第三讲(脉冲编码调制)
脉冲编码调制
脉冲编码调制* 脉码调制(Pulse Code Modulation)。
是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。
PCM 对信号每秒钟取样8000 次；每次取样为8 个位，总共64 kbps。
取样等级的编码有二种标准。
北美洲及日本使用Mu-Law 标准，而其它大多数国家使用A-Law 标准。
* 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。
相关概念：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。
所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。
所谓编码，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。
脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation)。
)Claude E. Shannon于1948年发表的“通信的数学理论”奠定了现代通信的基础。
同年贝尔实验室的工程人员开发了PCM技术，虽然在当时是革命性的，但今天脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码格式，音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值，其它采用这种编码方法的应用包括电话和CD。
PCM主要有三种方式：标准PCM、差分脉冲编码调制(DPCM)和自适应D PCM。
在标准PCM中，频带被量化为线性步长的频带，用于存储绝对量值。
在DPCM中存储的是前后电流值之差，因而存储量减少了约25%。
自适应DPCM改变了DPCM的量化步长，在给定的信造比(SNR)下可压缩更多的信息。
希望我的回答对你有用biwaywbdk2009-08-18 23:02:50FANUC数控系统的操作及有关功能(北京发那科机电有限公司王玉琪)发那科有多种数控系统，但其操作方法基本相同。
(优选)第三讲脉冲编码调制
脉冲编码调制
脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM） 是模拟数据数字化的主要方法。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
脉冲编码调制分的步骤
PCM的过程分为抽样、量化和编码三步。 抽样——把模拟信号在时间上离散化，变为脉 冲幅度调制（PAM）信号。 量化——把PAM信号在幅度上离散化，变为量 化值（共有N个量化值）。 编码——用二进码来表示N个量化值。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
均匀量化适合信号是均匀分布（如 图像信号）的情况。
非均匀量化
如果使小信号时量化级间宽度小， 而大信号时量化级间宽度大，就可 以使小信号时和大信号时的信噪比 趋于一致，这种非均匀量化级的安 排称为非均匀量化或非线性量化。
数字电视，语音均采取非均匀量化。
编码
把量化后的信号变换成代码的过程 称为编码，其相反的过程称为译码。
PCM通信系统
抽样的概念
抽样是指对模拟 信号在时间域上 的离散化过程， 即把一个时间上 连续、幅度上也 连续的模拟信号 变换成时间上离 散、幅度上连续 的信号。抽样是 由抽样门来完成 的。
第三讲(脉冲编码调制)PPT课件
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2
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
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14
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
fs > 2 fm
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9
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔Байду номын сангаас是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
.
10
话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz， 为了留有一定的防卫带，CCITT （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
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5
脉冲编码调制分的步骤
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
简述脉冲编码调制技术
简述脉冲编码调制技术摘要：一、脉冲编码调制技术简介二、脉冲编码调制的基本原理1.采样2.量化3.编码三、脉冲编码调制的应用领域四、脉冲编码调制的优缺点五、发展趋势与展望正文：脉冲编码调制技术是一种将模拟信号转换为数字信号的调制技术。
其主要过程包括采样、量化和编码三个步骤。
一、脉冲编码调制的基本原理1.采样：采样是脉冲编码调制的第一个步骤。
在采样过程中，根据一定的采样频率，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样频率越高，数字信号的分辨率越高，但同时也意味着更高的传输带宽需求。
2.量化：量化是将采样后的数字信号映射到离散的数值集合中。
量化的过程通常采用均匀量化或非均匀量化两种方法。
均匀量化是将采样值映射到固定长度的整数，而非均匀量化则根据采样值的大小，映射到不同长度的整数。
量化过程中，量化噪声不可避免地引入到数字信号中。
3.编码：量化后的数字信号需要进行编码，以便于传输和存储。
常用的编码方法有努塞尔编码、韦弗编码等。
