21
BUPT Information Theory & Technology Center
3.1.1.1 采样
• 条件采样
– 需要等到系统满足一定的条件才开始采样 – 查询：
• CPU需不断检查模数转换状态 • 编程简单，要求硬件资源少，但占用较多CPU机时
– 中断：
• 通过响应中断来暂停主程序，以执行中断服务程序 • 占用的CPU机时较少，要求硬件资源多，编程复杂
– DMA：由硬件完成数据的传输操作
23
BUPT Information Theory & Technology Center
3.1.1.2 量化
• 量化信噪比
( FSR )2
2
æ FSR ö
SNR = s 2 = 12èç q ø÷
e
由于 q = FSR
2n
q / 2t
SNR 12 22n SNR (6.02n 10.8)dB ➢ 增加模数转换器的位数可以减小量化器的量化误差。
xq (nTs )
q 2q 3q ...
xs (nTs )
e q
xs (nTs ) 31
BUPT Information Theory & Technology Center
3.1.1.2 量化
• 截断法
p(e)
1 q
e q
图3- 12截断法量化误差的概率分布图
• 平均误差：
– 缺点：获取相同信息的时间变长
20
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3.1.1.1 采样
采样控制方式
无条件采样 条件采样
查询方式 中断方式 DMA方式
21
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3.1.1.1 采样
• 条件采样
– 需要等到系统满足一定的条件才开始采样 – 查询：
• CPU需不断检查模数转换状态 • 编程简单，要求硬件资源少，但占用较多CPU机时
– 中断：
• 通过响应中断来暂停主程序，以执行中断服务程序 • 占用的CPU机时较少，要求硬件资源多，编程复杂
– DMA：由硬件完成数据的传输操作
23
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3.1.1.2 量化
• 量化信噪比
( FSR )2
2
æ FSR ö
SNR = s 2 = 12èç q ø÷
e
由于 q = FSR
2n
q / 2t
SNR 12 22n SNR (6.02n 10.8)dB ➢ 增加模数转换器的位数可以减小量化器的量化误差。
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
ห้องสมุดไป่ตู้
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)
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)
现代通信技术之模拟信号数字化(ppt 67页)
人民邮电出版社
现代通信技术
2
衡量数字通信系统可靠性的主要指标是误 码率和信号抖动。
(1) 在传输过程中发生误码的码元个数与传输 的总码元数之比。
(2) 在数字通信系统中，信号抖动是指数字信 号码元相对于标准位置的随机偏移。
人民邮电出版社
2.3 语声信号数字化编码
2.3.1 语声信号编码的基本概念及分类 2.3.2 2.3.3 差值脉冲编码调制 2.3.4 时分多路复用
返回
人民邮电出版社
现代通信技术 (2) μ律和A律压缩特性 ① μ律压扩特性 μ律压缩特性表示式为：
y 1 ln(1 X ) ln(1 )
② A律压扩特性
以A为参量的压扩特性叫做A律特性。 A律特性的表示式为
y AX 1 ln A
y 1 ln A X 1 lmA
0 X 1 A
1 X 1 A
语声信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足 抽样定理的最低抽样频率应为fsmm=6800Hz,为了留 有一定的防卫带，原CCITT规定语音信号的抽样频 率为fs=8000Hz，这样，就留出了8000–6800=1200Hz 作为滤波器的防卫带。
人民邮电出版社
现代通信技术
3
· · 实行抽样的开关函数是单位冲激脉冲序列， 即理想抽样； · 通过理想低通滤波器恢复原语声信号。
ema (u)=Δ/2
但在过载区内的量化误差，即过载量化误差 则会大于Δ/2。
人民邮电出版社
现代通信技术
非过载区内量化噪声功率应为：
2 1 ()2
12
或
2
U2 3N 2
人民邮电出版社
现代通信技术
根据信噪比的定义，我们可求得量化信噪比， 即信号功率与量化噪声功率之比，可表示为：
现代通信技术
2
衡量数字通信系统可靠性的主要指标是误 码率和信号抖动。
(1) 在传输过程中发生误码的码元个数与传输 的总码元数之比。
(2) 在数字通信系统中，信号抖动是指数字信 号码元相对于标准位置的随机偏移。
人民邮电出版社
2.3 语声信号数字化编码
2.3.1 语声信号编码的基本概念及分类 2.3.2 2.3.3 差值脉冲编码调制 2.3.4 时分多路复用
返回
人民邮电出版社
现代通信技术 (2) μ律和A律压缩特性 ① μ律压扩特性 μ律压缩特性表示式为：
