通信原理课件——第四章
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点带宽 B 1 Hz。而理想抽样频谱的包络线为一条直线，带
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于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，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
4.3.2非均匀量化
一、模拟压扩法
图4-15 非均匀量化的模拟压扩法
图4-16 压缩器和扩张器的特性
1、A律压扩特性
图4-17 A律压缩特性
2、μ律压扩特性
图4-18 μ律压缩特性
4.7.1图像的描述
4.7.2模拟图像的数字化
4.7.3图像压缩编码技术
几种常用的图像压缩编码方法
二、直接非均匀编解码法
为简便起见，以5折线压缩特性为例来说明如何对抽样 值进行直接非均匀编码。5折线如图 4-20所示，压缩特 性是关于原点奇对称的，图中只画出了第一象限的折线， 考虑到第三象限内的折线，合起来共5段折线。
4.4 编码
4.4.1常用的二进制码型
4.4.2 A律13折线编码 一、A律13折线的压缩特性
图4-21 A律13折线压扩特性
二、A律13折线的码字安排
[例4.4.1]
[例4.4.2]
4.4.3. 逐次比较型编解码原理
5、本地解码电路 本地解码电路的作用是产生比较判决器所需的标准值。它包 括记忆电路、7／11 变换电路和 11 位线性解码电路。记忆电路用来 寄存 7 位二进代码，除C2 码外，其余各次比较都要依据前几次比较 的结果来确定标准值Iw 。因此，7 位码字中的前 6 位状态均应由记 忆电路寄存下来。
平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形 成电路产生，如图4-11（b）所示。
其中脉冲形成电路的作用就是把单位冲激脉冲变为幅度
为 A ，宽度为τ的矩形脉冲，因此它的传输特性为
Qω AτSa 1 平顶抽样信号与产生原理
图4-12 平顶抽样信号的恢复
4.6.2差分脉冲编码调制
DPCM 系统的原理图如图 4 - 26 所示。其中 xn 表示模拟信号 的样值。在发送端，首先根据前面的 K 个样值预测当前时刻的样值 ~x n ，得到当前样值 xn 与预测值 ~x n 之间的差值，然后对差值进行量 化编码。
图4-26 DPCM系统原理图
4.7 图像压缩编码
图4-3 抽样的输入与输出
4.2.1低通信号与带通信号的理想抽样
图4-4 理想抽样的原理图
一、低通信号的抽样定理
图4-5 理想抽样信号波形及其频谱
图4-6 抽样的恢复
[例4.2.1]
宽平稳随机信号的抽样定理
二、带通信号的抽样定理
[例4.2.2]
图4-8 带通信号的最小抽样频率
4.2.2实际抽样
图4-9 PAM、PDM、PPM信号波形
一、自然抽样
图4-10 自然抽样信号及其频谱
比较理想抽样和自然抽样的异同
它们的相同点主要有两点：第一，抽样频率是按抽样定 理确定的。第二，接收端通过 LPF 可以恢复出原始的模拟信 号。不同点在于：由于采用的载波不一样，自然抽样频谱的 包络线按抽样函数的规律变化，随频率增高而下降，第一零
[例4.4.3]
二、A律13折线解码器
图4-24 解码器的原理图
[例4.4.5]
4.5.1 脉4.5冲脉编冲码编调码制调（制系PC统M）原 理
如上所述，PCM的产生包含抽样、量化、 编码三个步骤。它的功能是完成模/数变换， 实现模拟信号的数字化。应当强调指出， 抽样过程中，在满足抽样定理时，PCM系 统能够做到无失真的重建。而量化过程始 终存在量化误差，只不过误差的大小可以 通过选择合适的量化方法和量化级数来控 制。
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于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，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
4.3.2非均匀量化
一、模拟压扩法
图4-15 非均匀量化的模拟压扩法
图4-16 压缩器和扩张器的特性
1、A律压扩特性
图4-17 A律压缩特性
2、μ律压扩特性
图4-18 μ律压缩特性
4.7.1图像的描述
4.7.2模拟图像的数字化
4.7.3图像压缩编码技术
几种常用的图像压缩编码方法
二、直接非均匀编解码法
为简便起见，以5折线压缩特性为例来说明如何对抽样 值进行直接非均匀编码。5折线如图 4-20所示，压缩特 性是关于原点奇对称的，图中只画出了第一象限的折线， 考虑到第三象限内的折线，合起来共5段折线。
4.4 编码
4.4.1常用的二进制码型
4.4.2 A律13折线编码 一、A律13折线的压缩特性
图4-21 A律13折线压扩特性
二、A律13折线的码字安排
[例4.4.1]
[例4.4.2]
4.4.3. 逐次比较型编解码原理
5、本地解码电路 本地解码电路的作用是产生比较判决器所需的标准值。它包 括记忆电路、7／11 变换电路和 11 位线性解码电路。记忆电路用来 寄存 7 位二进代码，除C2 码外，其余各次比较都要依据前几次比较 的结果来确定标准值Iw 。因此，7 位码字中的前 6 位状态均应由记 忆电路寄存下来。
平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形 成电路产生，如图4-11（b）所示。
其中脉冲形成电路的作用就是把单位冲激脉冲变为幅度
为 A ，宽度为τ的矩形脉冲，因此它的传输特性为
Qω AτSa 1 平顶抽样信号与产生原理
图4-12 平顶抽样信号的恢复
4.6.2差分脉冲编码调制
DPCM 系统的原理图如图 4 - 26 所示。其中 xn 表示模拟信号 的样值。在发送端，首先根据前面的 K 个样值预测当前时刻的样值 ~x n ，得到当前样值 xn 与预测值 ~x n 之间的差值，然后对差值进行量 化编码。
图4-26 DPCM系统原理图
4.7 图像压缩编码
图4-3 抽样的输入与输出
4.2.1低通信号与带通信号的理想抽样
图4-4 理想抽样的原理图
一、低通信号的抽样定理
图4-5 理想抽样信号波形及其频谱
图4-6 抽样的恢复
[例4.2.1]
宽平稳随机信号的抽样定理
二、带通信号的抽样定理
[例4.2.2]
图4-8 带通信号的最小抽样频率
4.2.2实际抽样
图4-9 PAM、PDM、PPM信号波形
一、自然抽样
图4-10 自然抽样信号及其频谱
比较理想抽样和自然抽样的异同
它们的相同点主要有两点：第一，抽样频率是按抽样定 理确定的。第二，接收端通过 LPF 可以恢复出原始的模拟信 号。不同点在于：由于采用的载波不一样，自然抽样频谱的 包络线按抽样函数的规律变化，随频率增高而下降，第一零
[例4.4.3]
二、A律13折线解码器
图4-24 解码器的原理图
[例4.4.5]
4.5.1 脉4.5冲脉编冲码编调码制调（制系PC统M）原 理
如上所述，PCM的产生包含抽样、量化、 编码三个步骤。它的功能是完成模/数变换， 实现模拟信号的数字化。应当强调指出， 抽样过程中，在满足抽样定理时，PCM系 统能够做到无失真的重建。而量化过程始 终存在量化误差，只不过误差的大小可以 通过选择合适的量化方法和量化级数来控 制。