数字通信原理优秀课件 (2)

3. 抽样误差分析
(1) 抽样的折叠噪声 ◆产生原因
不满足抽样定理；
fs
被抽样信号的带宽无限。
Fs ( f )
f
fs
◆脉冲编码调制中减少折叠噪声的措施
抽样前，低通滤波 抽样频率取大一些
限带(0～3.4KHz)； 通常取8KHz。
(2) 抽样展宽的孔径效应失真
◆产生原因 非理想抽样
ST (t)
0T
(2) 带通型信号抽样
带通型信号
带宽 B f m f 0
f0 B
F( f )
下
fm f0
带通型信号
B
上
f
f0 fm
对带通型信号的抽样频率，如果仍按照 fS 2 fm 选取， 虽然能满足频谱不重叠要求，但所选取的抽样频率太 高，将会降低信道传输效率，从提高传输效率的角度 考虑，则应尽量降低抽样频率。
连续语音长时间功率谱密度
3.语音信号的动态范围
定义：
L 10lg Pmax dB Pmin
P m a x 和 P m i n 分别表示语音信号的最大、最小功率。
人讲话时动态范围可达60~70dB；
统计平均来看，不超过40dB。
❖设计电话通信设备 按40dB动态范围考虑。
●衡量语音质量的宏观感知特性
2ue
u 是幅度瞬时值； u e 是均方根值。
(2)高斯分布
标准高斯分布
p(x) 1 e(x2a2)2
2
p(x)
1
x2
e 2
2
(3)伽马分布 p(x) K eK x 2 x
K 为常数，通常取 K0.866
2.语音信号的功率谱密度
250～500Hz处 能量最大； 500Hz以内的成分 占总能量的60%， 1500Hz以内的能量 占88%。
数字通信原理
●本章学习要点 ◆语音信号波形编码的三个基本步骤
----抽样、量化、编码； ◆抽样的概念及抽样定理； ◆量化的概念、均匀量化及非均匀量化、量化
信噪比的计算； ◆编码的概念及A律l3折线编码； ◆ DPCM及ADPCM概念及系统构成。
2.1
语音信号波形编码
2.2
脉冲编码调制—PCM
2.3 差值脉冲编码调制—DPCM
2.1 语音信号波形编码
●通信业务 目前通信业务主要有电话业务和图像(传真、电视) 业务等。
电话信号的数字化称为语音编码； 图像信号的数字化称为图像编码。
●语音信号的统计特征
1.语音的幅度概率密度
(1)拉普拉斯分布
p(x) a ea x 2
a 为常数，通常取 a 2
p(u)
1
Baidu Nhomakorabea
2u
e ue
●参量编码 参量编码是提取语音信号的一些特征参量进行编码。 其特点是编码速率低，但语音质量不如波形编码。
●混合编码 混合编码是介于波形编码和参量编码之间的一种编码， 即在参量编码的基础上，引入了一定的波形编码的特 征，以达到改善语音自然度的目的。
2.2 脉冲编码调制----PCM
2.2.1 PCM的概念 脉冲编码调制(PCM)是实现模拟信号数字化的一种方式。 抽样：把模拟信号用时间域上离散时间点的幅度值(样值)
(n1)fs fm
(1)
nfs f0 f0
即
(2) (n1)fsfmfm 即
fs
2 f0 n
fs
2 fm n 1
抽样频率应满足的条件为：
下限
2 fm n1
fs
2 f0 n
上限
如果使各边带之间的间隔相等：
fs
2( f0 fm) 2n 1
例： 求载波60路超群信号 312～552KHz的抽样频率。
◆可懂度 ◆清晰度 ◆自然度
句子 单字 讲话者识别
❖人耳的相位感知特性
“相聋”
❖综合
主观评定和客观评定相结合。
三个度 信噪比
2.1.1 语音信号波形编码的概念
PCM编解码框图
2.1.2 语音信号编码的分类 ●波形编码 波形编码是在发送端根据语音信号波形的特点进行编码， 接收端经过解码再恢复原语音的波形。 波形编码的特点是具有较高的重建信号质量。
ST (t)
1
0 Ts
t
当 Ts 时， 抽样脉冲序列可用周期冲激脉冲序列 T s ( t ) 表示，称为理想抽样。
理想抽样的过程及其有关波形
f (t)
Ts(t)
fs(t)
1
o
t
－T so Ts
t
－T soTs
t
2. 抽样定理
(1) 低通型信号抽样
设时间连续信号f (t)，其最高截止频率为 f m 。 当 S T ( t ) 为周期冲激序列(理想抽样)时，抽样信号频谱为：
解： 带宽 B f m f 0 552312240(KHz)
n
f0 B
I
312 2 4 0 I
1
f s下 限
2 n
fm 1
552KHz
f s上 限
2 f0 n
624KHz
fs
2( f0 f m ) 2(312552) 576KHz
2n 1
3
低通抽样定理 f s 2 f m 1104KHz
来表示； 量化：把连续取值的样值用离散的幅度值来近似表示； 编码：把离散的幅度值变换为不易遭受传输干扰的二进制。
PCM系统中的信号处理过程
2.2.2 抽样 1. 抽样定义及实现抽样的电路
连续信号抽样示意图
抽样器物理模型及抽样波形示意
抽样器数学模型
f (t)
fs (t)
ST (t)
开关函数ST(t)
t
f (t)
fs (t)
0
t
0
t
样值的顶部不平坦，不能准确选择量化标准。
◆措施 平顶抽样(抽样保持)
展宽电路模型
fs (t) 展宽电路
f (t)
Q()
fQ (t)
T (t)
fQ (t)
平顶抽样
0
t
目的： 准确选取量化标准。
2.2.3 量化 1.量化定义及描述 量化 将幅度域连续取值的信号在幅度域上划分为若 干个分层，在每一个分层范围内的信号值用“四舍五入” 的办法取某一个固定的值来表示。
❖带通型抽样定理
抽样使下边带右移 n次时，如要不产生 混叠，必须满足：
nfs f0 f0 抽样使下边带右移 n+1次时，如要不产 生混叠，必须满足： (n1)fsfmfm
下边带
F( f )
上边带
fm f0
n次
下边带
f
0
f0 fm
Fs ( f )
n 1次
上边带
fm f0
0
nfs f0
f f0 fm
FS()T1S nF(ns)
s
2 Ts
理想抽样样值序列频谱
三种不同抽样频率 时的样值序列频谱
❖抽样定理(低通型)
要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样 频率应选为 fS 2 fm 。
也称奈奎斯特定理
对语音信号：
fm 3.4KHz fSmin 6.8KHz
ITU-T规定，语音信号的抽样频率为8KHz，留出1.2KHz 作为滤波器的防护带。