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Pcm编译码实验报告学院：信息学院姓名：靳家凯专业：电科学号：20141060259一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
4、熟悉了解W681512。
二、实验器材1、主控&信号源模块、3号、21号模块2、双踪示波器3、连接线三、实验原理1、实验原理框图图1 21号模块w68 1 5 1 2芯片的PCM编译码实验图2 3号模块的PCM编译码实验图3 ~µ律编码转换实验2、实验框图说明图1中描述的是信号源经过芯片W6815 12经行PcM编码和译码处理。
w681512的芯片工作主时钟为2o48KHz, 根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。
在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。
图2中描述的是采用软件方式实现PcM编译码, 并展示中间变换的过程。
PcM 编码过程是将音乐信号或正弦波信号, 经过抗混叠滤波(其作用是滤波3.4kHz以外的频率, 防止A/D转换时出现混叠的现象) 。
抗混滤波后的信号经A/D转换,然后做PcM编码,之后由于G.711协议规定A律的奇数位取反, µ律的所有位都取反。
因此, PcM编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。
PcM译码过程是PcM编码逆向的过程,不再赘述。
A/µ律编码转换实验中,如实验框图3所示,当菜单选择为A律转µ律实验时,使用3 号模块做A律编码, A律编码经A转µ律转换之后, 再送至21号模块进行µ律译码。
同理, 当菜单选择为µ律转A律实验时,则使用3号模块做µ律编码,经l,转A律变換后,再送入21号模块进行A律译码。
四、实验步骤实验项目一测试w68l512的幅频特性概述:该项目是通过改变输入信号频率,观测信号经w681512编译码后的输出幅频特性, 了解芯片w681512的相关性能。
实验一 PCM 编译码实验一、实验目的1.掌握 PCM编译码原理。
2.掌握 PCM基带信号的形成过程及分接过程。
3.掌握语音信号 PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
二、实验仪器1.双踪示波器一台2.通信原理Ⅵ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、基本原理1.点到点 PCM多路电话通信原理脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(M)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。
当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用M。
目前速率在155MB以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在 A 律和μ律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。
而M 在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。
点到点PCM多路电话通信原理可用图11-1表示。
对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。
对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。
低通滤PCM 编复接器广波器码器义混合信电路低通滤PCM 编道分接器波器码器图 11-1 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。
采用MC145503编译器，它包括了图 11-1 中的收、发低通滤波器及PCM编译码器。
编码器输入信号可以是本实验系统内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。
本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。
2. PCM编译码模块原理本模块的原理方框图及电路图如图11-2 及图 11-3 所示。
图11-2 PCM 编译码原理方框图该模块上有以下测试点和输入点：BS PCM基群时钟信号 ( 位同步信号 ) 测试点SL0PCM基群第 0 个时隙同步信号SLA信号 A 的抽样信号及时隙同步信号测试点SLB信号 B 的抽样信号及时隙同步信号测试点SRB信号 B 译码输出信号测试点STA输入到编码器 A的信号测试点SRA信号 A 译码输出信号测试点STB输入到编码器 B的信号测试点PCM_OUT PCM基群信号输出点PCM_IN PCM 基群信号输入点PCM A OUT信号 A 编码结果输出点（不经过复接器）PCM B OUT信号 B 编码结果输出点（不经过复接器）PCM A IN信号 A 编码结果输入点（不经过复接器）PCM B IN信号 B 编码结果输入点（不经过复接器）本模块上有S2 这个拨码开关，用来选择 SLB 信号为时隙同步信号SL1、SL3、SL5、SL6中的任一个。
