通信原理课程设计报告
PCM 编码系统的设计
班级:通信 05-5 班
指导教师：张子红
学号:22 号
姓名:滕莹
设计日期：2007 年 11 月 19 日 至 2007 年 11 月 23 日
第 1 章 PCM 编码器概述
PCM 编码（又叫脉冲编码调制）：数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、
图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍
五人取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。
1.1 引言
近十年来,随着大规模集成电路的飞速发展,已可将话路滤波器和 PCM 编码器集
成在同一芯片上,这使 PCM 在光纤通信,数字微波通信,卫星通信等数字通信领域中获
得了更广泛的应用"然而在某些需要 PCM 编码器的实际应用中,如数字交换机中的信
号音的产生和实现,单靠 PCM 编解码芯片来完成整个编解码功能,在电路设计和实现
上都显得烦琐和笨拙,相反如果运用软件方法来实现 PCM 编解码芯片的部分功能并与
PCM 编解码芯片相结合来共同完成整个电路设计上的编解码,不仅设计简单,灵活方
便,而且往往可以达到事半功倍的结果。
PCM 通信系统采用基带传输的 PCM 通信系统发送端通常由抽样量化和编码三部
分组成,其中量化和编码共同完成模拟到数字(A/D 变换)功能信源 f(t)经脉冲序列
p(t)抽样产生零阶抽样保持信号 fs0(t),它是 PAM 信号,具有离散时间,连续幅度，量
化过程就是将此信号转换成离散时间,离散幅度的多电平数字信号，从数学角度理解,
量化是把一个连续幅度值的无限数集合映射到一个离散幅度值有限的集合 fD(t)为
编码后 PCM 信号 fD(t)经数字-模拟转换(D/A 变换)后恢复为 PAM 信号 fs0(t),再经
1/Sa(x)低通补偿滤波器即可重建 f(t)。
视频 A/D 转换器又称编码器,它是将视频模拟信号经过取样,量化,编码三个环节
的操作转换成等幅脉冲序列的数字信号。这一过程称为脉冲编码调制(PCM), 从本质
上讲,脉码调制也是一种频谱变换。如对具有 0～fm 带宽的原始信号基带,以 fs 频率
对其进行幅度取样,相当于基带对 fs 及其各次谐波进行调幅,形成许多间隔为 fs 的
双连带信号。
1.2 PCM 编码器原理
在 PCM 中，波形的每个样本独立进行编码。然而，以奈奎斯特速率或更高速率采
样的绝大多数信号（包括语音信号），其相邻的样本之间呈现明显的相关性，换言之，
相邻采样幅度间的平均变化较小。所以，利用采样中多余度的编码方案将使语音信号
的码率降低。
一种简单的解决方法就是对相邻样本之差编码而不是对样本本身编码，由于相邻
样本之差比实际样本幅度小，所以表示差信号需要较小的位数。这种普通方法的一种
改进方案是用前面的
n
个样本根据一定的规律来预测当前的样本，然后将预测值与实
际值的误差进行量化后传输，在根据误差信号，采用和发送端相同的预测方法恢复出
原始信号。
第 2 章 设计原理及步骤
2.1 PCM 编码器仿真
2.1.1 PCM 编码器的设计要求
对输入信号为语音信号（多频信号）或正弦信号（单频信号），完成采样、13 折
线均匀量化，编码数为 8 的 PCM 编码。
2.1.2 PCM 技术编码过程
模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码，以实现话音数字化的
脉冲编码调制（PCM，Pulse Coding Modulation）技术。
1. 抽样(Samping)
抽样是把模拟信号以其信号带宽 2 倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散
的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在 0.3～3.4kHz 内，用 8kHz 的抽样
频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对一个正弦信号进行抽
样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号，如下图对模拟正弦信号的抽样
所示。对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。
2. 量化（quantizing）
抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值
范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。
为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使
一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。这一过程称为量化。
量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信
号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声
的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，
量化噪声也越小。
3. 编码（Coding）
量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅
度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个
量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，
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