第三讲(脉冲编码调制)-课件PPT(演讲义示稿)
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脉冲编码调制
脉冲编码调制* 脉码调制(Pulse Code Modulation)。
是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。
PCM 对信号每秒钟取样8000 次；每次取样为8 个位，总共64 kbps。
取样等级的编码有二种标准。
北美洲及日本使用Mu-Law 标准，而其它大多数国家使用A-Law 标准。
* PCM主要经过3个过程：抽样、量化和编码。
抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。
相关概念：所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。
所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。
脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation)。
)Claude E. Shannon于1948年发表的“通信的数学理论”奠定了现代通信的基础。
同年贝尔实验室的工程人员开发了PCM技术，虽然在当时是革命性的，但今天脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码格式，音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值，其它采用这种编码方法的应用包括电话和CD。
PCM主要有三种方式：标准PCM、差分脉冲编码调制(DPCM)和自适应D PCM。
在标准PCM中，频带被量化为线性步长的频带，用于存储绝对量值。
在DPCM中存储的是前后电流值之差，因而存储量减少了约25%。
自适应DPCM改变了DPCM的量化步长，在给定的信造比(SNR)下可压缩更多的信息。
希望我的回答对你有用biwaywbdk2009-08-18 23:02:50FANUC数控系统的操作及有关功能(北京发那科机电有限公司王玉琪)发那科有多种数控系统，但其操作方法基本相同。
(优选)第三讲脉冲编码调制
信源编码是数字通信系统的重要组成部 分，它有两方面的作用：一个是把信源 消息的冗余信息去掉，降低数字信号的 数据量，提高传输的有效性。一个是把 信源发出的模拟信号转换成离散的数字 信号，实现模拟信号数字化。
脉冲编码调制
脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM） 是模拟数据数字化的主要方法。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
脉冲编码调制分的步骤
PCM的过程分为抽样、量化和编码三步。 抽样——把模拟信号在时间上离散化，变为脉 冲幅度调制（PAM）信号。 量化——把PAM信号在幅度上离散化，变为量 化值（共有N个量化值）。 编码——用二进码来表示N个量化值。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
均匀量化适合信号是均匀分布（如 图像信号）的情况。
非均匀量化
如果使小信号时量化级间宽度小， 而大信号时量化级间宽度大，就可 以使小信号时和大信号时的信噪比 趋于一致，这种非均匀量化级的安 排称为非均匀量化或非线性量化。
数字电视，语音均采取非均匀量化。
编码
把量化后的信号变换成代码的过程 称为编码，其相反的过程称为译码。
PCM通信系统
抽样的概念
抽样是指对模拟 信号在时间域上 的离散化过程， 即把一个时间上 连续、幅度上也 连续的模拟信号 变换成时间上离 散、幅度上连续 的信号。抽样是 由抽样门来完成 的。
脉冲编码调制
脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM） 是模拟数据数字化的主要方法。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
脉冲编码调制分的步骤
PCM的过程分为抽样、量化和编码三步。 抽样——把模拟信号在时间上离散化，变为脉 冲幅度调制（PAM）信号。 量化——把PAM信号在幅度上离散化，变为量 化值（共有N个量化值）。 编码——用二进码来表示N个量化值。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
均匀量化适合信号是均匀分布（如 图像信号）的情况。
非均匀量化
如果使小信号时量化级间宽度小， 而大信号时量化级间宽度大，就可 以使小信号时和大信号时的信噪比 趋于一致，这种非均匀量化级的安 排称为非均匀量化或非线性量化。
数字电视，语音均采取非均匀量化。
编码
把量化后的信号变换成代码的过程 称为编码，其相反的过程称为译码。
PCM通信系统
抽样的概念
抽样是指对模拟 信号在时间域上 的离散化过程， 即把一个时间上 连续、幅度上也 连续的模拟信号 变换成时间上离 散、幅度上连续 的信号。抽样是 由抽样门来完成 的。
脉冲编码调制
模拟信号数字化
1．极性码B1 极性码B1表示信号样值的正负极性，“1”表示正极性，“0”表示 负极性。
2．段落码B2 B3 B4 段落码B2 B3 B4可表示为000～111，表示信号绝对值处在哪个段落，3 位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。
