通信原理第五章ppt課件.ppt

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1、通信原理第五章模擬信號的數(shù)字傳輸本章的主要內(nèi)容5.1模擬信號的抽樣5.2脈沖振幅調(diào)制（PAM）5.3模擬信號的量化5.4脈沖編碼調(diào)制（PCM）5.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)5.6增量調(diào)制（?M）5.7時分復(fù)用25.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)64kb/s的A律或?律的對數(shù)壓擴(kuò)PCM編碼已經(jīng)在大容量的光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字微波系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但PCM信號占用頻帶要比模擬通信系統(tǒng)中的一個標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬（3.4kHz）寬很多倍，這樣，對于大容量的長途傳輸系統(tǒng)，尤其是衛(wèi)星通信，采用PCM的經(jīng)濟(jì)性能很難與模擬通信相比。以較低的速率獲得高質(zhì)量編碼，一直是語音編碼追求的目標(biāo)。通常，把話路速

2、率低于64kb/s的語音編碼方法，稱為語音壓縮編碼技術(shù)。語音壓縮編碼方法很多，其中，自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制是語音壓縮中復(fù)雜度較低的一種編碼方法，它可在32kb/s的比特率上達(dá)到64kb/s的PCM數(shù)字電話質(zhì)量。近年來，ADPCM已成為長途傳輸中一種新型的國際通用的語音編碼方法。ADPCM是在差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。35.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)DPCM系統(tǒng)的原理：在PCM中，每個波形樣值都獨立編碼，與其它樣值無關(guān)，這樣，樣值的整個幅值編碼需要較多位數(shù)，比特率較高，造成數(shù)字化的信號帶寬大大增加。利用信源抽樣值之間的相關(guān)性，一種比較簡單的解決方法是對相鄰樣值的差

3、值進(jìn)行編碼。由于相鄰樣值的差值比樣值本身小，可以用較少的比特數(shù)表示差值?？梢栽诹炕_階不變的情況下（即量化噪聲不變），編碼位數(shù)顯著減少，信號帶寬大大壓縮。這種利用差值的PCM編碼稱為差分PCM（DPCM）實現(xiàn)差分編碼的一個方法是根據(jù)前面的p個樣值預(yù)測當(dāng)前時刻的樣值。編碼信號只是當(dāng)前樣值與預(yù)測值之間的差值的量化編碼。45.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)DPCM系統(tǒng)的框圖＋量化器編碼預(yù)測器解碼預(yù)測器編碼器解碼器＋＋接收端的預(yù)測器與發(fā)送端相同。在無傳輸誤碼的條件下，解碼器輸出的重建信號與編碼器中的相同。55.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)DPCM系統(tǒng)總量化誤差：輸入信號樣值與解碼器輸出樣值

4、之差＋量化器編碼預(yù)測器解碼預(yù)測器編碼器解碼器＋＋由上式可知，DPCM的總量化誤差qk僅與差值信號eqk的量化誤差有關(guān)。DPCM系統(tǒng)總的量化信噪比65.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)DPCM系統(tǒng)總的量化信噪比如果能夠選擇合理的預(yù)測規(guī)律，差值功率E[eqk2]就能遠(yuǎn)小于信號功率E[mk2]，Gp就會大于1，該系統(tǒng)就能獲得增益。對DPCM系統(tǒng)的研究就是圍繞著如何使Gp和(S/N)q這兩個參數(shù)取最大值而逐步完善起來的。通常Gp約為6～11dB。(S/N)q是把差值序列作為信號時量化器的量化信噪比，與PCM系統(tǒng)考慮量化誤差時所計算的信噪比相當(dāng)。Gp可理解為DPCM系統(tǒng)相對于PCM系統(tǒng)而言的信噪比增

5、益，稱為預(yù)測增益。DPCM系統(tǒng)總的量化信噪比遠(yuǎn)大于量化器的信噪比。因此,要求DPCM系統(tǒng)達(dá)到與PCM系統(tǒng)相同的信噪比，則可降低對量化器信噪比的要求，即可減小量化級數(shù)，從而減少碼位數(shù)，降低比特率。75.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)ADPCM的主要特點是用自適應(yīng)量化取代固定量化，用自適應(yīng)預(yù)測取代固定預(yù)測。自適應(yīng)量化指量化臺階隨信號的變化而變化，使量化誤差減?。蛔赃m應(yīng)預(yù)測指預(yù)測器系數(shù){ai}可以隨信號的統(tǒng)計特性而自適應(yīng)調(diào)整，提高了預(yù)測信號的精度，從而得到更高預(yù)測增益。通過這兩點改進(jìn)，可大大提高輸出信噪比和編碼動態(tài)范圍。若DPCM的預(yù)測增益為6~11dB，自適應(yīng)預(yù)測可使信噪比改善4dB；自適應(yīng)

6、量化可使信噪比改善4~7dB，則ADPCM比PCM可改善16~21dB，相當(dāng)于編碼位數(shù)可以減小3位到4位。因此，在維持相同的語音質(zhì)量下，ADPCM允許用32kb/s編碼，這是標(biāo)準(zhǔn)64kb/sPCM的一半。CCITT已形成了關(guān)于ADPCM系統(tǒng)的規(guī)范建議G.721、G.726等，用于長途傳輸系統(tǒng)。8本章的主要內(nèi)容5.1模擬信號的抽樣5.2脈沖振幅調(diào)制（PAM）5.3模擬信號的量化5.4脈沖編碼調(diào)制（PCM）5.5差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)5.6增量調(diào)制（?M）5.7時分復(fù)用95.6增量調(diào)制（?M）增量調(diào)制(簡稱?M或DM)是將模擬信號變換為由一位二進(jìn)制碼組成的數(shù)字信號序列。可以看成是PCM

7、的一個特例。?M與PCM雖然都是用二進(jìn)制代碼去表示模擬信號的編碼方式。但是在PCM中，代碼表示樣值本身的大小，所需碼位數(shù)較多，從而導(dǎo)致編譯碼設(shè)備復(fù)雜；而在?M中，它只用一位編碼表示相鄰樣值的相對大小，從而反映出抽樣時刻波形的變化趨勢，與樣值本身的大小無關(guān)。?M與PCM編碼方式相比具有編譯碼設(shè)備簡單，低比特率時的量化信噪比高，抗誤碼特性好等優(yōu)點。在軍事和工業(yè)部門的專用通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信中得到了廣泛應(yīng)用，近年來在高