12 话音信号多编码通信系统实验
通信原理V型实验指导书99 实验十二话音信号多编码通信系统实验
一、实验目的
1、了解话音信号的传输过程
2、了解话音信号不同方式的传输方法
3、加深对话音信号的多种编码原理的理解
4、了解对话音信号最优编码方式
二、实验内容
1、通过独自进行话音传输系统连接完成以下通信系统：
●AM调制/解调传输系统
●PAM调制/解调传输系统
●CVSD调制/解调传输系统
●PCM调制/解调传输系统
●ADPCM调制/解调传输系统
2、用AM、PAM、CVSD完成双机全双工话音传输系统
3、用示波器观察各种编码信号的波形图
三、附加实验设备
耳塞话筒组一套
四、基本原理
本实验为一综合性及灵活较强的系统，是对前面有关实验的加强，同时对于每一种传输原理也不作详细说明，只对每种传输方式进行框图描述，若有不明白的地方，请参阅前面有关实验章节或教材。
在本实验中所用到的实验模块主要有：
●话音输入/输出模块
●正弦信号源模块
●AM调制/解调模块
●PAM调制/解调模块
●CVSD调制/解调模块
●PCM &ADPCM调制/解调模块
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通信原理V型实验指导书
对于上述模块的具体介绍在这里就不在详细说明了，请参阅前面有关实验章节或教材。
各种传输系统的连接框图如图14-1~图14-5所示。
图14-1 话音信号AM传输系统
图14-2 话音信号PAM传输系统
图14-3 话音信号CVSD传输系统
通信原理V型实验指导书101
图14-3 话音信号PCM&ADPCM传输系统
五、实验步骤
本实验中的所有连线，请参阅前面有关实验的实验连线。
1、关闭系统电源，进行一种传输方式的实验连线。
2、将耳塞话筒组的耳塞接头插入耳塞输出座，将话筒接头插入话筒输入座中。
3、开启系统电源和相应模块的电源，进行实验，用示波器观察编码波形，并记录；
感觉通话质量。
4、继续进行其他方式的传输实验。
5、比较几种传输方式的通话质量，选出最佳通话质量的传输方式。
6、对于PAM、CVSD两种方式，通过改变PULSE_OUT的输出频率，选出最佳通
话质量的脉冲频率，并记录。
7、选用两台实验系统，进行AM、PAM、CVSD的双机全双工话音通信实验，连线
方式请自己设计，记录下连接示意图。
六、实验报告要求
1、评价每一种传输方式的通话质量，选出量佳通话质量的传输方式，并说明其原因。
对于PCM及ADPCM传输方式，若要实现两台实验系统进行全双工通话实验，如何进行实验？如果能实验不成功，请分析失败原因，如果要使通信成功，对于接收译码电路要做何改变？如何实现？要增加些什么功能电路？。
多媒体通信算数编码实验
多媒体通信算数编码实验实验一：算数编码实验实验学时：2实验类型：（模拟、检验、综合、√设计、研究）实验建议：（√必修课程、报读）一、实验目的掌控算数编码原理。
二、实验内容利用matlab编写程序同时实现算数编码，包含：1、对文件符号展开概率统计数据，分解成编码表中；2、对文件展开放大编码；3、（选做）对文件进行解压缩，比较原始数据和解压后的数据之间是否有损耗。
三、实验仪器1、计算机一台；2、matlab仿真软件。
四、实验原理算术编码的编码对象就是一则消息或一个字符序列，其编码思路就是将该消息或字符序列则表示成0和1之间的一个间隔(interval)上的一个浮点小数。
在进行算术编码之前，需要对字符序列中每个字符的出现概率进行统计，根据各字符出现概率的大小，将每个字符映射到[0,1]区间上的某个子区间中。
然后，再利用递归算法，将整个字符序列映射到[0,1]区间上的某个interval中。
在进行编码时，只需从该interval中任选一个小数，将其转化为二进制数。
符号序列越短，编码表示它的interval的间隔就越大，则表示这一间隔所需的二进制位数就越多，编码输入的码字就越短。
五、实验步骤对字符序列“state_tree”展开算术编码的步骤如下：1、对文件符号“state_tree”进行概率统计，生成编码表；2、初始化时，被分割范围的初始值是[0,1]，即被分割范围的下限为low=0，上限为high=1，该范围的长度为range_length=high-low=1。
3、对消息的第一字符s展开编码，如果s的概率范围的上限为low=0.6，下限为high=0.7，则下一个被分割范围的下限和上线分别为：next_low=low+range_length×low=0+1×0.6=0.6；next_high=low+range_length×high=0+1×0.7=0.7；low=next_low=0.6，high=next_high=0.7；range_length=high-low=0.7-0.6=0.1；s将划分范围从[0,1]变为了[0.6,0.7]。
