抽样量化编码

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实际设计中,通常取样频率选择为(2.5~5)fm。如语音信号带宽通 常限制3300Hz左右,而取样频率通常选择8kHz。 取样定理的三个限制条件。 取样定理的误差分析。 1、折叠误差 信号带限不严格,出现折叠误差,产生折叠噪声。 修正方法: 2、孔径效应 取样不是理想的冲激取样。 3、内插噪声 例5-1
5.2.2 平项取样(瞬时取样)
定义:等够得到平顶的PAM的抽样方法称为平顶 抽样。 图5-5 平项取样的等效框图 式(5-20)平项取样的输出信号 图5-6 平项取样的频谱
结论:平顶抽样后,频谱准周期地出现,但是基带成 分有频率失真,产生孔径效应。原因:有一个加权项 (辛可函数,式5-22)。 解决办法:在接收端恢复信号时增加一个孔径效应均 衡网络加以补偿。辛可函数的倒数,式(5-23)。 经过式(5-24)及式(5-25),无失真地恢复了f(t)。
5.3.2 非均匀量化
均匀量化的缺点:小信号的量化信噪比小于大信号时 的量化信噪比。
理论上,非均匀量化=非线性变换+均匀量化 曲线为非等阶距的阶梯曲线。 采用压扩技术实现非均匀量化(在发送端首先让 输入信号通过一个具有压缩特性的部件,然后再进行 均匀量化和编码,在接收端利用扩张器来完成相反的 操作,使压缩后的波形复原)图5-10、图5-11 实验表明,在采用非均匀量化后,使用较少的编 码位数即可得到较满意的通信质量。 μ律对数压缩特性:北美和日本 式(5-42) μ(压缩系数)=0时无压缩 国际标准: μ=255、M=256 A律对数压缩特性:欧洲和中国 式(5-43) A(压缩系数)=1时无压缩,线性函数 国际标准: A=87.6、M=256
量化误差:量化误差产生的噪声。直接与量化间隔 (量化平台)有关。 4、量化方法 均匀量化:在整个量化范围内量化间隔相等; 非均匀量化:在整个量化范围内量化间隔不相等。
5.3.1 均匀量化
曲线为等阶距的阶梯曲线。图5-8(a) 1、参数定义 量化间隔: 量化值: 量化误差:式(5-32)图5-8(b)
5.1 取样定理
5.1.1 低通信号的取样定理
定义:将时间上连续的模拟信号变为时间上离散样值的过程称 为抽样。 抽样定理(奈奎斯特定理): 设时间连续信号f(t),其最高截止频率为fm,如果用时间间 隔
对f(t)进行抽样,则f(t)就可以被样值信号fs(t)来唯一地 表示。 式(5-9) 定理证明:P84-P86 图5-1 由抽样频谱图可知,样值序列通过一适当的低通滤波 器即可恢复原始信号。显然,要无失真地恢复原始信 号,抽样频率满足抽样定理,即满足当ωs ≥ 2ωm 抽样信号的频谱是一个周期性的频谱。
5.1.2 带通信号的取样
带通信号:信号f(t) 的最低频率为 fL,最高频率为fm,则带宽W= fm- fL。若W≤ fL,则称信号f(t) 为带通型信号,或带通信号。
带通型信号抽样定理: 如果模拟信号f(t)是带通信号, 其频率fL和fm之间,而且当fL≥W, W= fm- fL时,则最低 必须的取样速率为 fs(min)=2fm/(m+1) (5-10) 式中,m取fL/W的整数。 一般情况下,取样速率应满足如下关系: 2fm/(m+1) ≤ fs ≤2 fL/m , m≥1 (5-11) 对带通信号,其取样速率最小值在于W和4W之间,
2、量化误差的平均功率:式(5-34)式(5-35)。 量化误差的平均功率只和量化间隔有关(与量化 级数的平方成反比),与信号幅度大小无关(即任何 信号幅度下的量化噪声功率都相同)。 3、量化信噪比: 信号的平均功率与量化噪声平均功率之比。 式(5-38)图5-9 在给定信号下,量化信噪比只与量化电平个数有 关。(随编码位数增大而增大。若编码位数和信号已 确定,量化信噪比随信号功率增大而增大。)
5.3.3 A律13折线数字压扩技术
图5-13 A律曲线 共有16段折线,其中有4段斜率相同,得到13段折线。 在原点处的斜率(结合式5-43) A/(1+lnA)=(1/8)/(1/128)=16,得A=87.6 组成各段折线的斜率逐段衰减。 折线段 1 2 3 4 5 6 7 8 斜率 16 16 8 4 2 1 1/2 1/4

2W≤ fs(min) ≤4W (5-13)
例5-2
பைடு நூலகம்
5.2 脉冲振幅调制(PAM)
用基带信号去改变脉冲的波形参数,人们把这种 调制称为脉冲调制。 脉冲调制种类: 脉冲幅度调制PAM:用基带信号m(t)去改变脉冲的幅度。 脉冲宽度调制PWM:用基带信号m(t)去改变脉冲的宽 度。 脉冲相位调制PPM:用基带信号m(t)去改变脉冲的相位。 PAM是脉冲调制的基础,也是模拟信号数字化的 基础。但是在实际电路中是不可能象理论上分析的那 样进行理想取样。
第五章 信源编码技术
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 取样定理 脉冲振幅调制 量化 脉冲编码调制 增量调制(△M或DM) 语音压缩编码 图像压缩编码
本章教学基本要求
掌握: 1. 脉冲编码调制(PCM)基本工作过程 2. 低通型抽样定理内容 3. 均匀量化信噪比计算 4. A律13折线PCM编、解码 理解:增量调制(△M或DM)原理
5.3 量化
模拟信号采用脉冲编码调制的三个步骤为: 抽样、 量化、编码。 1、量化定义:将幅度连续变化的信号变成幅度离散信 号的处理过程。 2、量化器:完成量化过程的器件(电路)。基本参数 有: 1)量化范围: 2)量化级数: 3)量化间隔: 4)量化值: 5)编码位数: 3、量化误差:将精确值近似到最接近的量化电平的过 程中将会损失信息。
5.2.1 自然取样(或非理想取样)
定义:抽样函数为有一定宽度的矩形脉冲序列时,称 为非理想抽样(自然取样)。矩形脉冲的顶部保持信
号的形状。 图5-3 显然非理想抽样可以无失真地恢复原始基带信号 根据分析结果,可以得到以下结论: (1)频谱呈现准周期性,幅度逐渐减小。 (2)基带成分无失真 推论:利用任何一种类型(如矩形波、三角波)的周 期序列作为抽样序列,样值序列均可以无失真地恢复 原始基带信号。
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