第6章 模拟信号数字化与PCM
模拟信号数字化的三个过程
模拟信号数字化的三个过程声音的数字化包括三大步骤：取样、量化、编码以下是我找到的具体内容:一取样对连续信号按一定的时间间隔取样.奈奎斯特取样定理认为,只要取样频率大于等于信号中所包含的最高频率的两倍,则可以根据其取样完全恢复出原始信号,这相当于当信号是最高频率时,每一周期至少要采取两个点.但这只是理论上的定理,在实际操作中,人们用混叠波形,从而使取得的信号更接近原始信号.二量化取样的离散音频要转化为计算机能够表示的数据范围,这个过程称为量化.量化的等级取决于量化精度,也就是用多少位二进制数来表示一个音频数据.一般有8位,12位或16位.量化精度越高,声音的保真度越高.以8位的举例稍微说明一下其中的原理.若一台计算机能够接收八位二进制数据,则相当于能够接受256个十进制的数,即有256个电平数,用这些数来代表模拟信号的电平,可以有256种,但是实际上采样后的某一时刻信号的电平不一定和256个电平某一个相等,此时只能用最接近的数字代码表示取样信号电平.三编码对音频信号取样并量化成二进制,但实际上就是对音频信号进行编码,但用不同的取样频率和不同的量化位数记录声音,在单位时间中,所需存贮空间是不一样的.波形声音的主要参数包括：取样频率.量化位数.声道数.压缩编码方案和数码率等,未压缩前,波形声音的码率计算公式为：波形声音的码率=取样频率*量化位数*声道数/8.波形声音的码率一般比较大,所以必需对转换后的数据进行压缩.常见的方案有如下几种：（1）第一代全频带声音编码脉冲编码调制制（ pulse code modulation ,pcm ）最简单最基本的编码方法,直接赋予取样点一个代码,没有进行压缩,存贮空间大,优点是音质好.（2）第二代全频带声音压缩编码mpeg—1的声音压缩编码是国际上第一个高保真声音数据压缩的国际标准,分为三个层次：层1主要用于数字盒式录音磁带；层2主要应用于数字音频广播.vcd.dvd等；层3主要应用于internet网上高品质声音的传输和mp3音乐.mpeg—2的声音压缩编码采用与mpeg—1相同的声音编译码器,但能支持5.1声道和7.1声道的环绕立体声.杜比数字ac—3是多声道全频带声音编码系统,它提供5个全频带声道,及第6个用以表现超低音效果的.1声道.6个声道的信息在制作和还原的过程中全部实现数字化,具有真正的立体声效果,主要应用于家庭影院.dvd和数字电视中.。
PCM
目录一、设计内容 (1)二、设计目的 (1)三、设计要求 (1)四、编程工具的选择 (1)五、详细设计原理 (1)1. 设计原理 (1)2. 流程图 (3)3. 课程设计题目及程序 (4)4. 运行结果及分析 (7)六、设计心得 (7)七、参考文献 (7)一、设计内容PCM是脉冲编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。
PCM编码实现的过程：抽样、量化及编码，我国使用的A律13折线PCM编码规定：由于传输语音的信号频段为300~3400Hz，所以采样率为8000次/s，对抽样值进行13折线压缩后进行8位二数字序列编码及解码。
二、设计目的1）培养学生熟练运用MATLAB语言进行通信系统仿真的能力；2）加深学生对模似信号数字化知识点的理解；3）培养学生系统设计与系统开的思想。
三、设计要求：1）独立完成课题设计题目；2）对所设计的课题原理要有较深入的了解，画出原理框图；3）提出设计方案；4）通过编写程序完成设计方案；5）中间各个过程的仿真过程给出仿真结果；6）提交详细的课程设计报告；同一题目设计报告雷同率达40%，双方均视为不合格。
四、编程工具的选择本仿真所用的工具软件是MATLAB7.0。
该软件的功能强大，最擅长矩阵处理，并在系统仿真、数字信号处理、图形图像分析、数理统计、通信及自动控制领域得到广泛应用，同时MATLAB内部有许多与通信有关的函数，这样程序编写方便，也便于观察波形特征。
五、详细设计原理1、设计原理PCM是脉冲编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。
A律PCM数字电话系统中规定：传输话音的信号频段为300~3400Hz，采样率为8000次/s，对抽样值进行13折线压缩后进行8位二数字序列。
因此，PCM编码输出的数码速率为64kbit/s。
PCM编码输出的二进制序列中，每个样值用8位二进制码来表示，其中最高比特位表示样值的正负极性，规定负值用0表示，正值用1表示。