通信原理编码实验报告
大连理工大学语音信号A律编码解码报告课程名称：通信原理学院（系）：电信专业：通信工程班级：1101学号：201181227 201181145学生姓名：殷青张非凡2014年 4 月17 日一．实验原理1.1总体框图1.2 低通滤波器信道中所用的音频信号频率范围为300~3400hz，因此，我们需要对获得的音频信号滤波，使用低通滤波器。
1.3 8k重采样信道中的带宽为8khz，因此，我们需要对获得的音频信号进行重采样，以获得8khz的信号。
1.4抽样信号的非均匀量化编码（13折线）为了改善小信号时的信号量噪比，采用非均匀量化，量化间隔随信号采样值的不同而变化，信号抽样值小时，量化间隔也小；信号抽样值大时，量化间隔也大，实际用13折线法近似逼近A律压缩来进行非均匀量化。
如下图所示：语音信号中通常采用8位的PCM编码就能保证满意的通信质量。
8bits的安排：极性码：第一位；段落码：第二至四位，代表13折线中的8个段落；段内码：第五至八位，代表每一段落内的16个均匀划分的量化间隔。
段落码和段内码的编码规则如下表所示：二．实验内容2.1语音信号的获取。
我们用电脑上的录音机录了一段“早上好，我是***”的录音。
并用软件“格式工厂”将其转成wav格式。
原始信号波形图如下。
代码：figure;[x0,fs0,bits0]=wavread('DSP2.wav');plot(x0);xlabel('t'),ylabel('幅值');title('原始信号波形');2.2信号处理——低通滤波器&8k重采样2.2.1低通滤波：设计思想：利用窗函数FIR函数，将语音信号的高频成分滤除，即达到低通滤波的目的。
低通滤波器的频响特性曲线如下图：2.2.2重采样：设计思想：wav文件的抽样频率已经是44khz，要用8khz重采样，而从44k到8k，由于44不能被8整点采样，造成可能的语音信号的缺失，因此，我们先用插0法将44khz的信号扩展成88khz的信号，再对88khz信号每11点抽一个值，这样，8k重采样基本完成。
实验三PCM编译码器通信实验
PCM编译码器一.实验原理抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。
抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。
利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。
抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。
在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。
并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。
通常将语音信号通过一个3400 Hz低通滤波器（或通过一个300～3400Hz 的带通滤波器），限制语音信号的最高频率为3400Hz，这样可以用频率大于或等于6800 Hz的样值序列来表示。
实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为3400Hz 的语音信号，通常采用8KHz抽样频率。
这样可以留出一定的防卫带（1200Hz）。
当抽样频率fs 低于2倍语音信号的最高频率fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量。
在抽样定理实验中，采用标准的8KHz抽样频率，并用函数信号发生器产生一个频率为fh 的信号来代替实际语音信号。
通过改变函数信号发生器的频率fh，观察抽样序列和低通滤波器的输出信号，检验抽样定理的正确性。
PCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM编译码，该模块采用MC145540集成电路完成PCM编译码功能。
该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过显示控制模块将其配置成直接PCM模式（直接将PCM码进行打包传输），使其具有以下功能：1、对来自接口模块发支路的模拟信号进行PCM编码输出。
2、将输入的PCM码字进行译码（即通话对方的PCM码字），并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。