3．段内码B5 B6 B7 B8 段内码B5 B6 B7 B8用于表示抽样值在任一段落内所处的位置，4位码表 示为0000～1111，代表了各段落内的16个量化电平值。由于各段落长度
数字与数据通信技术
模拟信号数字化
脉冲编码调制
1.1 脉冲编码调制的基本原理 编码就是把量化后的信号转换成代码的过程。有多少个量化值就需要 有多少个代码组，代码组的选择是任意的，只要满足与样值成一一对应的 关系即可，PCM编码采用的是折叠二进制码。这里讲的编码是对语声信号 的信源编码，是将语声信号（模拟信号）变换成数字信号，编码过程是摸 /数变换，记作A / D；解码是指数字信号还原成模拟信号，是数/摸变 换，记作D/A。 在A律13折线编码中，正负方向共有16个段落，在每一段落内有16个均 匀分布的量化电平，因此总的量化电平数N=16×16=256=28，编码位数n=8。 设B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8为8位码的8个比特，各位码字的意义如下。
模拟信号数字化
（2）第二次比较 确定段落码的第二位B3，在第一次比较的基础上。△i/2=448△＋16△/2=456△
量化误差= 解码电平 样值的绝对值 = 456 454 2
模拟信号数字化
1.2 编码
目前采用较多的是逐级反馈型编码器来实现非线性编码。逐次反馈型 编码原理框图如图3.9所示，由整流、极性判断、保持、比较、本地译码 器等主要几部分组成。样值PAM信号分作两路，一路送入极性判断进行判 决，编出极性码B1。另一路信号经整流电路变成单极性信号；保持电路 对样值在编码期间内保持抽样的瞬时幅度不变；本地译码器的作用是将 除极性码以外的B2～B8各位码逐位反馈，并生成与之对应的判定门限Ur； 比较器根据整流电路送来的样值幅度与本地译码器输出的判定值进行比 较，逐位形成B2～B8各位码。图3.11中，US代表信号幅度，Ur代表本地解 码的输出，把Ur作为每次比较的起始标准；当Us>Ur时，比较器判断输出 “1”；当Us<Ur时，比较器判断输出“0”。
脉冲电路_PWM调制ppt课件
当输入信号Ui由零上跳变到最大值Um的瞬
间，电容Co上的电压将按指数规律上升，
最后达到Um，即输出电压Uo具有一定的上 升时间，不能紧跟随输入电压同步上跳变，
使输出波形的边沿变坏。
精选ppt
6
为了克服这一缺 点，改善输出波形， 使输出电压能紧跟随 输入电压一起上跳变。 所采取的措施是在电 阻R1上并联一个电容 Cj，构成图示的电路， Cj称为加速电容。
精选ppt
18
输入波形
输出波形
在这两个电路中，R对使信号源的负载过重。
精选ppt
19
3. 钳位电路
含有直流成分的脉冲信 号(b)通过(a)的RC电路 时，输出信号将会产生 渐移现象，即信号的零 电平逐渐偏离开原零电 平呈负值，如(c)所示。
精选ppt
14
五. 削波、限幅与钳位
1. 削波电路
在心电波微分以后， 我们只需正脉冲不需要负 脉冲，这就要通过一定的 电路将不需要的负脉冲削 去，这就是削波电路。
串联（二极管与输 出信号）削波电路
并联（二极管与输 出信号）削波电路
精选ppt
15
对串联削波电路，正 脉冲时二极管导通，负脉 冲时二极管截止，电路输 出正脉冲，将负脉冲削去； 对并联削波电路，负脉冲 时二极管导通，全部电压 降落在电阻R上，输出接 近于零，正脉冲时二极管 截止，信号通过电阻R传 输，输出为正脉冲，将负 脉冲削去。
第七章 脉冲电路
精选ppt
1
脉冲就是在极短时间内出现的电压或电 流的变化。它可以是周期性地重复出现，也 可以不定期地出现。
脉冲可分为两大类：一类是视频脉冲， 或是先单调地上升，然后单调地下降，称为 正脉冲，或是先下降，后上升称为负脉冲； 另一类是射频脉冲，在极短时间内出现的高 频振荡。这两类脉冲在医学仪器中都有广泛 的应用。
第三讲(脉冲编码调制)PPT课件
数字通信是未来通信的发展方向。
.
2
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
.
14
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
fs > 2 fm
.
9
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔Байду номын сангаас是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
.
10
话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz， 为了留有一定的防卫带，CCITT （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
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5
脉冲编码调制分的步骤
.
2
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
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均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
fs > 2 fm
.
9
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔Байду номын сангаас是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
.