(仅供参考)PCM编码规则
说明：
其中：带宽 B= f H - f L ，M=[ f H /( f H - f L )]-N,N 为不超过 f H /( f H - f L )的最大正
整数。由此可知,必有 0≤M<1。
高频窄带信号， f H 大而 B 小， f L 当然也大。因此带通信号通常可按 2B 速率抽样；
当 f S > 2B(1+M/N) 时 可能出现频谱混叠现象（这一点是与低频现象不同的）；
∑ xˆ(t
)
=
h(t
)
∗
x
S
(t
)
=
1 TS
n
∞
x(nTS
=−∞
)
sin ω ωH
H
(t
(t −
− nTS nTS )
)
该式是重建信号的时域表达式，称为内插公式。
说明：以奈奎斯特速率抽样带限信号 x(t) 可以由其抽样值利用内插公式重建。这等效为将抽样原信
号通过一个冲激响应为 sin ωH t ωH t 的 LPF 来重建 x(t) 。
抽样定理分类： （1） 根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样定理和带通抽样定理； （2） 根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间隔的，又分为均匀抽样定理和非均匀抽样
定理； （3） 根据抽样脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可以分为理想抽样和实际抽样。
5.2.1 低通抽样定理
内容：一个频带限制在 (0, f H ) 内的连续信号 x(t) ，如果抽样频率 f S 大于或等于 2 f H ，则可以由抽
5.2 低通与通带抽样定理
抽样定理实质：是一个连续模拟信号经抽样变成离散序列后，能否由此离散序列值重建原始模拟信 号的问题。大意是如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值后，那么 根据它的抽样值就能够重建信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需要 传输按抽样定理得到的抽样值即可。因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。
PCM编码与解码技术
PCM编码与解码技术PCM（Pulse Code Modulation）编码与解码技术是一种数字信号处理技术，主要用于音频信号的传输与处理。
本文将详细介绍PCM编码与解码技术的原理、应用及其在音频领域的重要性。
一、PCM编码原理PCM编码是将连续时间模拟信号转换为离散时间数字信号的一种方法。
它通过对模拟信号进行采样和量化，将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，然后再通过编码将数字信号转换为二进制数据。
1. 采样：采样是将模拟信号按照一定时间间隔进行测量和记录，获得一系列离散的采样值。
采样的时间间隔应足够小，以保证样点之间的信号变化不会丢失。
2. 量化：量化是指将采样得到的连续信号幅值值分成有限的几个级别，并用离散的数值来表示。
量化过程中需要确定量化级的数量，即每个样本可以取得的离散数值。
3. 编码：编码是将量化后的离散数值转化为二进制数据，以便传输和存储。
常用的编码方式有自然二进制编码、格雷码编码等。
二、PCM解码原理PCM解码是将经过编码和传输的数字信号重新恢复为模拟信号的过程。
解码过程与编码过程相反，主要包括解码、还原和重构三个步骤。
1. 解码：解码是将二进制数据转化为离散的数字信号，恢复出量化的幅值值。
2. 还原：还原是将离散的数字信号转化为特定幅值的样本点，通过插值技术将样本点之间的信号变化补充完整。
3. 重构：重构是将还原后的离散信号通过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声成分，最终得到还原的模拟信号。
三、PCM技术的应用PCM编码与解码技术在音频领域得到广泛应用，主要体现在以下几个方面：1. 音频传输：PCM技术可以将模拟音频信号转化为数字信号传输，通过数字信号传输可以提高音频的传输质量和抗干扰性能。
2. 数字音频存储：PCM技术可以将模拟音频信号转化为数字信号存储，通过数字信号存储可以提高音频的保真度和持久性。