y 1 ln(1 X ) ln(1 )
② A律压扩特性
以A为参量的压扩特性叫做A律特性。 A律特性的表示式为
y AX 1 ln A
y 1 ln A X 1 lmA
0 X 1 A
1 X 1 A
语声信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足 抽样定理的最低抽样频率应为fsmm=6800Hz,为了留 有一定的防卫带，原CCITT规定语音信号的抽样频 率为fs=8000Hz，这样，就留出了8000–6800=1200Hz 作为滤波器的防卫带。
人民邮电出版社
现代通信技术
3
· · 实行抽样的开关函数是单位冲激脉冲序列， 即理想抽样； · 通过理想低通滤波器恢复原语声信号。
ema (u)=Δ/2
但在过载区内的量化误差，即过载量化误差 则会大于Δ/2。
人民邮电出版社
现代通信技术
非过载区内量化噪声功率应为：
2 1 ()2
12
或
2
U2 3N 2
人民邮电出版社
现代通信技术
根据信噪比的定义，我们可求得量化信噪比， 即信号功率与量化噪声功率之比，可表示为：
通信原理教程模拟信号的数字化课件
数字信号的复原通常采用逆变换的方法，即根据原始信号的采样样本，通过相应的数学模型和算法，还原出原始信号的波形。
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
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
第2章模拟信号数字化传输概论PPT课件
9
2.2.1 低通信号的抽样定理
定义：一个频带限制在 fm 以下的连续信号 m( t )，可以唯一
的用时间间隔
Ts
的抽1 样值序列来确定。
2 fm
或：若连续信号 m( t ) 的频带限制在 fm 以下，则当抽样信 号频率满足 fs ≥ 2 fm ，并对 m( t ) 进行抽样，必能从
所得样值序列中恢复 m( t ) 。
用模拟基带信号m（t）去控制脉冲序列的某个参量（振 幅、宽度和位置），使其随m（t）的规律变化。 分类
▪ 脉冲振幅调制(PAM) ▪ 脉冲宽度调制(PDM) ▪ 脉冲位置调制(PPM)
15
模拟脉冲调制波形
（a）模拟基带信号 (c) PDM信号
(b) PAM信号 (d) PPM信号
16
实际抽样： （1）自然抽样（平顶抽样）：抽样后信号顶部和元模拟信号 一致。 (2) 平顶抽样（瞬时抽样）：抽样信号中的脉冲均具有相同 的形状——顶部平坦的矩形脉冲， 矩形脉冲的幅度值即为抽 样的瞬时值。
2
2.1 概述
1、利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：
❖ 把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)； ❖ 进行数字方式传输； ❖ 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。
把发端的A/D变换称为信源编码，而收端的 D/A变换称为信源译码，如语音、图像信号 的数字化分别叫做语音、图像编码。
3
2.1 概述
模拟 信息源
抽样、量化 和编码
数字 通信系统
译码和低通 滤波
m(t) 模拟随机信号
{s }
k
数字随机序列
{s }
k
数字随机序列
m(t) 模拟随机信号
图2.2 – 1 模拟信号的数字传输原理图
2.2.1 低通信号的抽样定理
定义：一个频带限制在 fm 以下的连续信号 m( t )，可以唯一
的用时间间隔
Ts
的抽1 样值序列来确定。
2 fm
或：若连续信号 m( t ) 的频带限制在 fm 以下，则当抽样信 号频率满足 fs ≥ 2 fm ，并对 m( t ) 进行抽样，必能从
所得样值序列中恢复 m( t ) 。
用模拟基带信号m（t）去控制脉冲序列的某个参量（振 幅、宽度和位置），使其随m（t）的规律变化。 分类
▪ 脉冲振幅调制(PAM) ▪ 脉冲宽度调制(PDM) ▪ 脉冲位置调制(PPM)
15
模拟脉冲调制波形
（a）模拟基带信号 (c) PDM信号
(b) PAM信号 (d) PPM信号
16
实际抽样： （1）自然抽样（平顶抽样）：抽样后信号顶部和元模拟信号 一致。 (2) 平顶抽样（瞬时抽样）：抽样信号中的脉冲均具有相同 的形状——顶部平坦的矩形脉冲， 矩形脉冲的幅度值即为抽 样的瞬时值。
2
2.1 概述
1、利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：
❖ 把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)； ❖ 进行数字方式传输； ❖ 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。
把发端的A/D变换称为信源编码，而收端的 D/A变换称为信源译码，如语音、图像信号 的数字化分别叫做语音、图像编码。
3
2.1 概述
模拟 信息源
抽样、量化 和编码
数字 通信系统
译码和低通 滤波
m(t) 模拟随机信号
{s }
k
数字随机序列
{s }
k
数字随机序列
m(t) 模拟随机信号