10
话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz， 为了留有一定的防卫带，CCITT （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
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5
脉冲编码调制分的步骤
5.10 脉冲编码调制(PCM) 信号系统课件
的范围内。
•组合多种新源传输时具有灵活性；
•便于实现各种数字信号处理功能。
缺点： PCM信号传输时占用频带加宽，例如
语音信号
300Hz~3400Hz 4kHz
抽样率
8kHz
8位脉冲编码
64kHz
X
在实际的数字通信系统中，除直接传送PAM信 号之外，还有多种传输方式，其中应用最为广泛的一 种调制方式称为脉冲编码调制（PCM）。
在PCM通信系统中，把连续信号转换成数字（编 码）信号进行传输或处理，在转换过程中需要利用 PAM信号。
X
PCM通信系统简化框图
f t
信源
抽样
发送端
fs0 t
量化编码
pt
5.10 脉冲编码调制(PCM)
•PCM通信系统简化框图 •量化 •编码原理示意图 •PCM的优缺点
北京邮电大学电子工程学院 2002.3
引言
第 2
页
利用脉冲序列对连续信号进行抽样产生的信号成 为脉冲幅度调制（PAM）信号，这一过程的实质是 把连续信号转换为脉冲序列，而每个脉冲的幅度与各 抽样点信号的幅度成正比。
A/D
第 3 页
f D t
至数字信道
fˆD t
D/A
自数字信道
fs0 t
接收端
1 补偿 Sa(x)
f t
终端
X
第 4 页
X
第 5 页
X
PCM的优缺点
第 6
页
•提高了信噪比：
模拟通信系统——中继器——噪声累加；
PCM——数字通信系统——再生器——噪声不会累加；
合理设计A/D,D/A变换器可将量化噪声限制在相当微弱
齐鲁医学现代通信原理5第五章-脉冲编码调制资料.pptx
2021/7/27 星期二
46
§5.5最佳量化器
最佳量化器就是在给定输入信号概 率密度函数和量化电平数L的情况下,求 出一组分层电平值{XK}和量化电平值 {YK}.
2021/7/27 星期二
47
1、已知最佳量化电平YK求最佳分层电平XK。 设
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48
最佳分层电平应建在相邻最佳量化电平 的中点上。
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20
计算带通抽样频率: 1.计算信号带宽(fH-fL) 2.计算fH/(fH-fL)，求出小于它的最大整数N。 3.计算M= fH/(fH-fL)-N. 4.计算fS=2 (fH-fL)(1+M/N).
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21
B 2B 3B 4B 5B 6B
由上面的公式，如图所示，根据带通抽样定理 ，抽样频率在2B到4B之间变动。
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10
证明:抽样脉冲序列为一个周期性冲激函数
δT(t)。 设x(t)为低通信号，抽样脉冲序列是一个周期
性冲激函数(t)。抽样过程是x(t)与(t)相乘的过 程。
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11
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12
低通信号抽样及其波形频谱示意图
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的滤波器进行频谱补偿。
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§5.4 标量量化和矢量量化*
1、标量量化 量化：将一个连续幅度值（无限个数）转
变成离散幅度值（有限个值）如图所示：
采样值X Q（x) 量化值Y 量化器
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40
量化器Q输出L个电平YK ( K=1,2,…L), YK称为量化电平。
通信原理第三章脉冲编码调制
收到的经过压缩后的信号还原成压缩前的信号，完成
这个还原工作的电路就是扩张器，它的特性正好与压
缩器相反，对小信号压缩，对大信号提升。为了保证
信号的不失真，要求压缩特性与扩张特性合成后是一
条直线，也就是说，信号通过压缩再通过扩张实际上
好像通过了一个线性电路。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
•
显然，单独的压缩或扩张对信号进行的是非线
Modulation）。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
•
PCM的概念最早是由法国工程师Alce Reeres于
1937年提出来的。1946年第一台PCM数字电话终端机
在 美 国 Bell 实 验 室 问 世 。 1962 年 后 ， 采 用 晶 体 管 的
PCM终端机大量应用于市话网中，使市话电缆传输的
(a) 抽 样 脉 冲
v(t) k(t) 6 5 4 3 2 1 0
Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts t (b) P CM抽 样
m(t)
6
5
4
3
2
1
0
Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
t
(c) P CM量 化
d(t)
输出
5
扩 张 曲线
4
4
A
3
3
2
2
1
线 性 变换
A′ B′
1
0
0
输入
t
B
输入
t
A
A′
B t
(a) 压 缩 器 输 入 输 出 示 意 图
B′ t
(b) 扩 张 器 输 入 输 出 示 意 图
通信原理课件第五章 脉冲编码调制
fS 4B 3B 2B
M N 1
M
N
1 2
M
N
1 3
M
N
1 4
M
N
1 5
B
fH
0 2B 3B 4B 5B 6B
❖ 带通抽样频率在2B到4B之间变动
2020/7/7
第五章 脉冲编码调制
33
❖ 计算带通抽样频率:
1.计算信号带宽B； 2.计算fH/B，求出小于它的最大整数N。 3.计算M= fH/B-N. 4.计算fS=2B(1+M/N).
