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pcm编码器设计与应用
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2013-01-15
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pcm编码器设计与应用 PCM;编译码器;simulink;抽样;量化;脉冲
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PCM 编译码器设计及应用的设计
PCM 编译码器设计及应用的设计
摘要:在科学技术高速发展的今天,通信原理技术已广泛运用于制造业、农业、交通、
航空航天等众多部门,极大的提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动环境,丰富和
提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中,自动化装置已经无所不在,为人类文明
进步做出了重要的贡献。通信原理系统的课程设计是检验我们学过知识扎实程度的好机
会,也让我们的知识体系更加系统,更加完善。 在不断学习新知识的基础上得到了动手
能力的训练,启发创新思维及独立解决实际问题的能力,提高设计、装配、调试能力。
关键词 :PCM;编译码器;simulink;抽样;量化;脉冲
引言
随着电子技术和计算机技术的发展,仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于
通信系统的动态仿真软件 simulink 具有强大的功能,可以满足从底层到高层不同层次的
设计、分析使用,形成多层系统,使系统设计更加简洁明了,便于完成复杂系统的设计。
simulink 具有良好的交互界面,通过分析窗口和示波器模拟等方法,提供了一个可
视的仿真过程,不仅在工程上得到应用,在教学领域也得到认可,尤其在信号分析、通
信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统。 本文主
要阐述了如何利用 simulink 实现脉冲编码调制(PCM)。系统的实现通过模块分层实现
模块主要由 PCM 编码模块、PCM 译码模块、及逻辑时钟控制信号构成。通过仿真设计电
路,分析电路仿真结果,为最终硬件实现提供理论依据。
1、系统介绍
PCM 即脉冲编码调制,在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM 的实现主
要包括三个步骤完成:抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化
信号的二进制表示。根据 CCITT 的建议,为改善小信号量化性能,采用压扩非均匀量化,
有两种建议方式,分别为 A 律和 μ 律方式,我国采用了 A 律方式,由于 A 律压缩实现复
杂,常使用 13 折线法编码,采用非均匀量化 PCM 编码示意图见图 1。
低通滤波 瞬时压缩
抽 样 量 化 编 码
低通滤波
瞬时扩张 解 调 解 码
信
道
再 生
话音输入
话音输出
PCM 编译码器设计及应用的设计
图 1-1 PCM 原理框图
2、PCM 编码中抽样、量化及编码的原理
2.1 抽样
所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散
的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢
复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。
2.2 量化
从数学上来看,量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的
有限数集合。如图 1-2 所示,量化器 Q 输出 L 个量化值 ,k=1,2,3,…,L。
常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度 落在 与 之间时,量化器输
出 电 平 为 。 这 个 量 化 过 程 可 以 表 达 为 :
这里 称为分层电平或判决阈值。通常 称为量化间隔。
图 1-2 模拟信号的量化
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是:无
论抽样值大小如何,量化噪声的均方根值都固定不变。因此,当信号 较小时,则信号
量化噪声功率比也就很小,这样,对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。
通常,把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围,可见,均匀量化时的信
号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点,实际中,往往采用非均匀量化。
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间,其
1
模拟入
y
x
量化器
量化值
PCM 编译码器设计及应用的设计
量化间隔 也小;反之,量化间隔就大。它与均匀量化相比,有两个突出的优点。首先,
当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度(实际中常常是这样)时,非均匀量化
器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比;其次,非均匀量化时,量化噪声
功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相
同,即改善了小信号时的量化信噪比。
实际中,非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使
用的压缩器中,大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是 压缩律和 A 压缩
律。美国采用 压缩律,我国和欧洲各国均采用 A 压缩律,因此,PCM 编码方式采用的
也是 A 压缩律。
所谓 A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律:
A 律压扩特性是连续曲线,A 值不同压扩特性亦不同,在电路上实现这样的函数规律
是相当复杂的。实际中,往往都采用近似于 A 律函数规律的 13 折线(A=87.6)的压扩
特性。这样,它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点,又便于用数字电路实现,本设
2
未压缩
( 1 )
( 2 )
( 3 )
( 4 )
( 5 )
( 6 )
( 7 )
( 8 )
0
32
1
64
1
128
1
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- a73815262013-06-19不错。刚好用到
mingqianyuhou
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