PCM编译码器模块电路与ADPCM编译码器模块电路完全一样，由语音编译码集成电路U502（MC145540）、运放U501（TL082）、晶振U503（20.48MHz）及相应的跳线开关、电位器组成。
信息技术综合实验-实验二-语音编码实验
实验报告实验名称语音编码实验课程名称信息处理技术专业综合实验实验二 语音编码一、实验目的熟悉语音基本压缩编码的方法，观察语音压缩效果，加深对语音线性预测编码（LPC ）的理解。
二、实验内容1、编写并调试语音LPC 参数提取程序。
2、编写并调试语音基音周期提取程序。
3、编写并调试语音LPC 合成程序。
三、实验原理语音信号中含有大量的冗余信息，采用各种信源编码技术减除语音信号的冗余度，并充分利用人耳的听觉掩蔽效应，就可以将其编码速率压缩很多倍，而仍能提供可懂语音。
LPC 声码器是一种比较简单实用的语音压缩方法，其基本原理是：根据语音生成模型，将语音看作激励源通过一个线性时不变系统产生的输出，利用线性预测分析对声道参数进行估值，将求得的线性预测系数，结合基音周期等少量参数进行传输，就可以在接收端利用合成滤波器重构语音信号。
线性预测系数的估计方法为：假设语音的当前样值可以用过去的M 个语音样值来进行预测()()()()()∑=-=-++-+-=Mi i M i n x a M n x a n x a n x a n x 12121~式中{}i a 即为线性预测系数。
实际值和预测值之间的均方误差可表示为()()()∑∑∑⎪⎭⎫ ⎝⎛--===n Mi i n i n x a n x n E 212ε 要求均方误差总和最小，将E 关于i a 的偏导数设置为零，可以得到()()()01=⎪⎭⎫ ⎝⎛---∑∑=Mi i n i n x a n x k n x通过采用自相关法、协方差法或格形法求解该方程，即可得到最优的{}i a 。
四、实验方法及程序1. 调用xcorr命令计算一帧语音的自相关函数。
2. 调用toeplitz命令形成该帧语音的自相关矩阵。
3. 调用durbin命令，采用杜宾递推算法计算该帧语音的线性预测系数。
4. 编写lpcauto.m函数，求取一句语音信号的线性预测系数及预测残差。
选择设当的窗函数对语音信号进行分幀。
语音编码实验报告
一、实验背景与目的随着信息技术的飞速发展，语音通信已经成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
语音编码技术作为语音通信的核心技术，旨在高效地压缩语音信号，降低传输带宽，提高通信质量。
本实验旨在通过实际操作，深入理解语音编码的基本原理，掌握常用的语音编码方法，并评估其性能。
二、实验内容与步骤1. 实验内容本实验主要涉及以下内容：- 语音信号的采集与预处理；- 语音信号的时域和频域分析；- 常用语音编码方法的实现与性能评估；- 编码性能的对比分析。
2. 实验步骤（1）实验准备- 确定实验所需的软件和硬件环境，如音频采集设备、计算机等；- 下载并安装实验所需的语音信号处理软件，如MATLAB等；- 准备实验所需的语音样本，如ISDN话音、PCMU/PCMA编码的语音等。
（2）语音信号的采集与预处理- 使用音频采集设备采集一段语音信号，采样频率为16kHz；- 对采集到的语音信号进行预处理，包括去除静音、归一化、滤波等操作。
（3）语音信号的时域和频域分析- 对预处理后的语音信号进行时域分析，观察其波形、幅度谱等；- 对语音信号进行频域分析，观察其频谱图、功率谱等。
（4）语音编码方法实现与性能评估- 选择一种或多种语音编码方法，如线性预测编码（LPC）、矢量量化（VQ）等；- 根据所选编码方法，编写相应的编码程序，对预处理后的语音信号进行编码；- 对编码后的语音信号进行解码，恢复原始语音信号；- 评估编码性能，如信噪比（SNR）、均方误差（MSE）等。
（5）编码性能对比分析- 对比不同语音编码方法的性能，分析其优缺点；- 分析不同参数设置对编码性能的影响。
三、实验结果与分析1. 实验结果（1）语音信号预处理- 预处理后的语音信号波形图；- 预处理后的语音信号频谱图。
（2）语音编码方法实现- 编码后的语音信号波形图；- 编码后的语音信号频谱图。
（3）编码性能评估- 不同语音编码方法的信噪比和均方误差；- 不同参数设置对编码性能的影响。
通信系统实验报告题目-PCM编码与传输性能分析验证
《现代通信系统》实验设计报告题目：PCM编码与传输性能分析验证一、提出背景话音PCM的抽样频率为8kHz，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz=64kb/s。