图2.2 – 1 模拟信号的数字传输原理图
自动控制原理-模拟信号的数字化
如果模拟信号 xt是带通信号，其角频率限制在 fL
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）
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）
《模拟信号处理》PPT课件
测试技术基础
5.2.1 运算放大器的符号及特点
集成运算放大器具有开环电 压增益高、输入阻抗高、输出阻 抗低、漂移小、可靠性高、体积 小等主要特点，所以它已成为一 种通用器件，在各个技术领域中 得到了十分广泛而灵活的应用。
第五章 模拟信号处理
25/121
杭州电子科技大学机械工程学院
测试技术基础
第五章 模拟信号处理
第五章 模拟信号处理
导线间存在的分布电容
电桥平衡时满足 Z1Z3 Z2Z4
所以
R 1 R 3 R 2 R 4或 R R 1 2 R R 4 3 ; R 3 C 2 R 4 C 1或 R R 4 3 C C 2 1
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杭州电子科技大学机械工程学院
测试技术基础
第五章 模拟信号处理
5.1.2 交流电桥
所以
z1z3 z2 z4
1 3 2
4
此式表明，交流电桥平衡必须同时满足两个条件，即相
对两臂阻抗之模的乘积应相等，相对两臂阻抗角之和也必须
相等。 哪几种组合？？
14/121
32
杭州电子科技大学机械工程学院
测试技术基础
第五章 模拟信号处理
5.1.2 交流电桥
2. 电容电桥、电感电桥的平衡 阻抗平衡条件为
5.1.2 交流电桥 4. 差动工作电桥
当有被测信号输入，传感器工作时，Z1ZZ,Z2ZZ并,
取 R3 R4 R，得
Uo (Z1Z1Z Z32)(Z Z32Z4Z4)Uo
U oR 2 (R Z( Z Z )Z RZ (Z Z Z ))UU 2 Z Z
取 Z R s j L , Z j L
R1
1
jC1
R3
R4
模拟信号数字化幻灯片
（ 0） π 0 0 π π π 0 π π (π) 0 π π 0 0 0 π 0 0
由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字 信息序列的绝对码变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对调相， 从而产生二进制差分信号。
DPSK相干解调原理
2DPSK相干解调的原理：对 2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对 码，再进过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字 信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相 对码也可能是“1”和“0”的倒置，但是经差分译码得到的绝对码不 会发生任何倒置的现象。
% c=zeros(1,length(codi)*r);
% for k=1:length(codi) %
% % % for j=1:length(cod(k,:))
l=length(cod(k,:));
c((k-1)*r+j)=str2num(cod(k,j)); end
% end
DPSK调制原理
模拟的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的 均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，则信号量化噪声功率比 也就很小，这样的话化信噪比就难以达到给定的要求。为了克服这个 缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同 区间来确定量化间隔的。 实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀 量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种 对数压缩律是 压缩律和A压缩律。美国采用 压缩律，我国和欧洲各 国均采用A压缩律。
s=s1/max(abs(s1)); %信号归一化
y=Alaw(s); %A律量化 [qu c] = u_quantize(y,n); qu1=decode(c,length(s),ceil(log2(n))+1); x=invAlaw(qu1); x=x*max(abs(s1)); plot(t,s1) hold on plot(t,x,'r') figure(2)
通信原理 第四章 模拟信号的数字化
段落序号
8 7 6
12
11 10
1100
1011 1010 1001
段落码 c2 c3 c4
111 110 101
9
8
7 6 5
1000
0111 0110 0101
5
4 3 2
100
011 010 001
4
3 2 1
0100
0011 0010 0001
1
000
0
0000
18
4.4.3 PCM系统的量化噪声