编码后的数据可以进一步采用信道编码和交织技术，提高传输过程中的抗干扰能力。
二、脉冲编码调制的应用领域脉冲编码调制技术在我国数字通信、数据传输、音频视频处理等领域具有广泛的应用。
例如，在电话通信中，采用PCM技术将语音信号数字化，提高通信质量；在数字电视、高清视频领域，PCM技术用于音频和视频信号的处理，实现高品质的音视频传输。
三、脉冲编码调制的优缺点优点：1.数字信号具有更好的抗干扰能力，有利于信号传输和存储。
2.易于实现信号的加密和压缩，提高信息安全性。
3.便于实现多路信号的复用，提高通信系统的利用率。
缺点：1.量化噪声引入，可能导致信号质量下降。
2.传输带宽需求较高，对信道条件要求较严格。
四、发展趋势与展望随着信息技术的不断发展，脉冲编码调制技术也在不断演进。
未来的发展趋势包括：1.高精度、高速率的采样和量化技术，以满足更高清晰度、更高质量的视频和音频处理需求。
2.更高效的编码和压缩算法，降低传输带宽需求，提高数据传输效率。
脉冲编码调制
脉冲编码调制科技名词定义中文名称：脉冲编码调制英文名称：pulse-code modulation;PCM定义：对信号进行抽样和量化时，将所得的量化值序列进行编码，变换为数字信号的调制过程。
所属学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片脉冲编码调制（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。
PCM有两个标准（表现形式）：E1和T1。
目录简介历史原理编码标准简介历史原理编码标准展开编辑本段简介脉冲编码调制 (Pulse Code Modulation)是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。
PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为 8 个位，总共 64脉冲编码调制kbps。
取样等级的编码有二种标准。
北美洲及日本使用 Mu-Law 标准，而其它大多数国家使用 A-Law 标准。
脉冲编码调制主要经过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。
所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的所谓编码，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。
编辑本段历史Claude E. Shannon于1948年发表的“通信的数学理论”奠定了现代通信的基础。
同年贝尔实验室的工程人员开发了PCM技术，虽然在当时是革命性的，但今天脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码脉冲编码调制格式，音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值，其它采用这种编码方法的应用包括电话和CD。
通信原理实验三 脉冲编码调制与解调实验(PCM)
实验报告学院：计信学院专业：网络工程班级：091 姓名学号实验组实验时间2012-5-24 指导教师成绩实验项目名称实验三脉冲编码调制与解调实验（PCM）实验目的1、掌握抽样信号的量化原理。
2、掌握脉冲编码调制的基本原理。
3、了解PCM系统中噪声的影响。
实验原理PCM原理框图如下图9-1所示。
信号源抽样保持模拟信号时钟信号量化编码PCM编码译码PCM编码时钟信号LPF模拟信号编码部分译码部分图9-1 PCM原理框图上图中，信号源模块提供音频范围内模拟信号及时钟信号，包括工作时钟2048K、位同步时钟64K、帧同步时钟8K，送模拟信号数字化模块，经抽样保持、量化、编码过程，产生64K码速率的PCM编码信号。
译码部分同样将PCM编码与各时钟信号送入，经译码、低通滤波器，还原出模拟信号。
实验仪器1.信号源模块2.模拟信号数字化模块3.20M双踪示波器4.带话筒立体机耳机实验步骤1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、PCM编码（1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。
（2）实验连线如下：信号源模块模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码）2K正弦基波—————S－IN2048K———————2048K－IN64 K————————CLK－IN8K————————FRAM－IN（3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。
说明：帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。
脉冲编码调制
X
(w)
X
s
(w)
H
(w)
x(t) h(t) xs (t)
核函数
1
Ts
x(nTs
)
sin wH (t wH (t
nTs nTs )
)
二、带通抽样定理（频分多路，截波电话）
最高频率f H，最高频率f L ，限带(f L ， f H)，带宽为B
抽样频率fs 应满足下列关系式:
fH
fS 2( fH fL)(1 M ) 2B(1 M ) 2B B
X sf
( )
A
TS
n
X (
n
s
)
sin( /
/ 2
2)
存在孔径失真
解调时采用的抽样保持电路引入了失真项，为了使输出
信号最大，一般取TS 。接收端必须采用滤波器：
根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。 – 编码速率较低，1.2~4.8 kbps – 包括各种线形预测编码(LPC)方法和余弦声码器 – 语音质量中等，不满足商用要求
• 混合编码：波形编码+参量编码 (LPAS)
– 包括GSM的RPE-LPC编码和VSELP编码
语音编码的标准
• G.711 • G.721 • G.722 • G.723 • G.728 • G.729
N
N
fH
B
其中 B
fH
fL ，M
fH B
fH B
fH B
N
