脉冲编码调制(PCM)系统讲解
第3章 脉冲编码调制(PCM).
注意：
（1 ）在一定的取值范围内把量化值多取几个（量化级增多），也 就是把量化间隔变小，则量化噪声就会减小。
如，量化间隔取成0.5->量化值变成14个->量化噪声变为0.25。
显然量化噪声与量化间隔成反比。 （2）在实际中，不可能对量化分级过细，过多的量化值将直接导致
系统的复杂性、经济性、可靠性、方便性、维护使用性等指标的
2 再将无限个可能的抽样值（不是指抽样点的个数，而是每个
抽样点的可能取值）变成有限个可能取值，我们称之为量化； 3 对量化后的抽样值用二进制（或多进制）码元进行编码，就 可得到所需要的数字信号。所谓编码就是用一组符号（码组）取 代或表示另外一组符号（码组或数字）的过程。 这种将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数 字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation）。
y
＝2 55
＝3 0 ＝0
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1 .0
x
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1 .0
x
(a) A 律压缩特性
(b) 律压缩特性
图3―5 两种对数压缩特性示意图
μ 律最早由美国提出， A 律则是欧洲的发明，它们都是 CCITT
（国际电报电话咨询委员会）允许的标准。 目前，欧洲主要采用 A律，北美及日本采用 μ律，我国采用A律
y 1.0 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 1/16 1/8 1/128 1/64 1/32 0 0.2 1/4 1/2 1.0 x
(2) 把输出信号的幅度也归一化（纵坐标），并均匀分成8个区间，
脉冲编码调制PCM及其数字通信的特点
A / D变化
m(t) 抽样
量化 mq(t) 编码
信道 干扰
ms(t)
低通 滤波
译码
m(t)
mq(t)
PCM系统原理框图
•2
7
量化电平数 5 M＝ 8 3
1 0
4 .3 8 2 .2 2
5 .2 4 2 .9 1
精 确 抽样 值 量化值
Ts
2 .2 2
4 .3 8
5 .2 4
2 .9 1
2
4
5
3
•4
数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统 频带为代价而换取的。以电话为例，一路模拟电话通常只 占据4kHz带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能 要占据 20～60kHz的带宽，因此数字通信的频带利用率不 高。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比 较复杂。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的 采用、 窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通 信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的 迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将 逐步取代模拟通信而占主导地位。
•5
脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用 一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而 实现通信的方式。由于这种通信方式抗干扰能力强， 它在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了 极为广泛的应用。
PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码 方式， 其系统原理框图如图所示。首先，在发送端进 行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过程)， 把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的 数字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微 波、光波等载波调制后的调制传输。在接收端，二进 制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后 经低通滤波器滤除高频分量，便可得到重建信号。 •1
通信原理-脉冲编码调制(PCM)
第3章 脉冲编码调制(PCM)
通常我们用模拟信号（Analogsignal）和数字信号 （Digitalsignal）的英文头一个字母把模拟信号变成数 字信号的过程简称为A/D转换，把数字信号变成模拟信 号的过程简称为D/A转换。图1―3中的信源编码实际上 就是A/D转换，信源解码也就是D/A转换。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
3.2 抽样
PCM过程可分为抽样、量化和编码等三步，第一 步是对模拟信号进行信号抽样。所谓抽样就是不断地 以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。图 3―1是一个抽样概念示意图，假设一个模拟信号f(t)通 过一个开关，则开关的输出与开关的状态有关，当开 关处于闭合状态，开关的输出就是输入，即y(t)=f(t)， 若开关处在断开位置，输出y(t)就为零。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
而 收 信 端 恢 复 的 只 能 是 量 化 后 的 信 号 m(t) ， 而 不 能恢复出k(t)，这样就使得收、发的信号之间有误差。 显然，这种存在于收、发信号之间的误差是由量化造 成的，我们称其为量化误差或量化噪声。比如在上例 中，量化间隔为1，由于采用“四舍五入”进行量化， 因此量化噪声的最大值是0.5。一般地说，量化噪声的 最大绝对误差是0.5个量化间隔。这种量化间隔都一样 的量化叫做均匀量化。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
那么如果我们在一定的取值范围内把量化值多取 几个（量化级增多），也就是把量化间隔变小，则量 化噪声就会减小。比如，把量化间隔取成0.5，则上例 的量化值就变成14个，量化噪声变为0.25。显然量化噪 声与量化间隔成反比。但是在实际中，我们不可能对 量化分级过细，因为过多的量化值将直接导致系统的 复杂性、经济性、可靠性、方便性、维护使用性等指 标的恶化。比如，7级量化用3位二进制码编码即可； 若量化级变成128，就需要7位二进制码编码，系统的 复杂性将大大增加。
脉冲编码调制(PCM)系统.
