pcm编码实验报告

语音信号处理实验报告实验二

一、实验目的

本次语音信号处理实验的目的是深入了解语音信号的特性，掌握语音信号处理的基本方法和技术，并通过实际操作和数据分析来验证和巩固所学的理论知识。具体而言，本次实验旨在：

1、 熟悉语音信号的采集和预处理过程，包括录音设备的使用、音频格式的转换以及噪声去除等操作。

2、 掌握语音信号的时域和频域分析方法，能够使用相关工具和算法计算语音信号的短时能量、短时过零率、频谱等特征参数。

3、 研究语音信号的编码和解码技术，了解不同编码算法对语音质量和数据压缩率的影响。

4、 通过实验，培养我们的动手能力、问题解决能力和团队协作精神，提高我们对语音信号处理领域的兴趣和探索欲望。

二、实验原理

（一）语音信号的采集和预处理

语音信号的采集通常使用麦克风等设备将声音转换为电信号，然后通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。在采集过程中，可能会引入噪声和干扰，因此需要进行预处理，如滤波、降噪等操作，以提高信号的质量。 （二）语音信号的时域分析

时域分析是对语音信号在时间轴上的特征进行分析。常用的时域参数包括短时能量、短时过零率等。短时能量反映了语音信号在短时间内的能量分布情况，短时过零率则表示信号在单位时间内穿过零电平的次数，可用于区分清音和浊音。

（三）语音信号的频域分析

频域分析是将语音信号从时域转换到频域进行分析。通过快速傅里叶变换（FFT）可以得到语音信号的频谱，从而了解信号的频率成分和分布情况。

（四）语音信号的编码和解码

语音编码的目的是在保证一定语音质量的前提下，尽可能降低编码比特率，以减少存储空间和传输带宽的需求。常见的编码算法有脉冲编码调制（PCM）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）等。

三、实验设备和软件

1、 计算机一台

2、 音频采集设备（如麦克风）

3、 音频处理软件（如 Audacity、Matlab 等）

四、实验步骤

（一）语音信号的采集 使用麦克风和音频采集软件录制一段语音，保存为常见的音频格式（如 WAV）。

武汉大学教学实验报告 电子信息学院 电子信息工程 专业 2018 年 11 月 29 日

实验名称 PAM调制与抽样及PCM编译码 指导教师 陈泽宗 姓名 董一展 年级 16 学号 2016301200254 成绩

一、 预习部分

1. 实验目的

2. 实验基本原理

3. 主要仪器设备

1．实验目的

（1）掌握自然抽样、平顶抽样特性；理解抽样脉冲脉宽、频率对恢复信号的影响；理解低

通滤波器幅频特性对恢复信号的影响；了解混迭效应产生的原理。

（2）理解PCM编译码原理及PCM编译码性能；熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用

方法及各种时钟间的关系；熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。

2．实验原理

（1）自然抽样和平顶抽样：自然抽样可以看做曲顶抽样，在抽样脉冲的时间内，抽样信号

的顶部变化是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律。而对于平顶抽样，在每个

抽样脉冲时间里，其顶部形状为平的。

（2）PCM编码硬件实现：集成芯片TP3057完成PCM编译码除了相应的外围电路外，主要需

要3种时钟，即: 编码时钟MCLK、线路时钟BCLK、帧脉冲FS。三个时钟需有一定的时序关

系，否则芯片不能正常工作:编码时钟MCLK:是一个定值，2048K;线路时钟BCLK:是64K的n

倍，即:64K、128K、256K、512K、1024K、2048K几种;帧脉冲FS:是8K，脉宽必须是BCLK

的一个时钟周期。

3．实验设备

RZ9681实验平台、实验主控模块、模块A3、A6、双踪示波器、信号连接线若干

二、 实验操作部分

1. 实验内容及步骤

2. 实验数据、表格及数据处理

3. 实验结论

1.实验步骤

（1）实验模块在位检查

（2）加电

（3）选择对应的实验模块，并连接信号线

（4）按照实验要求完成各个参数的测量并记录

（5）整理实验

2.实验现象

（1）自然抽样

原始信号及其频谱 抽样脉冲信号及频谱

武夷学院实验报告

课程名称：_______________ 项目名称：_______________

姓名：______专业：_______ 班级：____学号：____同组成员________________

一、实验预习部分1：

本实验使用PCM编译码模块。

1. 点到点PCM多路电话通信原理

低通滤波器PCM编码器复接器低通滤波器PCM编码器分接器混合电路广义信道

图1 点到点PCM多路电话通信原理框图

本实验模块可以传输两路话音信号。

2. PCM编译码模块原理

4096KHz晶 振分频器1分频器2帧同步信号产生器正弦信号源AS1S2S3S4PCM编译码器A复接器抽样信号产生信号PCM编译码器BPCMPCM-ASRBSRAPCM-B256KHzS3S2S18KHz2048KHz CLKSLA(SL2)SLBSTA-INK5SLASLBSL7SL5SL2、2SL1、2SL0、2K8、2正弦信号源BSTB-INSTBK6STA-SSTASTB-S

图2 PCM编译码原理方框图

本模块上有三个开关K5、K6和K8，K5、K6用来选择两个编码器的输入信号，开关手柄处于左边(STA-IN、STB-IN)时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内部音频正弦信号。K8用来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、SL2、SL5、SL7中的某一个。

由于时钟频率为2.048MHz，抽样信号频率为8KHz，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。

PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(×1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1(或第5、或第7 —由开关K8控制)时隙为信号B的时隙。

1 注：1、实验预习部分包括实验环境准备和实验所需知识点准备。

1 PCM编码、解码实验

一、实验目的

1．熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉PCM编码与解码原理，构建PCM编码与解码电路图.

2. 对模拟信号进行采样、量化、编码(PCM), 将编码后的信号输入信道再进行PCM解码，还原出原信号.建立仿真模型,分析仿真波形.

二、实验原理

所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后将已量化值变换成代码。下面将用一个PCM系统的原理框图简要介绍。

图1 PCM原理方框图

在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。这个抽样值仍是模拟量。在它量化之前，通常由保持电路（holding circuit）将其作短暂保存，以便电路有时间对其量化。在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一起，称为抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组就代表一个量化后抽 样

保 持 量化器 编码器

信

道

译码器 低通

滤波器 模拟信号输入 PCM信号输出

干扰

PCM信号输入 模拟信号输出 冲激脉冲 2 的信号抽样值。图中的译码器的原理和编码过程相反。其中，量化与编码的组合称为模/数变换器(A/D变换器)； 译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。

抽样是对模拟信号进行周期性的扫描， 把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。我们要求经过抽样的信号应包含原信号的所有信息， 即能无失真地恢复出原模拟信号， 抽样速率的下限由抽样定理确定。

量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。

编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。实际上量化是在编码过程中同时完成的。图1是PCM单路抽样、量化、 编码波形图。

μ律与A律压缩特性

μ律： （美、日）

A律： （我国、欧洲）