2 b 2 mi a i 1 mi 1 M
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 mi a iv
q i a i v
v 2
求信号sk的平均功率 ：
S E ( s k ) s k f ( s k )dsk
S / Nq 22(B/fH )
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B按指数规律增长。
19
4.5 差分脉冲编码调制
4.5.1差分脉冲编码调制(DPCM)的原理
线性预测基本原理
线性预测 利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值 预测误差 当前抽样值和预测值之差 由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误 差的取值范围较小。 对较小的误差值编码，可以降低比特率。
正极性
负极性
折叠二进制码的特点： 有映像关系，最高位可以表示极性，使编码电路简化； 误码对小电压影响小，可减小语音信号平均量化噪声。
17
13折线法中采用的折叠码
8 7 6
12
11 10
1100
1011 1010 1001
段落码 c2 c3 c4
111 110 101
9
8
7 6 5
1000
0111 0110 0101
5
4 3 2
100
011 010 001
4
3 2 1
0100
0011 0010 0001
1
000
0
0000
18
4.4.3 PCM系统的量化噪声
2 b 2 mi a i 1 mi 1 M
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 mi a iv
q i a i v
v 2
求信号sk的平均功率 ：
S E ( s k ) s k f ( s k )dsk
S / Nq 22(B/fH )
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B按指数规律增长。
19
4.5 差分脉冲编码调制
4.5.1差分脉冲编码调制(DPCM)的原理
线性预测基本原理
线性预测 利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值 预测误差 当前抽样值和预测值之差 由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误 差的取值范围较小。 对较小的误差值编码，可以降低比特率。
正极性
负极性
折叠二进制码的特点： 有映像关系，最高位可以表示极性，使编码电路简化； 误码对小电压影响小，可减小语音信号平均量化噪声。
17
13折线法中采用的折叠码
模拟信号的数字化(通信原理)
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
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
第2章--模拟信号的数字化传输PPT课件
结论 ：
1）均匀量化器的量化信噪比（SNR）dB，除了与
编码位数n有关以外，还与输入信号强度(如Ue)有 密切联系。
-
29
2）均匀量化时，编码位数n不变，输入信号强度 过小或过大都会使量化信噪比降低； 3）为了保证量化信噪比的要求（即最低量化信噪 比满足规定），均匀量化的编码位数n比较大，否 则在输入小信号时量化信噪比达不到传输要求。
-
8
例2-1 试求下列带通信号的无失真抽样速率Fs 1) 信号频率范围为2～2.5MHz 2) 信号频率范围为312～552kHz
解：1） 已知fL =2 MHz， fH =2.5MHz， 信号带宽 B = fH - fL=（2.5-2）MHz=0.5MHz， fH/B = N+K=5, N =5, K=0, 属于结论中的情况1), 所以：Fs =2B =2×0.5MHz =1MHz。
n
m(t) = m ( nTs ) Sa [2pfc(t －nTs)] n
（2-9） （2-11）
理想带通信号： 满足带通信号抽样定理，可以利用理想带通滤波器 从抽样信号的频谱中取出原信号的频谱。 否则，搬移后的频谱就会出现重叠，无法从Ms(f)中 恢复出M(f)。
-
13
知识点3：脉冲振幅调制（PAM）
-
15
图2-3 脉冲调制波形示意图
图2-3 脉冲调制波形示意图
-
16
PAM： 将模拟信号的抽样值加载在脉冲载波的幅度上。
两种实现PAM的方式： 一、自然抽样 二、平顶抽样
-
17
一、自然抽样 自然抽样是由基带信号与具有一定宽度的窄矩形脉
冲载波直接相乘来实现的。
-
18
自然抽样信号mn(t)频谱表达式为
通信原理教程模拟信号的数字化PPT课件
如天线、解调器、解码器等。
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
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
第二章模拟信号的数字化处理与多路复用技术课件ppt
复帧对 告和备 用比特
因此，在实际应用中常将模拟信号转变为数字信号。