3. 语音通信：PCM技术在电话语音通信领域得到广泛应用，通过将语音信号转化为数字信号进行传输，实现电话语音通信的数字化。
PCM基本知识及题目
1、PCM编码有二种标准：μ-Law 、 A-Law 。
2、E1帧长256bit；1个 E1分为 32 个时隙；1个时隙为 8 个 bit；1条 E1 是 2.048M 的链路；E1速率为8K帧/秒。
3、CCS:共路信令；CAS:随路信令（TS16主要传送）4、RC3000-15可分为三种盘：汇聚盘、接口盘、交叉盘5、时分复用：提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。
频分复用：将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。
码分复用：靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。
6、ADM：分插复用器；TM：终端复用器7、产品命名规则：RC3100产品命名规则RC310 A - B - C - [ D ] / EA：描述设备结构，为1时是台式结构，为2 时是模块式结构RC3200命名规则RC320A – B– C – D / EA域：代表产品系列，RC3201 表示PCM台式设备；RC3202 PCM卡式设备B域：代表语音接口类型S 表示语音接口为用户接口O 表示语音接口为中继接口C域：业务数据接口类型FE 表示快速以太网接口2E1 表示2个E1接口D域：光模块类型，S1、S2、S3、SS13、SS15、SS23、SS25；S1 表示光接口为双芯单模光纤0-25km的S2 表示光接口为双芯单模光纤10-60km的S3 表示光接口为双芯单模光纤15-120km的SS13 表示光接口为单芯单模双波长0-25km的，发射波长1310nmSS15 表示光接口为单芯单模双波长0-25km的，发射波长1550nmSS23 表示光接口为单芯单模双波长10-60km的，发射波长1310nmSS25 表示光接口为单芯单模双波长10-60km的，发射波长1550nmE域：供电类型（局端卡式设备无此项）/AC AC 220V供电/DC -48V直流供电8、PCM的工作过程：PCM 数字通信过程主要包括三大部分：第一部分是发送端的模／数变换，其中有抽样、量化和编码过程；(a) 抽样：话音信号是连续的模拟信号，要完成模／数变换，首先对话音信号进行离散化处理。
PCM报告
目录序言 (1)第一章 PCM编译的原理 (2)1.1PCM的基本工作原理 (2)1.1.1 模拟信号的抽样 (3)1.1.2 抽样信号的量化原理 (3)1.1.2.1均匀量化 (4)1.1.2.2非均匀量化 (4)1.2A律压缩律原理 (5)1.3PCM编码规则 (6)1.4A律PCM编码规则 (6)第二章 PCM编解码系统的仿真设计 (9)2.1功能指标要求 (9)2.2方案选择 (9)2.2.1Simulink (9)2.2.2m文件 (10)2.3总体结构框图 (11)2.4 PCM编码函数设计流程图 (11)2.5m文件程序 (12)2.6仿真波形及分析 (14)参考文献 (15)体会与建议 (16)序言随着科学技术的不断发展，数字通信在日常生活中到处可见，在数字通信中编解码系统的应用更是很广泛，通常主要还是用在广电行业，作前端应用。
编解码器是在同一装置中，由工作于相反传输方向的编码器和解码器构成的组合体。
在PCM通信系统中，采用不同编码方式、压扩特性、编码位数会直接影响其传输质量，决定其量化噪声。
脉冲编码调制是把模拟信号变成数字信号的一种调制方式，其最大的特征是把连续的输入信号变换为时间域和振幅域上都离散的量，然后再把它变换为二进制代码进行传输。
脉冲编码调制的原理是由采样、量化、编码三个步骤构成。
其功能是完成模-数转换，实现连续消息数字化[1]。
通过学习PCM系统的原理和信号传输的过程来掌握模拟通信和数字通信系统的信息传输的基本原理和分析方法，能够懂得通信系统的基本原理和构成。
了解有关通信系统中的技术指标及改善系统性能的一些基本技术措施。
为我们全面系统的了解信号传输过程提供理论依据PCM技术是英国人A.里弗斯提出来的，后来的数字移动通信技术则运用的就是PCM技术。
室内电话网中PCM技术的使用使音频电缆芯线的传输容量大大提高了。
70年代的中后期，PCM技术又成功的应用于各种中、大容量传输系统。
pcm编译码实验总结
