SYSTEMVIEW之PCM举例

实现方法：实现非均匀量化的方法之一是把输入量 实现方法： 先进行压扩处理， 化器的信号 x先进行压扩处理，再把压扩得到的信 先进行压扩处理 进行均匀量化。 号y进行均匀量化。压扩器就是一个非线性变换电路， 进行均匀量化 压扩器就是一个非线性变换电路， 弱信号被扩大，强信号被压缩。 弱信号被扩大，强信号被压缩。压缩器的入出关系 表示为y=f(x) 。常用压扩器大多采用对数式压缩， 常用压扩器大多采用对数式压缩， 表示为 广泛采用的两种对数压扩特性是µ律压扩和 律压扩。 律压扩和A律压扩 广泛采用的两种对数压扩特性是 律压扩和 律压扩。 效果：改善了小信号时的量化信噪比 。 效果：
PCM的基本原理 PCM的基本原理
PCM：脉冲编码调制—在发送端将低频模拟信号 ：脉冲编码调制 在发送端将低频模拟信号 根据ITU-T建议 建议G.711的规则变换为脉冲码组。在 的规则变换为脉冲码组。 根据 建议 的规则变换为脉冲码组 接收端从收到的脉冲码组恢复出低频模拟信号。 接收端从收到的脉冲码组恢复出低频模拟信号。 PCM编码包括如下三个过程 PCM编码包括如下三个过程： 编码包括如下三个过程： 抽样： 抽样：将模拟信号转换为时间离散的样本脉冲 序列。 序列。 量化：将离散时间连续幅度的抽样信号转换成 量化： 为离散时间离散幅度的数字信号。 为离散时间离散幅度的数字信号。 编码： 编码：用一定位数的脉冲码组表示量化采样值 PCM编码实际上是一个数模转换过程。 编码实际上是一个数模转换过程。 编码实际上是一个数模转换过程
PCM解码包括如下三个过程： 解码包括如下三个过程： 解码包括如下三个过程
译码：将数字 码变换成模拟信号， 译码：将数字PCM码变换成模拟信号，并去除编码过 码变换成模拟信号 程中的变换，恢复采样后信号。 程中的变换，恢复采样后信号。 低通：从采样后信号恢复采样前信号形态。 低通：从采样后信号恢复采样前信号形态。 放大：恢复原模拟信号电平。 放大：恢复原模拟信号电平。 PCM解码实际上一个数模转换并对得到的模拟信号 解码实际上一个数模转换并对得到的模拟信号 进一步处理的过程。 进一步处理的过程。
实施： 实施：
验证系统中信号源为3个正弦信号相加模拟随机的语音 验证系统中信号源为 个正弦信号相加模拟随机的语音 信号 ； PCM解码部分功能模块组成与上述原理解释中相同； 解码部分功能模块组成与上述原理解释中相同； 解码部分功能模块组成与上述原理解释中相同 PCM编码部分，功能模块从前向后按顺序由压扩器、 编码部分， 编码部分 功能模块从前向后按顺序由压扩器、 A/ D 转换器组成，这里的模块功能实现与上述原理解 转换器组成， 释中有什么区别吗？为什么？ 释中有什么区别吗？为什么？
仿真结果
若频率3.4k的正弦输入幅度修改为与其它正弦输入 的正弦输入幅度修改为与其它正弦输入 若频率 相同的2v，则仿真结果为： 相同的 ，则仿真结果为：
小结
可以从上面的输入输出的比较覆盖图中进 行分析，信号源波形经过压缩之后，其波形虽然 发生了明显的变化，但是接收端能够基本正确恢 复出原始信号。随着在低通滤波器附近信号幅度 的增大，系统还原的波形失真变得更为明显。 从输入输出的功率谱出发可以进一步分析 出波形失真的深刻原因。 因此要在经过采样后更好的恢复原有模拟 信号，对信号功率谱的分析、采样频率的选择、 信号，对信号功率谱的分析、采样频率的选择、 恢复低通滤波器的设计都是非常重要的， 恢复低通滤波器的设计都是非常重要的，之后 设置各相关功能模块的恰当参数是获得良好恢 复的途径。 复的途径。
编码： 编码：
个量化级。 采用8位折叠二进制码，对应有 个量化级 采用 位折叠二进制码，对应有M=28=256个量化级。这需要将 位折叠二进制码 13折线中的每个折线段再均匀划分 个量化级。 折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级 折线中的每个折线段再均匀划分 个量化级。
PCM的解码原理： 的解码原理： 的解码原理
译码：包括以下两个动作， 译码：包括以下两个动作，