TS17～TS30 用于话路
TS31用于话路
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 极 段落码 段内码 性 码
H1模DB拟3信码号：的1 数-11字0010化01处-V理1 +1101001 +奇V 帧-1TS0+1 -B00 F1-Va +b1 c-1d a b c d
TS1～TS15 用于话路
标志信号时隙
破(b)坏第脉2冲路之；1后的0 传0 号1码1极0性也1 要1 交偶替帧。TS0 调制方法：脉冲编复帧码定调位制码6个帧(组目成前，固复定帧为周1)期为2ms；
F0
0
0
0
0
1
0 1
1
1
复帧定 位码组
奇 保留给国内用 帧帧 识 对 (目前固定为1) 别告 码码
第1路 第16路
F2 a b c d a b c d 第2路 第17路
…
… …
F15 a b c d a b c d 第15路 第30路
从时间上讲： 抽样频率为8KHz，抽样周期125µS，这也就是
PCM 30/32的帧周期； 一复帧由16个帧组成，复帧周期为2ms； 一帧内要时分复用32路，每时隙包含8位码组。
x1 t
TS
2TS
x3 t
xs2 t
3TS
x2 t
xs3 t
4TS
xs1 t
5TS
t
3 (a) 第 1 路； (b) 第 2 路； (c) 第 3 路； (d) 3路合成的波形
三、 32路PCM的帧结构
16帧、2ms F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
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xa (t) xˆa (t )
0
xˆa (t)
t
6
xa (t)
xa (t) xˆa (t )
0
xˆa (t)
t
7
xa (t)
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0
xˆa (t)
t
8
xa (t)
xa (t) xˆa (t )
0
T
xˆa (t)
t
9
采样过程如上图所示：一个在时间和幅值上连续的模拟信号
f t T
Fejn1t n
n
Fn
1 T
T
f 2
T T 2
t
ejn1tdt
采样定理
为了找出信号采样前后的变化，下面研究采样 前后频谱的变化：
xˆa (t)
1、采样信号的频谱：
求信号的频谱即求其傅立叶变换，采样信号的
频 用谱周即期信FT号[xˆa的(t)]傅,而立x ˆa叶(t)级x数a(t展)P 开(t)P，t先将冲t激n信T 号Ckejk2Tπt
为频谱混叠。这时基带频谱已发生变化，将无法无
失真地恢复原信号。
观察采样信号的频谱，可看到
1 2
fs
处就象一面
镜子，将信号频谱超过
1 2
fs
的部分反射回来，造成
混叠，故将
化。且应注意到，采样后信号频谱的变化与信号的
最高频率 fmax 及采样率 f s 之间的关系有关。
若 fs 2fmax ，尽管信号频谱的幅度发生了变化 且出现了周期延拓，但观察其基带 ( f fs ) 频谱，
2
各频率分量的相对值与原信号频谱完全相同，∴信
息并未丢失。如果使该采样信号通过一个理想低通 滤波器，滤波器只允许 f f s 的频率分量通过，且
n
k
级数的基频即采样频率
fs
1 T
，而采样角频率
ck
1 T
T2
2π jk t
tnTe T d
T2 n
t
s
2π T
图2 13
ck
1 T
T2
jk2πt
tnTe T d
T2 n
t
在积分区间[
T 2
,T ] 2
内，只有一个冲激脉冲
δ(t),此时n为0。而其
它冲激脉冲，即n不为0时， δ(t-nT)都在积分区间外,因此
显然，采样点的多少决定于采样间隔的选取。 因此，适当地选择采样间隔T至关重要——遵循 的原则即采样定理。
3
2.1 信号的采样过程
采样的过程即为模拟信号通过一个定时通断的开源自关的过程。xa (t)
xˆa (t)
xa (t)
0
t
4
xa (t)
xa (t) xˆa (t )
0
xˆa (t)
t
5
xa (t)
ck
1 T
T/2
t
T/2 n
jk2πt
e Td
t1 T
Pt
tnT1
jk2πt
eT
n
Tk
（3-4）
xˆa (t) 的FT为 X ˆa j x ˆa te j td t x a tp te j tdt
X ˆaj T 1 x atk e j k s te j td T t 1 k x ate j k stdt
x a ( t ) , 通过一个周期性开闭(周期为 T s ，开关闭和时间为)的
采样开关之后，输出一串在时间上离散的脉冲信号
，
xs (nTs )
这一过程称为采样过程。
采样后的脉冲信号
称为采佯信号。0，Ts，2Ts ,…..各
xs (nTs )
点称为采样时刻， 称为采样时间， Ts称为采样周期，其倒 数fs＝1/Ts称为采样频率。在实际系统中 <<Ts，也就是说，
在—个采样周期内，只有很短一段时间采样开关是闭合的。
10
从数学的角度看，可认为是模拟信号 xa (t) 与一
串幅度为1，宽度为 ，周期为T的脉冲信号 的
乘积
T
。→0时，
s(t)P(t)
(tnT)
n