脉冲编码调制（PCM）系统摘要：脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。
是数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。
PCM的优点就是音质好，缺点就是体积大。
PCM可以提供用户从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。
关键字：脉冲编码调制、取样、量化、编码、解码Abstract:Pulse Code Modulation (PulseCodeModulation), referred to as PCM. Digital signal is a continuous change in analog signal sampling, quantization and coding production. PCM sound quality is good advantages and disadvantages are bulky. PCM can provide users from 2M to 155M line speed of digital data services, can also provide voice, video transmission, remote learning, and other businesses.Keywords:Pulse code modulation, modulation, demodulation目录一、工作原理 (4)1.1 取样 (5)1.2 量化 (5)1.3 编码 (7)1.4 再生 (10)1.5 解码 (10)二、芯片选择 (11)2.1 TP3067管脚定义 (13)三、电路设计 (14)四、心得体会 (16)一、工作原理：脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进行传输。
脉冲编码调制PCM
脉冲编码调制（PCM）什么是脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，简称PCM）是一种数字通信技术，用于将模拟信号转化为数字信号进行传输。
PCM是一种有损压缩算法，它将连续模拟信号离散化成固定的采样值，并使用一定的编码方案进行表示。
脉冲编码调制的原理脉冲编码调制的原理主要包括三个步骤：采样、量化和编码。
采样采样是指对连续的模拟信号进行间隔一定时间采集取样。
采样过程中，将模拟信号的幅度值在时间轴上不断取样并离散化。
采样率是指每秒钟采集的样本数，通常以赫兹（Hz）为单位。
较高的采样率可以更准确地还原模拟信号。
量化量化是指将采样得到的模拟信号幅度值映射到离散的数值上，以减少数据量。
量化的单位被称为量化水平或量化位数，通常以比特（bit）为单位。
较高的量化位数可以提供更高的精度，但也会增加数据量。
编码编码是将量化后的离散信号转换为二进制码流，以便通过数字通信系统进行传输。
常用的编码方式包括直接二进制编码（Differential Pulse Code Modulation，DPCM）、调制码（Delta Modulation，DM）和PAM（脉冲幅度调制）等。
脉冲编码调制的应用脉冲编码调制广泛应用于音频、视频和数据传输等领域。
以下是一些常见的应用场景：电话通信脉冲编码调制被广泛应用于传统的电话通信系统中。
通过PCM，模拟信号可以转换成数字化的信号，并通过电话网络进行传输。
音频编码在音频编码中，PCM被用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便于储存和传输。
常见的音频编码标准包括CD音质的16位PCM编码和DVD音质的24位PCM编码。
数字视频在数字视频处理中，PCM常用于将模拟视频信号转换为数字视频信号，以实现高质量的视频编码和传输。
PCM可以通过降低采样率和量化位数，来减小视频数据的体积。
数据传输PCM也广泛用于数据传输领域，特别是在传输需要高精度和可靠性的信号时。
5.10 脉冲编码调制(PCM) 信号系统课件
的范围内。
•组合多种新源传输时具有灵活性；
•便于实现各种数字信号处理功能。
缺点： PCM信号传输时占用频带加宽，例如
语音信号
300Hz~3400Hz 4kHz
抽样率
8kHz
8位脉冲编码
64kHz
X
在实际的数字通信系统中，除直接传送PAM信 号之外，还有多种传输方式，其中应用最为广泛的一 种调制方式称为脉冲编码调制（PCM）。
在PCM通信系统中，把连续信号转换成数字（编 码）信号进行传输或处理，在转换过程中需要利用 PAM信号。
X
PCM通信系统简化框图
f t
信源
抽样
发送端
fs0 t
量化编码
pt
5.10 脉冲编码调制(PCM)
•PCM通信系统简化框图 •量化 •编码原理示意图 •PCM的优缺点
北京邮电大学电子工程学院 2002.3
引言
第 2
页
利用脉冲序列对连续信号进行抽样产生的信号成 为脉冲幅度调制（PAM）信号，这一过程的实质是 把连续信号转换为脉冲序列，而每个脉冲的幅度与各 抽样点信号的幅度成正比。
A/D
第 3 页
f D t
至数字信道
fˆD t
D/A
自数字信道
fs0 t
接收端
1 补偿 Sa(x)
f t
终端
X
第 4 页
X
第 5 页
X
PCM的优缺点
第 6
页
•提高了信噪比：
模拟通信系统——中继器——噪声累加；
PCM——数字通信系统——再生器——噪声不会累加；
合理设计A/D,D/A变换器可将量化噪声限制在相当微弱
脉冲编码调制PCMPPT学习教案
i
01 2 3
4
5
6
78
y = i/8
0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 1
x=(2i - 1)/255 0 1/255 3/255 7/255 15/255 31/255 63/255 127/255 1
斜率 255 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256 1/512 1/1024
误差大小
1 2 4 8
第41页/共43页
第42页/共43页
§3.4 标量量化
一、标量量化
量化过程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集合。
3.9
4.2
3.4
3.2
2.8
1.2
x 模拟入
Q(x) 量化器
y 量化值
4 3
3
011
100
011
3 1
011
001
4 100
第12页/共43页
重建电平
yk xk
x k+1
分层电平
x k+2
§3.5 最佳量化器
段号
12 3
45
6
7
8
由于其第1段和第2段的斜率不同， 不能合并为一条直线，故考虑 交流电压正负极性后，共得到 15段折线。
第36页/共43页
μ律：
0—1/255作为第一区间； 1/255—3/255作为第二区间； 3/255—7/255作为第三区间； 7/255—15/255作为第四区间； 15/255—31/255作为第五区间； 31/255—63/255作为第六区间； 63/255—127/255作为第七区间； 127/255—1作为第八区间；
PCM(脉冲编码调制)介绍及PCM编码的原理 毕业论文---PCM量化13折线
PCM（脉冲编码调制）介绍及PCM编码的原理摘要在数字通信信道中传输的信号是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。
另外，还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。
而模拟信号数字化属信源编码范围，当然信源编码还包括并/串转换、加密和数据压缩。
这里重点讨论模拟信号数字化的基本方法——脉冲编码调制，而模拟信号数字化的过程（得到数字信号）一般分三步：抽样、量化和编码。
本文讲述了PCM（脉冲编码调制）的简单介绍，以及PCM编码的原理，并分别对PCM的各个过程，如基带抽样、带通抽样、13折线量化、PCM编码以及PCM 译码进行了详细的论述，并对各过程在MATLAB7.0上进行仿真，通过仿真结果，对语音信号的均匀量化以及非均匀量化进行比较，我们得出非均匀量化教均匀量化更加有优势。