实验四增量调制（ΔM）编译码实验一、实验目的1.了解语音信号的ΔM编码过程；2.验证ΔM的编译码原理；3.粗略了解ΔM编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法.二、实验仪器1.音频信号发生器XDF—7A2.杂音计ND53.失真度测试仪BS14.毫伏计GB95.直流稳压电源JWY-30—46.双踪同步示波器SR87.数字频率计8110A三、实验原理1.增量调制（ΔM）增量调制简称ΔM或DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法,可以看成是DPCM的一个重要特例. 其目的在于简化语音编码方法.ΔM与PCM虽然都是用二进制代码去表示模拟信号的编码方式.但是，在PCM中,代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而导致编译码设备复杂;而在ΔM中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关.ΔM与PCM编码方式相比具有编译码设备简单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。
在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛应用，近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。
不难想到,一个语音信号，如果抽样速率很高(远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小,那么相邻样点之间的幅度变化不会很大,相邻抽样值的相对大小(差值)同样能反映模拟信号的变化规律. 若将这些差值编码传输，同样可传输模拟信号所含的信息。
此差值又称“增量”,其值可正可负。
这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调制”(Delta Modulation)，缩写为DM或ΔM。
为了说明这个概念,我们来看图8 -1.图中，m(t）代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为Δt，相邻幅度差为+σ或-σ的阶梯波形m’(t)来逼近它。
只要Δt足够小，即抽样速率fs=1/Δt 足够高，且σ足够小，则阶梯波m’(t）可近似代替m（t）。
其中，σ为量化台阶，Δt=Ts为抽样间隔.图4-1 增量编码波形示意图阶梯波m'(t）有两个特点:第一,在每个Δt间隔内, m'(t)的幅值不变；第二，相邻间隔的幅值差不是+σ（上升一个量化阶），就是-σ（下降一个量化阶）。
实验七 增量调制系统译码实验实验内容1.连续可变斜率增量调制（△M）译码实验2.增量调制（△M）系统特性、指标测试实验3.同等条件下的PCM与增量调制（△M）系统性能比较实验一. 实验目的1.加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。
2.熟悉对增量调制编译码电路工作过程的检测和测试方法。
3.熟悉该系统在不同工作频率，不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。
4.掌握测量系统的过载特性、编码动态范围以及最大化信噪比等三大指标的测试方法。
二. 实验电路工作原理图7-1是增量调制译码电路结构方框图。
图7-2是电原理框图。
图7-4是电原理图。
1.实验电路基本工作过程由发端送来的编码数据信号加至信号开关K802的引脚，通过该开关的作用，把信号送到U801（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。
本系统因为是译码电路，故CPU送出低电平至U801（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚（ANF 端），而是直接送入后面的积分网络中，再通过接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，推动喇叭。
图7-2 增量调制系统译码器电路原理方框图。
虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是由于增量调制电路比较简单，能从较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s,在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率的军事，野外及保密数字电话等方面，在军队系统中的数字卫星通信地面站设备中，其终端部分的话音编码就是应用的这种大规模集成电路MC3417，MC3418的连续可变斜率增量调制方式。
2.增量调制系统的基本特性（1）过载特性定义：是指编码器不产生过载所能承受的最大输入信号电压的特性。
一、实验目的1. 理解增量调制的基本原理和编译码过程；2. 掌握增量调制编译码器的软件实现方法；3. 熟悉增量调制编译码实验系统的组成和功能；4. 分析实验结果，验证增量调制编译码的性能。