采样后信号为模拟信号与一串冲激序列的乘积：
xˆa(t)xa(t)P(t) xa(t)(tn)T n
14
X ˆaj T 1 x atk e j k s te j td T t 1 k x ate j k stdt 而原信号xa(t)的频谱为 Xaj xatejt dt 结合两式可得
X ˆajT 1k Xajks
表明采样信号的频谱是原模拟信号的频谱沿频率轴，每间隔采样 角频率 s 重复出现一次，或者说采样信号的频谱是原模拟信号的 频谱以 s 为周期，进行周期性延拓而成的。
第二章 模拟信号的数字化处理
1
2.1 引言
1、数据采集过程中信号的转换过程：
模拟信号 离散时间信号 数字信号 （时间幅度均连续） （时间离散幅度连续） （时间幅度均离散）
2
2、引发的问题：如何对连续信号进行离散化处理 •采样点过多，显然信息不易丢失，但却使数据量明 显增大， 处理费时占用大量计算单元、运算量多 •采样点太少，则易丢失信息，使一些细节内容无法 反映出来，原始数据失真，不能复现原模拟量
t
f
0
18
以上分析回答了前面提出的三个问题：
（1）信号在时域以
T
离散化
→频谱以
1 T
周期
化，且幅度乘以 1 ；
T
（2）若 fs 2fmax，信号的内容不会丢失；
（3） fs 2fmax时，若使采样信号通过理想低通
滤波器：
T Ha ( f )
0
f
1 2
f
s
f
1 2
f
s
即可恢复原信号。
19
若 fs 2fma，x 各次谐波调制频谱将相互交叠，称
2
在幅值上放大 T 倍，则滤波器输出信号的频谱将与
原信号频谱完全相等，即仍为 Xa ( f )。由于傅立叶变 换在时域与频域之间的一一对应的关系，∴滤波器
输出的信号即为原模拟信号 xa (t) 。
17
0
xa (t)
0
P ( f )
A T
t
f
1
1
01
1
T
2T
2T
T
T
f
1
01
2T
2T
=
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15
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0
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(1) (1) (1) (1)
0 T 2T 3T
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0
= =
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t
0
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1
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T
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T
f
1 T
A T
t
1
返
T
A Xˆ a ( f )
T
0
A T
f
1 T
16
可见，信号在时域的离散化导致了频域的周期
由于δ(t-nT)只有在t=nT时才有非零值，因 此只有当t=nT时上式中 xa (t)才有意义，有
xˆat xanTtnT n
图1
11
因此，离散时间信号可认为是对模拟信号的采样。
∴有必要讨论采样后，
（1）信号的内容是否有丢失？ （2）信号的频谱有何变化？ （3）采样信号能否恢复为原信号？ 12
0
xˆa (t)
t
6
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7
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9
采样过程如上图所示：一个在时间和幅值上连续的模拟信号
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Fejn1t n
n
Fn
1 T
T
f 2
T T 2
t
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采样定理
为了找出信号采样前后的变化，下面研究采样 前后频谱的变化：
xˆa (t)
1、采样信号的频谱：
求信号的频谱即求其傅立叶变换，采样信号的
频 用谱周即期信FT号[xˆa的(t)]傅,而立x ˆa叶(t)级x数a(t展)P 开(t)P，t先将冲t激n信T 号Ckejk2Tπt
为频谱混叠。这时基带频谱已发生变化，将无法无
失真地恢复原信号。
观察采样信号的频谱，可看到
1 2
fs
处就象一面
镜子，将信号频谱超过
1 2
fs
的部分反射回来，造成
混叠，故将
化。且应注意到，采样后信号频谱的变化与信号的
最高频率 fmax 及采样率 f s 之间的关系有关。
若 fs 2fmax ，尽管信号频谱的幅度发生了变化 且出现了周期延拓，但观察其基带 ( f fs ) 频谱，
2
各频率分量的相对值与原信号频谱完全相同，∴信
息并未丢失。如果使该采样信号通过一个理想低通 滤波器，滤波器只允许 f f s 的频率分量通过，且
n