pcm编译码实验总结PCM编码是一种数字信号处理技术，它将模拟信号转换为数字信号，是现代通信系统中极其重要的一种技术。
在通信系统中，PCM编码能够通过精细的采样和量化，将模拟信号数字化，使其适应数字信道传输。
PCM编码也是音频、视频、电视广播等信号传输和储存的基础技术。
在大学数字信号处理课程中，我们进行了一次PCM编译码的实验。
在这个实验中，我们掌握了PCM编码的原理，了解了PCM编码的技术特点和消除量化误差的方法，同时也体验了数字信号处理技术的实际应用。
这里，我将详细概括我们的实验过程，总结了我们在实验中遇到的问题以及解决问题的方法，同时也提供了一些在实验中容易出现的错误和解决方案。
1. 实验目的和准备我们的实验目的是了解数字信号处理的基本原理和PCM编码技术。
首先，我们需要熟悉PCM编码的原理和流程，理解采样、量化、编码和译码的过程。
其次，我们需要了解PCM编码的技术特点，例如高噪声容忍度和误差累计。
在实验前，我们需要准备一些设备和材料，包括：- 一个信号发生器（产生模拟信号）- 一个示波器（观测波形）- 一个PCM编码器和译码器（实现信号的编码和译码）- 一个嵌有PCM模块的FPGA实验板（实现硬件实现）- 一份PCM编码器和译码器的原理图2. 实验流程实验分为三个部分：建立实验板电路、编码译码测试和仿真验证。
下面是每个部分的详细说明：2.1. 建立实验板电路。
我们首先需要将实验板电路连接正确。
我们需要在实验板上找到PCM编码模块的IO口，并将信号发生器的输出信号连接到该IO口上。
我们需要确保每个端口都正确连接，否则实验将不能顺利进行。
2.2. 编码译码测试。
在将信号发生器的输出信号连接到PCM编码模块后，我们需要测试PCM编码和译码的过程。
将信号发生器的输出信号设定为一个正弦波，观察译码器输出的数字信号，这个数字信号是通过量化、编码和译码处理而来。
由于要将数字信号传输到信号发生器，因此我们需要将PCM编码后的数字信号通过DAC转换为模拟信号，从而得到与原始信号相似的输出波形。
语音信号数字化
语音信号数字化语音信号是模拟信号，其频率为300 Hz～3.4 kHz。
原始语音信号如图2-1所示。
要将语音信号在数字传输系统中进行传递，就必须使模拟的语音信号数字化。
语音信号数字化是进行数字化交换和传输的基础。
语音信号数字化的方法有很多，用得最多的是PCM。
PCM是将模拟信号数字化的取样技术，它可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。
在PCM传输系统中，发送端的模拟语音信号经声/电转换成模拟电信号，根据采样定理（采样过程所应遵循的规律，又称抽样定理、取样定理）对模拟电信号进行取样，取样之后进行幅度量化，最后进行二进制编码。
经过抽样、量化和编码3个模数变换（A/D）过程，模拟电信号变成一连串二进制PCM数字语音信号，进入传输线路进行传输，传输至接收端后，PCM数字语音信号经过模数反变换（D/A）还原为模拟信号，再由低通滤波器恢复出原始的模拟语音信号，就完成了语音信号的数字化传输，如下图所示。
PCM过程的各阶段语音信号波形如下图所示。
1.抽样抽样又称采样，是指在时间轴上等距离地在各取样点取出原始模拟信号的幅度值。
1928年，美国电信工程师H.奈奎斯特（H.Nyquist）提出了采样定理。
采样定理说明了采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。
采样定理为采样频率建立了一个足够的条件，该采样频率允许离散采样序列从有限带宽的连续时间信号中捕获所有信息。
（1）奈奎斯特采样定理。
在进行模/数转换过程中，当采样频率fs大于或等于信号中最高频率fmax的2倍时，采样之后的数字信号会完整保留原始信号的全部信息。
一般实际应用中保证fs为fmax的2.56～4倍。
（2）语音信号抽样。
由采样定理可知，当满足奈奎斯特采样定理条件时，在接收端只需经过一个低通滤波器就能够还原成原模拟信号。
这一过程称为脉冲振幅调制(pulse amplitude modulation，PAM)。
取样后的信号称为脉冲振幅调制信号。
PCM编码规则
第五章 脉冲编码调制本章内容：● 引言● 脉冲编码调制(PCM)基本原理● 低通与带通抽样定理● 实际抽样● 模拟信号的量化● PCM编码原理引言模拟信号数字传输的步骤：（1） 把模拟信号数字化，即模数转换（A/D）（2） 数字传输（3） 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）。