16
结论
① Xs(ω)具有无穷大的带宽，周期重复 ② 抽样频率fS≥ 2fH时，用一个截止频率为fH的
低通滤波器，即可无失真地重建原始信号x (t);
③ 抽样频率fS＜2fH，则会产生失真，称为混叠 失真。
④ fS＝2fH，称为奈奎斯特频率;
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第五章 脉冲编码调制
17
❖ 例1：
语音信号的频率范围是300Hz-3400Hz，采 用低通抽样，抽样频率是多少？
2020/7/7
第五章 脉冲编码调制
20
h (t) 2 1 H ()e j td 2 1 H H e j tdH sH itH tn
xˆ(t) h(t)xs(t)
H
s
inHt Ht
n
x(nTS
)(t
nTS
)
H
n
x(nTS
)
s
inH(t nTS H(t nTS)
)
x(t)
t
T S 2TS 3TS 4TS
用抽样函数表示重建信号
2020/7/7
第五章 脉冲编码调制
第5章 脉冲编码调制
第 5 章 模拟信号的数字传输
量化噪声 量化误差就好比一个噪声叠加在原来的信号上起干扰作用， 该噪 声称为量化噪声，通常用均方误差（平均功率） N q 来度量。
N q E m mq x mq f x dx
2 b 2 M a i 1
mi 1
模拟信号的数字传输量化噪声量化误差就好比一个噪声叠加在原来的信号上起干扰作用该噪声称为量化噪声通常用均方误差平均功率模拟信号的数字传输量化信噪比在衡量量化器性能时单看绝对误差的大小是不够的因为信号有大有小同样大的量化噪声对大信号的影响可能不算什么但对小信号却可能造成严重的后果因此在衡量量化器性能时应看信号功率与量化噪声功率的相对大小用量化信噪比表示为418其中51在测量时往往用正弦信号来判断量化信噪比
•量化有什么样的必要性？ •（1）抽样信号幅度连续，有限位的数字信号不 可能精确地表示； •（2）噪声会掩盖信号的微弱变化，人的感官灵 敏度有限。
•因此将PAM信号转换成PCM信号之前，将幅度连 续的PAM信号利用预先规定的有限个量化值（量 化电平）来表示，这个过程叫“量化”。
第 5 章 模拟信号的数字传输
第 5 章 模拟信号的数字传输
量化的输入和输出
第 5 章 模拟信号的数字传输
y Q( x) Q( xi x xi 1 ) yi
y1 y2
yL
(i 1,2,L)
第 5 章 模拟信号的数字传输
yi
yi
yi
x 量化器 第 5 章 模拟信号的数字传输 (a)
xq
5 Δ 2 3 Δ 2 1 2Δ
由此可知： 当fH=nB时，能重建原信号m(t)的最小抽样
频率为
fs=2B
第五章脉冲编码调制
平顶抽样
实现过程：
准理想 抽样
抽样保持
LPF
电路
用极窄的脉冲序列作抽样脉冲 展宽脉冲
5.3.2 平顶抽样
矩形脉冲函数
h
t
A 0
t
其它
H A Sa
2
0
通过保持电路后，XSf XS H X ns H / Ts
由 xt X Ts t t nTs
Ts
t
2
Ts n
ns
n
X s ()
1
2
X
s
1 TS
X
(
)
n
(
nS
)
1 Ts
所以共13条直线段 13折线
5.8.4 对压缩特性的折线近似
输y 出z=f(x)
1
7 8
6
8
6
5
8
5
4 84
3 83
2 82
1 8 1
10
31
63
255 3
7
255 15
255
255 255 255
μ律15折线：
第8段 7
127 255
1
x
5.9 PCM编码原理
5.9.1 概述 5.9.2 折叠二进制码（FCB） 5.9.3 CCITT标准的PCM编码规则
X
s
1 Ts
X ns
5.2.2 带通抽样定理
实现过程：
准理想 抽样
抽样保持
LPF
电路
用极窄的脉冲序列作抽样脉冲 展宽脉冲
5.3.2 平顶抽样
矩形脉冲函数
h
t
A 0
t
其它
H A Sa
2
0
通过保持电路后，XSf XS H X ns H / Ts
由 xt X Ts t t nTs
Ts
t
2
Ts n
ns
n
X s ()
1
2
X
s
1 TS
X
(
)
n
(
nS
)
1 Ts
所以共13条直线段 13折线
5.8.4 对压缩特性的折线近似
输y 出z=f(x)
1
7 8
6
8
6
5
8
5
4 84
3 83
2 82
1 8 1
10
31
63
255 3
7
255 15
255
255 255 255
μ律15折线：
第8段 7
127 255
1
x
5.9 PCM编码原理
5.9.1 概述 5.9.2 折叠二进制码（FCB） 5.9.3 CCITT标准的PCM编码规则