（余数），N
fH B
为不超过 fH fH 的最大正整数（ N 1 ），必有0≤M＜1。
fH fL B
带通信号的抽样频率在2B至4B间变动
1. fH=NB时
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量化级
15 14 13 12 11 10 9 8
7 6 5 4 3 2 1 0
20
非线性PCM
先把模拟信号抽样值进行压缩，使小信 号放大，大信号缩小，然后在均匀量化 编码，即对大幅度的样值使用大的量化 间隔，小幅度的样值采用小的量化间隔， 接收端再相反处理，称为压缩扩张技术。
12
量化
为了消除噪声积Leabharlann ，并且使得抽样 值易于表示，我们要对幅度上连续 的抽样值进行量化。
13
量化的过程
把信号幅度划分为若干个区间（又称为量化 级），取该区间预先规定的某个参考电平作为 信号指，即利用预先规定的有限个电平来表示 模拟抽样值的过程，称为量化。
14
量化的有关概念
量化误差：信号值 与信号量化后的取 值之差。
目前国际上广泛采用的两种对数压缩律 是µ压缩律和A压缩律。美国采用µ压缩律， 我国和欧洲各国均采用A压缩律。
21
13折线A律压缩
X为输入信号，Y为输出信号。 除一、二段外，其他各段折线的 斜率都不相同，当x、y在-1~0的 第三象限中，压缩特性的形状同 第1象限压缩特性的形状相同，且 以原点为奇对称，所以负方向也 有八段直线，合起来共有16个线 段。由于正向一、二两段和负向 一、二两段的斜率相同，这四段 实际上为一条直线，因此，正、 负双向的折线总共由13条直线 段构成，故称其为13折线。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
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脉冲编码调制分的步骤
PCM的过程分为抽样、量化和编码三步。 抽样——把模拟信号在时间上离散化，变为脉 冲幅度调制（PAM）信号。 量化——把PAM信号在幅度上离散化，变为量 化值（共有N个量化值）。 编码——用二进码来表示N个量化值。
信源编码是数字通信系统的重要组成部 分，它有两方面的作用：一个是把信源 消息的冗余信息去掉，降低数字信号的 数据量，提高传输的有效性。一个是把 信源发出的模拟信号转换成离散的数字 信号，实现模拟信号数字化。
5
脉冲编码调制
脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM） 是模拟数据数字化的主要方法。
0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
折叠二进码
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
格雷码
1000 1001 1011 1010 1110 1111 1101 1100
数字信息易于加密且保密性强。 由于数字集成电路，特别是大规模集成电路技术日益成
熟，数字设备越来越易于制造，而且成本低、体积小、 可靠性高。 与模拟通信相比数字通信可以传输种类更多的消息，使 通信系统变得通用、灵活。 数字通信的不足之处是比模拟通信占据更多的频带。
4
信源编码
将模拟信号转换为数字信号的过程称为 模拟信号数字化，它属于信源编码的内 容。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
15
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
编码是使用一组二进制代码来表示 量化值。
18
编码位数
若量化电平总数为Q，则二进制编码 位数应>=log2Q，才能保证编码不重 复。为了提高编码效率，一般取 Q＝2n （n为编码位数）
19
常用二进制编码
样值脉冲极性 正极性部分
负极性部分
自然二进码
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
均匀量化适合信号是均匀分布（如 图像信号）的情况。
16
非均匀量化
如果使小信号时量化级间宽度小， 而大信号时量化级间宽度大，就可 以使小信号时和大信号时的信噪比 趋于一致，这种非均匀量化级的安 排称为非均匀量化或非线性量化。
数字电视，语音均采取非均匀量化。
17
编码
把量化后的信号变换成代码的过程 称为编码，其相反的过程称为译码。
数字通信是未来通信的发展方向。
3
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
fs > 2 fm
10
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔就是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
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话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低为的了抽留样有频一率定应的为防2卫×带fm，＝C6C8IT0T0Hz， （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
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PCM通信系统
8
抽样的概念
抽样是指对模拟 信号在时间域上 的离散化过程， 即把一个时间上 连续、幅度上也 连续的模拟信号 变换成时间上离 散、幅度上连续 的信号。抽样是 由抽样门来完成 的。
9
抽样定理
对频带为0～fm的模拟信号，其抽样 频率fs必须满足下列条件：
即 fs >= 2 fm （抽样定理） 应留有一定宽度的防卫带
大家好
1
第三讲 脉冲编码调制
熟悉数字通信系统的优点 掌握脉冲编码调制的工作过程 掌握低通抽样定理 掌握量化的基本方法 熟悉编码方法 熟悉非线性PCM的工作过程 了解增量调制的概念
2
模拟通信系统与数字通信系统
按照信道中传输的是模拟信号还是 数字信号，可以把通信系统分为模 拟通信系统和数字通信系统。