关键词：脉冲编码调制抽样非均匀量化编码译码AbstractIn the digital communication channel signal is digital signal transmission, digital transmission with the microelectronics and computer technology, its advantages become increasingly evident, the advantage of strong anti-interference, distortion, transmission characteristics of stable, long-distance relay is not the accumulation of noise Can also be effective encoding, decoding and security codes to improve the effectiveness of communications systems, reliability and confidentiality.Digitized analog signal range of source coding is, of course, also include the source code and / serial conversion, encryption and data compression. This focus on the simulation of the basic methods of digital signals - pulse code modulation, while the analog signal the digital process (to get digital signals) generally three steps: sampling, quantization and coding.This paper describes the PCM (pulse code modulation) in a brief introduction, and the PCM coding theory, and were all on the PCM process, such as baseband sampling, bandpass sampling, 13 line quantization, PCM encoding and decoding PCM a detailed Are discussed and the process is simulated on MATLAB7.0, the simulation results, the uniformity of the speech signal quantification and comparison of non-uniform quantization, we have come to teach non-uniform quantization advantage of more than uniform quantizationKeywords：Pulse Code Modulation Sampling Non-uniform quantization Coding Decoding目录1 前言 (1)2 PCM原理 (2)2.1 引言 (2)2.2 抽样(Sampling) (3)2.2.1. 低通模拟信号的抽样定理 (3)2.2.2 抽样定理 (4)2.2.3. 带通模拟信号的抽样定理 (7)2.3 量化（Quantizing） (8)2.3.1 量化原理 (8)2.3.2均匀量化 (10)2.3.3 非均匀量化 (11)2.4 编码（Coding） (18)2.5 译码 (24)2.6 PCM处理过程的其他步骤 (26)2.7 PCM系统中噪声的影响 (27)3 算例分析 (29)3.1 无噪声干扰时PCM编码 (30)3.2 噪声干扰下的PCM编码 (36)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)1 前言数字通信系统中信道中传输的是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
1.3编码：
编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。
为了用二元编码的码字表示量化样值，可先把样值换算成二进制数，然后，按着二进制数字的结构转化成电波形，即二元编码信号。常见的二进制码有：自然二进制码组（NBC）,折叠二进制码组（FBC）和格雷二进制码组（RBC）。
三种常见二进制码组如下图所示
1.1取样：
取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。
取样如下图所示
取样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。
低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在赫内的时间连续信号,若以的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。
0001
0101
关键字：
脉冲编码调制、取样、量化、编码、解码
Abstract:
Pulse Code Modulation (PulseCodeModulation), referred to as PCM. Digital signal is a continuous change in analog signal sampling, quantization and coding production. PCM sound quality is good advantages and disadvantages are bulky. PCM can provide users from 2M to 155M line speed of digital data services, can also provide voice, video transmission, remote learning, and other businesses.
1.4再生………………………………………………10
1.5解码………………………………………………10
二、芯片选择………………………………………………11
2.1 TP3067管脚定义………………………………13
三、电路设计………………………………………………14
四、心得体会………………………………………………16
脉冲编码调制（PCM）系统
摘要：
脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。是数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。PCM的优点就是音质好，缺点就是体积大。PCM可以提供用户从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。
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编码
Keywords:
Pulse code modulation, modulation, demodulation
一、工作原理………………………………………………4
1.1取样………………………………………………5
1.2量化………………………………………………5
1.3编码………………………………………………7
一、工作原理：
脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进行传输。接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。PCM系统的组成如下图所示。
PCM主要经过3个过程：抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。再经解码恢复并输出。
1.2量化：
把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。
量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。
量化值序号
自然码NBC
折叠码FBC
雷码RBC
15
1111
1111
1000
14
1110
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ10
1001
13
1101
1101
1011
12
1100
1100
1010
11
1011
1011
1110
10
1010
1010
1111
9
1001
1001
1101
8
1000
1000
1100
7
0111
0000
0100
6
0110