量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。
量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。
因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。
自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。
PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。
二、实验设计本实验通过MATLAB仿真软件平台来设计一个PCM编码与传输系统，主要分为编码和传输两个部分。
通过这个设计来考察线性编码和非线性编码（以A 律为例）的性能，然后对编码后的二进制码流，分别采用双极性（BNRZ）基带传输、BPSK传输以及QPSK传输，考察它们在加性高斯白噪声信道下的性能。
本设计用误码率和量噪比等指标来对系统进行分析，最后根据运行的实验结果来与理论进行对比，并分析该系统的性能。
图1 非均匀量化（对数量化）原理框图三、实验原理3.1 量化3.1.1 均匀量化均匀量化的量化间隔是固定不变的，与输入信号的大小无关，即均匀量化的量化器对所有信号的量化噪声是一样的。
当信号较小时，信号功率变小了，而量化噪声的功率没有变化，所以同样强度的量化噪声对微弱信号的影响要比对大幅度信号的影响大得多，使得微弱信号的信噪比大大降低。
3.1.2 非均匀量化非线性编码采用非均匀量化，量化间隔随着输入信号的改变而改变，信号幅度大时，量化间隔大，信号幅度小时，量化间隔小。
从而保证在量化级数不变的前提下，量化噪声对不同幅度的信号的影响大致相同，改善了小信号的量化信噪比，克服了均匀量化的缺点，实际中，往往采用非均匀量化。
目前，广泛采用的两种非线性编码为A 律13折线编码和u 律15折线编码。
脉冲编码调制(PCM)及系统实验报告
深圳大学实验报告
课程名称：通信原理
实验项目名称：脉冲编码调制（PCM）及系统
学院：信息工程学院
专业：通信工程
指导教师：李晓滨
报告人：学号：班级： 2 实验时间：2017.11.22
实验报告提交时间：2017.12.
教务部制
图2-2帧脉冲和PCM编码数据（128K）实测波形
（2）时钟为128KHZ，频率为2KHZ的同步正弦波及PCM编码数据波形：用8KHZ的矩形窄脉冲测出一帧两路的PCM编码数据
（3）时钟为64KHZ，频率为2KHZ的非同步正弦波及PCM编码数据波形用8KHZ的矩形窄脉冲测出一帧8bit的PCM编码数据；
（4）时钟为128KHZ，频率为2KHZ的非同步正弦波及用8KHZ的矩形窄脉冲测出一帧两路的PCM编码数据。
语音编码技术实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在了解和掌握语音编码技术的基本原理，通过实验加深对语音编码算法的理解，并评估不同编码算法在语音质量与编码效率之间的平衡。
二、实验内容1. 实验原理语音编码技术是数字通信领域的重要组成部分，其主要目的是将模拟语音信号转换为数字信号，以适应数字传输和处理的需要。
语音编码技术分为两大类：波形编码和参数编码。
2. 实验工具- 语音信号采集设备- 语音信号处理软件（如MATLAB）- 语音编码算法实现代码3. 实验步骤（1）信号采集使用语音信号采集设备采集一段语音信号，并保存为.wav格式。
（2）波形编码实验- 实验一：PCM编码使用PCM（脉冲编码调制）算法对采集的语音信号进行编码，设置不同的采样频率和量化位数，观察编码后的信号波形和码率。
- 实验二：波形编码改进对比分析不同预处理器（如噪声抑制、滤波等）对PCM编码的影响。
（3）参数编码实验- 实验三：线性预测编码（LPC）使用LPC算法对采集的语音信号进行编码，设置不同的预测阶数，观察编码后的信号和重建语音质量。
- 实验四：多带激励编码（MBE）使用MBE算法对采集的语音信号进行编码，观察编码后的信号和重建语音质量。
- 实验五：矢量量化编码（VQ）使用VQ算法对采集的语音信号进行编码，设置不同的码书大小和量化位数，观察编码后的信号和重建语音质量。
4. 实验结果与分析（1）PCM编码随着采样频率的提高，PCM编码后的信号质量逐渐提高，但码率也随之增加。
量化位数越多，信号质量越好，但码率也越高。
（2）波形编码改进预处理器对PCM编码的影响主要体现在降低噪声和抑制非线性失真，从而提高编码后的信号质量。