X
s
1 Ts
X ns
5.2.2 带通抽样定理
脉冲振幅调制(PAM) ppt课件
2. 平顶抽样的脉冲调幅
平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自然抽样的不同 之处在于它的抽样后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。原理框图中的脉冲形成电路的作用就是 把冲激脉冲变为矩形脉冲。
mq(t)
Q()
m(t)
×
ms(t)
脉冲形 mq(t) 成电路
O
T
(a)
以上按自然抽样和平顶抽样均能构成PAM通信 系统， 也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信 号，但由于它们抗干扰能力差，目前很少实用。 它 已被性能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。
本节结束
作业： P134 5-5
(５.2 - 1)
s(t)的频谱信号
S()2 T s n S (n aH )(2nH ) (５.2 - 2)
MS()21M()S()
A
TS
Sa(nH)M(2nH)
n
(５.2 - 3)
，也是由无
限多个间隔为ωs=2ωH的M(ω)频谱之和组成。其中, n=0的成分是(τ/Ts)M(ω)，与原信号谱M(ω)只差一个 比例常数(τ/Ts)，因而也可用低通滤波器从Ms(ω)中滤 出M(ω)，从而恢复出基带信号m(t)。
t
T(t)
(b)
图 5.2-4 平顶抽样信号及其产生原理框图
实际抽样---平顶抽样
h(t) 0A
|t |
others
时域表达
xsf(t)x(t)T(t)h(t)
频域表达
xsf ()xs()H()
A
Ts
x(ns)sin(/2/2)
1 (a)
(b)
(c)
(d) -
-0
图５.２-５平顶取样
音频的数字化与语音编码课件.ppt
学习内容
第一节 音频的数字化 1、 声音 2、模拟音频与数字音频 3、音频的采样、量化和数字化（重点） 4、数字音频的格式
学习内容
第二节 语音编码 1、人耳的听觉特性 2、脉冲编码调制(PCM) 3、G.711标准、G.721标准、G.722标准（重点）
学习目标
1、了解声音相关概念及要素 2、掌握音频采样、量化和数字化原理 3、了解数字音频的文件格式 4、掌握常见的音频压缩编码方法 5、理解G.711、G.721、G.722标准
量化等级的划分
三、音频的数字化
模拟信号
采样
量化
编码
A/D转换中，影响质量及数据量的主要因素：
每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率
每个声音样本的位数(bps)应该是多少即量化位数
三、音频的数字化
例子:每个声音样本用16位表示,测得声音样本值是在0~65536的范围里,它的精度就是输入信号的1/65536
五、音频文件的读取
六、声音质量的度量
1、客观质量度量：信噪比
信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。
2、客观质量度量：带宽
200—3.4KHz
电话声音范围
50—7KHz
调幅广播声音范围
文件数据量计算：
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
四、数字音频的文件格式
2、MP3文件
MPEG Audio Layer-3 特点：数据量较小，压缩率10：1—20：1 音质较好 是目前最为流行的音频格式文件
四、数字音频的文件格式
例：sound.wav
44.1kHz 16位 双声道 12.68秒 2236752字节数据量
第一节 音频的数字化 1、 声音 2、模拟音频与数字音频 3、音频的采样、量化和数字化（重点） 4、数字音频的格式
学习内容
第二节 语音编码 1、人耳的听觉特性 2、脉冲编码调制(PCM) 3、G.711标准、G.721标准、G.722标准（重点）
学习目标
1、了解声音相关概念及要素 2、掌握音频采样、量化和数字化原理 3、了解数字音频的文件格式 4、掌握常见的音频压缩编码方法 5、理解G.711、G.721、G.722标准
量化等级的划分
三、音频的数字化
模拟信号
采样
量化
编码
A/D转换中，影响质量及数据量的主要因素：
每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率
每个声音样本的位数(bps)应该是多少即量化位数