说明：由于A/D，D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现，所以我们把发端的A/D变换称为信源编码，而收端的D/A变换称为信源译码，如语音信号的语音编码。
模拟信号数字化的方法：大致可划分为波形编码和参量编码两大类。
波形编码：直接把时域波形变换为数字序列，比特率通常在16kb/s~64kb/s；目前用的最普遍的Δ波形编码方法有PCM和M。
参量编码：利用信号处理技术，提高语音信号的特征参量，再变换为数字代码，起比特率在16kb/s 以下。
5.1 PCM基本原理PCM概念是1937年又法国工程师Alec Reeres最早提出来的。
脉冲编码调制简称脉码调制，是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式，主要包括：抽样、量化、编码。
图1 PCM 原理图抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。
量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号。
编码：将量化后的信号编码形成一个二进制码输出。
国际标准化的PCM 码是一位码代表一个抽样值。
说明：（1）预滤波：把原始语音信号的频带（40~10000Hz 左右）限制在300~3400Hz 标准的长途模拟电话的频带内。
（2）在解调器过程中，一般采用抽样保持电路，所以LPF 均需要采用x/sinx 型频率响应以补偿抽样保持电路引入的频率失真sinx/x 。
（3）的失真主要来源于量化以及信道传输误码，通常用信号与量化噪声的功率比（S/N ）来表示。
（4）PCM 编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无或“1”，“0”，所以PCM 称为脉冲编码调制。
现代通信技术复习知识点
第一章1、掌握通信系统的模型，以及各部分的功能？（P10）信源：是指发出信息的信息源，或者说是信息的发出者。
变换器（发送设备）：变换器的功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。
信道：信道是信号传输媒介的总称反变换器（接收设备）：反变换器是变换器的逆变换。
信宿：是指信息传送的终点，也就是信息接收者噪声源：各类干扰的统称。
噪声源并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。
2、信噪比定义（P9）信噪比指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例信噪比的计量单位是dB，其计算方法是10lg(P S/P N)，其中P S和P N分别代表信号和噪声的有效功率3、信息量的计算消息所含的信息量I与消息x出现的概率P(x)的关系式为4、信息熵的计算（即平均信息量）5、通信系统的性能指标：有效性和可靠性：由什么指标来衡量(包括模拟通信，数字通信系统）（P11）有效性（传输速度（数字），带宽（模拟））：传输速度：在给定信道内能传输的信息的量资源的利用率(频率，时间和功率)可靠性（传输质量）：指接收信息的准确程度模拟系统：信噪比(dB，分贝)数字系统：误比特率6、传输速率：信息速率、码元速率，二者关系（会计算、单位）、误码率的计算、频带利用率（真正衡量数字通信系统有效性的指标）（P11）符号（码元）速率：表示单位时间内传输的符号个数，记为RB，单位是波特（baud），即每秒的符号个数。
RB与码元间隔T成反比这里的码元可以是二进制的，也可以是多进制的，即码元速率与符号进制没有关系信息速率：表示单位时间内传输的信息量，或是单位时间内传输的二进制符号个数称为信息速率，又称数码率，记为Rb，单位是bit/s对于二进制信号RB= Rb对于一般的M进制信号Rb= RB*log2M式中，M为符号的进制数7、模拟信号、数字信号（特征，P4）模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，其特点为幅度连续的信号；电话、传真、电视信号等数字信号：幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的；电报信号、数据信号。