通信原理 信源编码课件.ppt

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1、第7章信源编码本章要点抽样定理脉冲编码调制（PCM）调增量调制（ΔM）Δ-M、DPCM和数字音节压扩系统语音与图像压缩编码简介11抽样概念：抽样又可称为取样或者采样。任务：是对模拟信号进行时间上的离散化处理，即每隔一段时间对模拟信号抽取一个样值。2抽样定理7.1抽样定理一个频带限制在（0，fH）Hz内时间连续的信号m(t)，如果以1/2fH的时间对其进行等间隔抽样，则m(t)将被得到的抽样值完全确定。2抽样定理模型可用一个乘法器表示即ms（t）=m（t）·s（t）式中：s（t）是重复周期为Ts、脉冲幅

2、度为1、脉冲宽度为τ的周期性脉冲序列，即抽样脉冲。可以看出：s（t）＝1时，ms（t）＝m（t）；s（t）＝0时，ms（t）＝03样值信号频谱：S（t）的傅里叶级数表示为：式中：则：……4若m（t）为单一频率Ω的正弦波，即则式中各项所包含的频率成分分别为：第一项：Ω，第二项：ωs±Ω；第三项：2±Ω；……第n项：n±Ω结论：抽样后信号的频率成分除含有Ω外，还有nωs的上、下边带；第一项中包含了原模拟信号的全部信息，只是幅度差倍。5若m（t）信号的频率为fL～fH，即为一定带宽信号，其m（t）、s（t）

3、、ms（t）信号频谱及波形如图所示。6结论：只要频谱间不发生重叠现象，在接收端就可通过截止频率为fc=fH的理想低通滤波器从样值信号中取出原模拟信号。因此，对于低频频率fL很低，最高频率为fm的模拟信号来说，只要抽样信号频率fs≥2fm，在接收端就可不失真地取出原模拟信号。抽样信号s（t）的重复频率fs必须不小于模拟信号最高频率的两倍，即fs≥2fm，它是模拟信号数字化的理论根据。实际滤波器的特性不是理想的，因此常取fs>2fm。在选定fs后，对模拟信号的fm必须给予限制。其方法为在抽样前加一低通滤波器

4、，限制fm，保证fs>2fm。73信号的重建利用一低通滤波器即可完成信号重建的任务。由前面分析知道，样值信号中原模拟信号的幅度只为抽样前的倍。因为τ很窄，所以还原出的信号幅度太小。为了提升重建的语音信号幅度，通常采取加一展宽电路，将样值脉冲τ展宽为Ts，从而提升信号幅度。理论和实践表明：加展宽电路后，在PAM信号中，低频信号提升的幅度多，高频信号提升的幅度小，产生了失真。为了消除这种影响，在低通滤波器之后加均衡电路。要求均衡电路对低频信号衰减大，对高频信号衰减小。8在数字通信系统中，脉冲编码调制通信是数

5、字通信的主要形式之一。一个基带传输PCM单向通信系统如图所示。7.2脉冲编码调制（PCM）9发信端：完成A/D变换，主要步骤为抽样、量化、编码。收信端：完成D/A变换，主要步骤是解码、低通滤波。信号在传输过程中要受到干扰和衰减，所以每隔一段距离加一个再生中继器，使数字信号获得再生。为了使信码适合信道传输，并有一定的检测能力，在发信端加有码型变换电路，收信端加有码型反变换电路。10抽样、量化、编码过程的示意图：图b：根据抽样定理，m(t)经过抽样后变成了时间离散、幅度连续的信号mS(t)。图c：将其送入量

6、化器，就得到了量化输出信号mq(t)。这里采用了“四舍五入”法将每一个连续抽样值归结为某一临近的整数值，即量化电平，这里采用了8个量化级，将图(b)中7个准确样值4.2、6.3、6.1、4.2、2.5、1.8、1.9分别变换成4、6、6、4、3、2、2。图d：量化后的离散样值可以用一定位数的代码来表示，也就是对其进行编码。因为只有8个量化电平，所以可用3位二进制码来表示。图d是用自然二进制码对量化样值进行编码的结果。11二进制编码位数与量化电平数目的关系：如果有M个量化电平，则需要的二进制码位数n为μ进

7、制编码位数与量化电平数目M的关系：如果用μ进制脉冲进行编码，n个码元所代表的量化电平数目为但实际中，实现这种方法的电路较复杂，因此，实用电路中常常在发信端采用取整量化，在收信端再加上半个量化级差的方法。127.2.1量化1.量化的任务将抽样后的信号在幅度上离散化，即将模拟信号转换为数字信号。做法：将PAM信号的幅度变化范围划分为若干个小间隔，每一个小间隔叫做一个量化级。相邻两个样值的差叫做量化级差，用δ表示。当样值落在某一量化级内时，就用这个量化级的中间值来代替。该值称为量化值。2.量化误差用有限个量化

8、值表示无限个取样值，总是含有误差的。由于量化而导致的量化值和样值的差称为量化误差，用e（t）表示。即e（t）＝量化值-样值13均匀量化量化非均匀量化一.均匀量化1．定义均匀量化的量化级差δ是均匀的。或者说，均匀量化的实质是不管信号的大小，量化级差都相同。如图（a）所示。2.量化曲线该量化特性曲线共分8个量化级，量化输出取其量化级的中间值。量化误差与输入电压的关系曲线如图（b）所示。14当输入信号幅度在－4δ～＋4δ之间时，量化误差的绝对