三、音频的数字化
例子:每个声音样本用16位表示,测得声音样本值是在0~65536的范围里,它的精度就是输入信号的1/65536
五、音频文件的读取
六、声音质量的度量
1、客观质量度量：信噪比
信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。
2、客观质量度量：带宽
200—3.4KHz
电话声音范围
50—7KHz
调幅广播声音范围
文件数据量计算：
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
四、数字音频的文件格式
2、MP3文件
MPEG Audio Layer-3 特点：数据量较小，压缩率10：1—20：1 音质较好 是目前最为流行的音频格式文件
四、数字音频的文件格式
例：sound.wav
44.1kHz 16位 双声道 12.68秒 2236752字节数据量
第五章脉冲编码调制
一般进行以下迭代求解：
（1）给定一组初值 yi (0),1 i L ； （2）分割子空间，若 d x , yi (0) d x , y j (0) ， j i ， 则 x Ci (0) ；（最近码本）
（3）找出各子空间的质心：yi (1) Cen Ci (0) ； （4）计算 D (0) 总平均失真度。
3、实际抽样的问题
1、信号往往不是频带受限的基带信号（混叠现 象）。 2、取样脉冲总有一定宽度（理想的是一个冲激）， 即脉宽总是具有一定持续时间。 3、实际抽样： ① 自然抽样（曲顶抽样）
② 平顶抽样
实际抽样---自然抽样
• 抽样脉冲：
C (t ) P(t nTs )
• 傅立叶展开
2
n
X ( ns )
比较两种实际抽样系统可见，自然抽样后的信号频谱在频 率上是周期性的，其谱瓣形状与原函数频谱相同，但幅度按抽 样脉冲的频谱和脉冲宽度两者决定的比例系数变化；平顶抽样 后的信号频谱各谱瓣要受抽样脉冲频谱的不均匀加权，从而各 谱瓣有不均匀或不对称的失真，且幅度要下降，克服谱瓣失真 的方法是在恢复信息信号的低通滤波器之后接一均衡滤波器， 其频率传输函数为保持电路的传输函数的倒数。
二、带通抽样定理（频分多路，截波电话）
最高频率f H，最高频率f L ，限带(f L ， f H)，带宽为B 抽样频率fs 应满足下列关系式:
fH M M fS 2( fH fL)(1 ) 2 B(1 ) 2B B N N fH B
fH fH fH f N （余数）， N H B B B B
条件二，设计 { y } 集合，并分割子空间，使各个子空间
第5章 脉冲编码调制
2
（4.17）
量化信噪比 在衡量量化器性能时，单看绝对误差的大小是不够的，因为 信号有大有小， 同样大的量化噪声对大信号的影响可能不算 什么，但对小信号却可能造成严重的后果，因此在衡量量化 器性能时应看信号功率与量化噪声功率的相对大小， 用量化 信噪比表示为
S E x2 N q E m m q 2
脉 冲 形 成 电 路 h ( t ) ＝ q ( t )
X ( t ) s
s t ) δ( ( a )
0
T s ( b )
t
平顶抽样产生框图及波形图
平顶抽样的频谱为
Xs ( ) X ( ) H ( )
H()
Xs()
加权项
H (ω ) ) 1 / Q (
x ( ω ) s
根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样 定理和带通抽样定理；根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还 是非等间隔的，又分均匀抽样定理和非均匀抽样；根据抽样的 脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可分理想抽样和实际 抽样。
5.1.1 低通抽样定理
一个频带限制在 (0, fH) 赫内的时间连续信号 m(t) ，如果 以Ts≤1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则m(t) 将被所得到的抽样值完全确定。 此定理告诉我们：若m(t)的频谱在某一角频率ωH以上为 零，则 m(t)中的全部信息完全包含在其间隔不大于 1/(2fH) 秒 的均匀抽样序列里。换句话说，在信号最高频率分量的每一 个周期内起码应抽样两次。 或者说，抽样速率fs（每秒内的 抽样点数）应不小于 2fH ，若抽样速率 fs ＜ 2fH ，则会产生失 真，这种失真叫混叠失真。
频率为
fs=2B
（2） 若最高频率fH不为带宽的整数倍，即