兰大信息第02章话音信号的数字化

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1、第1页第二章话音信号的数字化§2.1模拟信号的数字化§2.2时分多路复用§2.3线路的传输码型§2.4数字通信中的常用基本物理量第2页§2.1模拟信号的数字化一、模拟信号和数字信号1.在通信系统中，任何信号都可以归结为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号：幅度取值为连续的信号。连续模拟信号：时间和幅度都是连续的信号。语音信号离散模拟信号：时间离散而幅度连续的信号。PAM信号数字信号：幅度取值是不连续的信号。（幅度离散）2.模拟、数字通信的优缺点模拟通信的优点是直观且容易实现，缺点主要有两条：1)保密性差；2)抗干扰能力弱第3页一、模拟信号和数字信号数

2、字通信优点：具有较强的抗干扰能力：数字信号；检错纠错重发机制。保密性强：容易由处理机实现加密算法。小型化、重量轻、耗电省、成本低：采用大规模和超大规模集成电路。由于话音信息和非话音信息均可进行数字化，这样可使各种业务都纳入综合业务数字ISDN中。数字通信缺点：占用频带宽：模拟话音4KHz，数字话音20~60KHz。技术复杂，尤其是同步技术要求高。模数转换，带来量化误差。第4页一、模拟信号和数字信号3.数字化过程A/D转换（编码）将语音变成模拟电信号；(使用话筒）对模拟信号进行滤波（300～3400Hz）防止抽样频谱混叠；对模拟电信号抽样（8000H

3、z），变成模拟PAM信号；对PAM信号量化，生成PCM信号。D/A转换（解码）将PCM信号变成PAM信号；通过低通滤波（4000Hz）恢复成模拟音频信号。第5页二、抽样、复用及分路在数字交换机系统中始终走的是PCM数字信号，PCM通信系统的模型如下：二、抽样、复用及分路抽样定理要保证传输的话音清晰可懂，同时尽量节省频带宽度，需要传送300～3400Hz范围内的信号，这需要带通滤波。根据奈奎斯特抽样定理，抽样频率应满足fs≥2fMAX＝6800HZ，为了留出一定的频带间隔，选取fs＝8000Hz第6页二、抽样、复用及分路即抽样间隔Ts=125us抽样

4、门和分路门电路抽样门电路在发送端，对模拟信号的抽样是由抽样门电路完成的，PCM30/32路系统用来传输30路用户的时分复用抽样话音信号，所以不仅需要抽样，同时还需完成复用功能。每路用户信号都是每隔125us抽样一次，并且不同用户的抽样值都要交错开。电路组成如下图:分路门电路在接收端，对复用的PCM信号解码后，信号需要分路，把生成的PAM信号分别送到各路的接收端，这是由分路门电路完成的。电路组成如下图:第7页时分复用及解复用原理图第8页抽样门电路框图BG2的夹断电压为-9V~-4V，G点是低电平BG2截止+2v第9页分路门电路框图G点是低电平BG2截

5、止第10页抽样脉冲S(t)的波形第11页三、量化三、量化量化：就是将抽样后时间离散幅值连续的模拟PAM信号变成幅值离散的数字信号的过程。量化的方法通常有两种：均匀量化，非均匀量化均匀量化设信号变化范围是-V~+V，将输入信号的变化范围分成N等份，其量化间隔是相等的△V=2V/N。例：信号的变化范围是0~8V，均匀量化成8级，量化间隔△V=1V，判决值是0，1，2……8V，每级的量化值分别是0.5，1.5，2.5……7.5V。见下图。第12页均匀量化图示第13页均匀量化图示第14页量化误差量化误差ERR=VO－VI，小信号时信噪比比较小；大信号时信噪

6、比比较大第15页三、量化信噪比跟量化误差有关，由图可知，信号功率小时，信噪比低；信号功率大时，信噪比高。为了保证通信质量，在动态范围大于40dB的要求下，信噪比不得低于26dB。由于语音信号大部分是小信号，这就使均匀量化的整体信噪比较低。解决方法有两条：增加量化级数，加长编码长度。减小量化间隔△V=2V/N=MAX(ERR)，为了达到这一目标，需要量化等级数N>2048，即编码长度n≥11;采用非均匀量化。使小信号时量化间隔也比较小，提高小信号的信噪比；大信号时量化间隔大一些，适当降低大信号的信噪比，这样在不增加编码长度的条件下，使总的信噪比提高。

7、第16页三、量化非均匀量化量化间隔不等，大信号区的量化间隔大些，小信号区的量化间隔小些。实现原理：发送时先对小信号进行高增益放大，对大信号则增益很小，然后再进行均匀量化及编码。这样做使输入信号的动态范围变小，所以完成这一功能的部件叫做“压缩器”。接收时刚好相反，先解码，然后需要经过“扩张器”使信号复原。这种方法称作“压缩扩张法”，简称“压扩法”。第17页压缩扩张过程图示第18页三、量化两种压扩特性：A律和u律，指数型特性，A律主要用于欧洲和中国，u律主要用于北美和日本。A律压扩特性：y输出，x输入2)u律压扩特性：y输出，x输入图示请见课本p30图

8、2-14一般A取87.6一般u取255第19页三、量化电路实现这样的曲线特性非常复杂，实际中A律采用近似于A律函数特性的1