D/A变换， 变换， 变换 PCM码变换成模拟信号 码变换成模拟信号 解压扩： 解压扩： 采用一个与13段折线压扩特性相反的解压扩器来恢复 段折线压扩特性相反的解压扩器来恢复x 采用一个与 段折线压扩特性相反的解压扩器来恢复 ， 。目标是恢复发送端PCM编码时刚完成采样时的信 编码时刚完成采样时的信 即 x=f -1(y)。目标是恢复发送端 号。
PCM仿真的 仿真的System View模型如下图所示： 模型如下图所示： 仿真的 模型如下图所示
Hale Waihona Puke Baidu
上图中，模拟信号源是由3个频率分别为 上图中，模拟信号源是由 个频率分别为500Hz， ， 个频率分别为 1500Hz，3400Hz的正弦信号相加组成；6号图符 的正弦信号相加组成； ， 的正弦信号相加组成 号图符 为压扩器； 号图符为解压扩器 号图符为解压扩器； 号图符为巴 为压扩器；12号图符为解压扩器；13号图符为巴 特沃斯模拟滤波器。 特沃斯模拟滤波器。 各图符参数设置如下表所示，系统时间设置： 各图符参数设置如下表所示，系统时间设置：采 样点数为1024，系统采样频率为 样点数为 ，系统采样频率为100KHz。 。
具体方法是： 轴不均匀分成8段 具体方法是：对x轴不均匀分成 段，分段的方法是每次以 轴不均匀分成 二分之一对分； 轴在0~1范围内均匀分成 段，每段间 范围内均匀分成8段 二分之一对分； 对y轴在 轴在 范围内均匀分成 隔均为1/8。然后把x， 各对应段的交点连接起来构成 各对应段的交点连接起来构成8段 隔均为 。然后把 ，y各对应段的交点连接起来构成 段 直线。其中第1、 段斜率相同 均为16)， 段斜率相同(均为 直线。其中第 、 2段斜率相同 均为 ，因此可视为一条 直线段，故实际上只有7根斜率不同的折线 根斜率不同的折线。 直线段，故实际上只有 根斜率不同的折线。 以上分析的是第一象限，对于双极性语音信号， 以上分析的是第一象限，对于双极性语音信号，在第 三象限也有对称的一组折线，也是7根 三象限也有对称的一组折线，也是 根，但其中靠近零点 段斜率与正方向的第1、 段斜率相同 段斜率相同， 的1、2段斜率与正方向的第 、2段斜率相同，又可以合并 、 段斜率与正方向的第 为一根，因此， 负双向共有13段折线 段折线。 为一根，因此，正、负双向共有 段折线。 13段折线在第一象限的压扩特性如下图所示： 段折线在第一象限的压扩特性如下图所示： 段折线在第一象限的压扩特性如下图所示
µ律压扩特性： 律压扩特性： 律压扩特性 A律压扩特性 律压扩特性
x——压缩器归一化输入电压 y——压缩器归一化输出电压 压缩器归一化输入电压 压缩器归一化输出电压 A——压缩器参数 （A=87.6） 压缩器参数 ）
A律压扩特性的 段折线逼近方法： 律压扩特性的13段折线逼近方法 律压扩特性的 段折线逼近方法：
PCM编码、解码功能框图如下： 编码、解码功能框图如下： 编码
PCM的编码原理： 的编码原理： 的编码原理
抽样：需要满足低通采样定理，采样频率8kHz 抽样：需要满足低通采样定理，采样频率 量化：均匀量化时小信号量化误差大， 量化：均匀量化时小信号量化误差大，因此采 用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法， 用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即 量化特性在小信号时分层密、量化间隔小， 量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而 在大信号时分层疏、量化间隔大。 在大信号时分层疏、量化间隔大。
低通： 低通：
通带要满足低通采样定理的要求。 通带要满足低通采样定理的要求。
PCM的System View仿真实现 的 仿真实现
目的： 目的：
抛开通信系统中的发射、信道、接收部分， 抛开通信系统中的发射、信道、接收部分，只验证信 源码中的PCM编解码功能的正确性。 源码中的 编解码功能的正确性。 编解码功能的正确性