模拟信号的数字传输.ppt

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1、第4章模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输系统模拟信号Ａ／Ｄ数字传输系统Ｄ／Ａ受信者多种变换：原始信号到电信号；数字化；数字化：信源编码。脉冲编码的研究对象内容涉及语音信源编码本章主要内容一、脉冲编码调制(PCM)基本原理二、对数量化及其折线近似三、PCM编码原理四、增量调制(ΔM)五、图像与语音的压缩编码4.1脉冲编码调制PCM4.1.1PCM基本原理脉冲编码调制的概念是1937年，由法国工程师AlecReeres最早出来的。1946年美国Bell实验室实现了第一台PCM数字电话终端机1962年，晶

2、体管PCM终端机大量应用于市话网中局间中继线，使市话电缆传输电话路数扩大24－30倍70年代后期，超大规模集成电路的PCM编、解码器的出现，使光纤通信、数字微波通信、卫星通信获得了更广泛的应用PCM包括：抽样、量化、编码三个过程抽样：时间离散化量化：幅度离散化编码：转换为二进制码4.1.1PCM基本原理PCM基本原理示意图现在的数字传输系统均采用脉码调制PCM(PulseCodeModulation)体制。采样频率越高，编码所需要的数据位就越多采样周期Tt信号t采样1001001111000010t编

3、码t解码t还原4.1.2.1抽样定理信号：最高频率fH，限带(0，fH)描述无失真恢复条件：满足Nyquist抽样定理抽样脉冲信号：时域抽样信号4.1.2抽样定理理想的抽样过程抽样中的问题：上述抽样定理是在如下三个前提下得到的，即：（1）信号是严格带限的（一个时间上有限的信号，不可能同时又是严格带限的信号，反之亦然）；（2）抽样用理想冲激序列；（3）用理想低通滤波器来恢复原信号。但实际上，上述三个条件没有一个能够完全满足，因而会产生各种误差。要对这些误差进行严格分析必须进行复杂的处理，这里只作些简单的

4、说明。1.折叠（混叠）误差首先考虑信号不是严格带限时的情况。这时抽样信号的频谱成分可能出现某些重叠，这种重叠叫做折叠误差，如图（b）所示。抽样中的问题：抽样中的问题：2.孔径效应当抽样不是理想冲激抽样，而是用实际脉冲进行瞬时抽样时，由于抽样脉冲具有一定的宽度，当通过理想LPF时，不能完全恢复原信号，通常把这种影响称作孔径效应。这种失真可用适当的均衡电路予以补偿。3.内插噪声内插公式表明，要想恢复在t时刻的原信号值，必须给出t从到的全部样值。也就是说，对于t=0时刻所加的脉冲，其冲激响应只有在t<0时已

5、经开始动作的理想低通滤波器的情况下才能求得，如果使用实际可实现的有限时延的滤波器，则不能得到与原信号完全相同的信号。由此而产生的误差叫做内插噪声。4.1.2.2内插公式频域信号恢复：内插(理想低通滤波)理想低通滤波器重建信号：核函数4.1.3.1自然抽样抽样脉冲：傅立叶展开抽样信号抽样信号频谱4.1.3实际抽样4.1.3.2实际抽样---平顶抽样时域表达频域表达4.1.4量化我们知道抽样过程完成的工作是把时间连续的信号转化为时间离散的信号，也就是说完成了时间上的离散化。而把信号变换为取值域（振幅域）上

6、离散值的操作叫做量化。当信号处于量化状态时，由于量化电平对于接收机而言是已知的，只要噪声和失真不太大，接收端就可以比较容易的识别发送的幅度电平。因而离散的样值可以完全得到恢复，这就消除了传输噪声和失真的影响，从而可以通过再生中继实现远距离传输而不会使信号进一步恶化。但在另一方面，由于量化的结果信号只能取有限个量化电平之一，因此量化过程不可避免的要造成误差（即将精确样值舍入到最接近的量化电平的过程中会损失信息）。这种影响在接收端无论用什么办法也不能消除。这种舍零取整造成的误差叫做量化误差，并且把量化误差

7、产生的噪声叫做量化噪声。在电声系统中量化噪声表现为一些沙沙声。这种噪声的幅度直接与量化间隔（量化阶距）有关。4.1.4.1量化模型模型量化图示量化间隔均匀量化间隔4.1.4量化量化误差量化误差定义量化噪声：量化均方误差目标：量化噪声最小分析得到4.1.5最佳量化器4.1.6均匀量化均匀量化是指在整个量化范围内量化间隔都是相等的。只有在信号是均匀分布（比如图象信号）的情况下，均匀量化器才是最佳量化器。下面我们来分析一下均匀量化。如图5-3（a），5-4（a）所示，其中5-3（a）是中升量化特性，5-4（

8、a）是中平量化特性。当信号落在区间内，量化器的输出取值为，此时称为量化区间，取值称为量化电平。若在范围内变化，则量化器就有个对应的量化区间和个量化电平，这里称为信号的动态范围，它应和最大的编码幅度相匹配，即编码器的最大幅度和信号最大幅度相等。我们按照量化特性中有无零量化电平来区分两种量化器。在实际的通信系统中可以根据不同的需要来选择，中平量化特性能够抑制背景噪声，而中升量化器对弱信号有较高的灵敏度。4.1.6均匀量化均匀量化量化电平(-V，V)，L个间隔