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级数的基频即采样频率
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图2 13
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在积分区间[
T 2
,T ] 2
内，只有一个冲激脉冲
δ(t),此时n为0。而其
它冲激脉冲，即n不为0时， δ(t-nT)都在积分区间外,因此
显然，采样点的多少决定于采样间隔的选取。 因此，适当地选择采样间隔T至关重要——遵循 的原则即采样定理。
3
2.1 信号的采样过程
采样的过程即为模拟信号通过一个定时通断的开源自关的过程。xa (t)
xˆa (t)
xa (t)
0
t
4
xa (t)
xa (t) xˆa (t )
0
xˆa (t)
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5
xa (t)
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t
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Tk
（3-4）
xˆa (t) 的FT为 X ˆa j x ˆa te j td t x a tp te j tdt
X ˆaj T 1 x atk e j k s te j td T t 1 k x ate j k stdt
x a ( t ) , 通过一个周期性开闭(周期为 T s ，开关闭和时间为)的
采样开关之后，输出一串在时间上离散的脉冲信号
，
xs (nTs )
这一过程称为采样过程。
采样后的脉冲信号
称为采佯信号。0，Ts，2Ts ,…..各
xs (nTs )
点称为采样时刻， 称为采样时间， Ts称为采样周期，其倒 数fs＝1/Ts称为采样频率。在实际系统中 <<Ts，也就是说，
在—个采样周期内，只有很短一段时间采样开关是闭合的。
10
从数学的角度看，可认为是模拟信号 xa (t) 与一
串幅度为1，宽度为 ，周期为T的脉冲信号 的
乘积
T
。→0时，
s(t)P(t)
(tnT)
n
采样后信号为模拟信号与一串冲激序列的乘积：
xˆa(t)xa(t)P(t) xa(t)(tn)T n
14
X ˆaj T 1 x atk e j k s te j td T t 1 k x ate j k stdt 而原信号xa(t)的频谱为 Xaj xatejt dt 结合两式可得
X ˆajT 1k Xajks
表明采样信号的频谱是原模拟信号的频谱沿频率轴，每间隔采样 角频率 s 重复出现一次，或者说采样信号的频谱是原模拟信号的 频谱以 s 为周期，进行周期性延拓而成的。
第二章 模拟信号的数字化处理
1
2.1 引言
1、数据采集过程中信号的转换过程：
模拟信号 离散时间信号 数字信号 （时间幅度均连续） （时间离散幅度连续） （时间幅度均离散）
2
2、引发的问题：如何对连续信号进行离散化处理 •采样点过多，显然信息不易丢失，但却使数据量明 显增大， 处理费时占用大量计算单元、运算量多 •采样点太少，则易丢失信息，使一些细节内容无法 反映出来，原始数据失真，不能复现原模拟量
t
f
0
18
以上分析回答了前面提出的三个问题：
（1）信号在时域以
T
离散化
→频谱以
1 T
周期
化，且幅度乘以 1 ；
T
（2）若 fs 2fmax，信号的内容不会丢失；
（3） fs 2fmax时，若使采样信号通过理想低通
滤波器：
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0
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1 2
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1 2
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即可恢复原信号。
19
若 fs 2fma，x 各次谐波调制频谱将相互交叠，称
2
在幅值上放大 T 倍，则滤波器输出信号的频谱将与
原信号频谱完全相等，即仍为 Xa ( f )。由于傅立叶变 换在时域与频域之间的一一对应的关系，∴滤波器
输出的信号即为原模拟信号 xa (t) 。
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0
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0
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16
可见，信号在时域的离散化导致了频域的周期
由于δ(t-nT)只有在t=nT时才有非零值，因 此只有当t=nT时上式中 xa (t)才有意义，有
xˆat xanTtnT n
图1
11
因此，离散时间信号可认为是对模拟信号的采样。
∴有必要讨论采样后，
（1）信号的内容是否有丢失？ （2）信号的频谱有何变化？ （3）采样信号能否恢复为原信号？ 12