（3）线性预测编码（LPC）LPC编码后的信号质量与预测阶数密切相关。
预测阶数越高，编码后的信号质量越好，但计算复杂度也随之增加。
（4）多带激励编码（MBE）MBE编码后的信号质量较好，且在低码率下仍能保持较好的语音质量。
（5）矢量量化编码（VQ）VQ编码后的信号质量与码书大小和量化位数密切相关。
通信编译码实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解通信编译码的基本原理，包括编码、解码和传输过程中的关键技术。
2. 掌握PCM、HDB3等常用编译码方法的原理和实现方法。
3. 熟悉通信编译码实验设备的使用方法，并能对实验结果进行分析。
二、实验器材1. 双踪示波器一台2. 通信原理型实验箱一台3. M3:PCM与ADPCM编译码模块和M6数字信号源模块4. 麦克风和扬声器一套三、实验原理1. 编码原理：将模拟信号转换为数字信号的过程称为编码。
常见的编码方法有PCM、HDB3等。
（1）PCM编码：PCM（脉冲编码调制）是一种常用的数字编码方法，其原理是将模拟信号进行采样、量化、编码，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
（2）HDB3编码：HDB3（高密度双极性三电平）编码是一种数字基带信号，它是在AMI（非归零码）编码的基础上，引入破坏性偶极性和倒极性变换，使得信号在传输过程中不会出现连续的零电平，从而提高传输质量。
2. 解码原理：将数字信号恢复为模拟信号的过程称为解码。
解码过程与编码过程相反，主要包括反量化、反采样和低通滤波等步骤。
四、实验步骤1. 连线：根据实验要求，连接双踪示波器、通信原理型实验箱、PCM与ADPCM编译码模块、数字信号源模块、麦克风和扬声器。
2. 设置实验参数：打开实验箱电源，设置PCM与ADPCM编译码模块的参数，包括采样频率、量化位数等。
3. 观察PCM编码输出信号：用示波器观察STA、STB，将其幅度调至2V。
观察PCM编码输出信号，分析其时域和频域特性。
4. 观察HDB3编码输出信号：用示波器观察HDB3编码输出信号，分析其时域和频域特性。
5. 观察解码输出信号：观察解码后的模拟信号，分析其恢复效果。
6. 比较不同编码方法的性能：分析PCM编码和HDB3编码的优缺点，比较它们的性能。
五、实验结果与分析1. 观察到PCM编码输出信号为离散的数字信号，具有较好的抗干扰性能。
2. 观察到HDB3编码输出信号为非归零码，具有较好的传输质量。
电话光纤传输系统实验
电话光纤传输系统实验实验三电话光纤传输系统实验⼀、实验⽬的1、了解电话及语⾳信号通过光纤传输的全过程2、掌握模拟电话、数字电话光纤传输的⼯作原理⼆、实验内容1、模拟电话光纤传输系统实验2、数字电话光纤传输系统实验三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台2、20MHz双踪模拟⽰波器1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根4、电话机2部5、万⽤表1台6、850nm光发端机和光收端机（可选）1套7、ST/PC-ST/PC多模光跳线（可选）1根8、连接导线 20根四、实验原理对于局间通信来说，电话语⾳通信具有举⾜轻重的作⽤。
以电话通信⽹络为载体，各种模拟（或数字）信号的传输系统已经商业化。
如电话、传真、拨号⽹络通信等业务都是在局间电话⽹上实现的。
图13-1 电话模拟光纤传输电话语⾳信号的光纤传输分为两种⽅式：⼀种⽅式为模拟电话光纤传输，即电话⽤户接⼝输出的模拟信号直接送⼊光纤模拟信号传输信道，从⽽实现两部电话的通话（由于模拟信号⽆法直接进⾏时分复⽤，因此模拟电话光纤传输只能传输⼀路电话语⾳信号，另⼀路电话语⾳信号直接⽤连接导线代替光纤），实验⽅框图如图13-1所⽰。
图13-2 电话数字光纤传输图13-3 PCM编码帧结构⽰意图另⼀种⽅式为数字电话光纤传输。
在数字传输系统中，⼏乎所有业务均以⼀定的格式出现，因⽽在信道上对各种业务传输之前要对业务的数据进⾏包装。
信道上对业务数据包装的过程称之为帧组装。
不同的系统、信道设备帧组装的格式、过程不⼀样。
时分复⽤制的数字通信系统，在国际上已逐渐建⽴起标准并⼴泛使⽤。
时分复⽤（TDM）的主要特点是在⼀个信道上利⽤不同的时隙来传递各路（语⾳、数据或图像）不同信号。
各路信号独⽴、互不⼲扰。
实际的电话业务共有32个时隙，其中30个时隙⽤于话⾳业务。
第⼀个时隙为定位时隙，⽤于做帧同步提取⽤。
第⼆到第⼗六个时隙传输话⾳业务，第⼗七个时隙⽤于信令信号传输，以实现信令的接续。