二、实验原理增量调制（Incremental Modulation，IM）是一种简单的脉冲调制技术，它通过比较当前样本与参考样本之间的差值，来决定输出信号的极性和幅度。
增量调制编译码实验主要包括以下几个步骤：1. 采样：对模拟信号进行采样，得到一系列离散的样本值；2. 量化：将采样得到的样本值进行量化，得到一系列量化后的样本值；3. 编码：根据量化后的样本值，进行增量调制编码，得到一系列编码后的信号；4. 解码：对编码后的信号进行解码，恢复出原始的量化样本值；5. 滤波：对解码后的样本值进行滤波，去除量化误差，得到近似原始信号。
三、实验仪器与软件1. 仪器：双踪示波器、信号发生器、通信原理实验箱；2. 软件：MATLAB、Simulink。
四、实验步骤1. 采样：在MATLAB中生成一个正弦信号，采样频率为8000Hz，采样点数为1024点；2. 量化：将采样得到的正弦信号进行量化，量化级数为8；3. 编码：对量化后的信号进行增量调制编码，编码方法采用二进制编码；4. 解码：对编码后的信号进行解码，恢复出原始的量化样本值；5. 滤波：对解码后的样本值进行滤波，滤波器采用低通滤波器，截止频率为800Hz；6. 分析实验结果：比较原始信号、量化信号、编码信号、解码信号和滤波后的信号的波形，分析增量调制编译码的性能。
五、实验结果与分析1. 原始信号：实验中生成的正弦信号，频率为1000Hz，幅度为1V；2. 量化信号：对原始信号进行量化后的信号，量化级数为8；3. 编码信号：对量化后的信号进行增量调制编码后的信号；4. 解码信号：对编码后的信号进行解码，恢复出的原始量化样本值；5. 滤波后的信号：对解码后的样本值进行滤波后的信号。
实验五增量调制编译码系统实验实验内容1.增量调制CVSD（∆M）编译码实验2.工作时钟可变时∆M编译码比较实验输入音频模拟信号经过直流分量转换为内部参考电压值，则应在该端与第10引脚（V cc/2端）间接入偏置电阻。
第2引脚：ANF（Analog Feedback）模拟反馈输入端。
该端为电路内模拟比较器的同相输入端。
当电路工作于编码方式时，其本地解码信号从该端输入至内部的模拟比较器；当该电路工作于译码方式时，该端不用，可接到第10引脚（V cc/2端），也可以接地或悬空。
第3引脚：SYL（Syllabic Filter）量阶控制信号输入端。
第4引脚：GC（Gain Control Input）增量控制输入。
第5引脚：V REF（Ref Input）参考电压输入端。
该端为积分运算放大器的同相输入端，用于调节模拟信号的直流分量。
在编码时，为保证输入输出模拟信号有相同的直流分量。
该端应通过偏置电阻与V CC/2相连。
第6引脚：FIL（Filter Input）外接积分器输入端。
该端为积分运算放大器的反相输入端，用于外接元件组成积分滤波器。
第7引脚：ANO（Analog Output）模拟信号输出端。
该端为积分运算放大器输出端。
它根据第13引脚即DDI（接收数据输入端）端输入数据恢复的音频模拟信号从该端输出到积分网络中。
第8引脚：V–负电源端。
当电路单电源供电时该端接地，若正、负电源供电时该端接至负电源。
在本实验电路中，采用单电源+12V供电，故该引脚接地。
第9引脚：DOT（Digital Output），发送编码数据输出端。
该电路将输入音频信号编码后从该端输出，其输出电平与TTL或 CMOS兼容。
第10引脚：V CC/2（V CC/2 Output）参考电压输出端。
第11引脚：COIN（Coincidence Output）一致脉冲输入端。
当电路内的移位寄存器的各输出为全“1”码或全“0”码时，该端输出负极性一致脉冲，该脉冲经外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压。
实验七 增量调制系统译码实验实验内容1.连续可变斜率增量调制（△M）译码实验2.增量调制（△M）系统特性、指标测试实验3.同等条件下的PCM与增量调制（△M）系统性能比较实验一. 实验目的1.加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。
2.熟悉对增量调制编译码电路工作过程的检测和测试方法。
3.熟悉该系统在不同工作频率，不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。
4.掌握测量系统的过载特性、编码动态范围以及最大化信噪比等三大指标的测试方法。
二. 实验电路工作原理图7-1是增量调制译码电路结构方框图。
图7-2是电原理框图。
图7-4是电原理图。
1.实验电路基本工作过程由发端送来的编码数据信号加至信号开关K802的引脚，通过该开关的作用，把信号送到U801（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。
本系统因为是译码电路，故CPU送出低电平至U801（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚（ANF 端），而是直接送入后面的积分网络中，再通过接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，推动喇叭。
图7-2 增量调制系统译码器电路原理方框图。
虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是由于增量调制电路比较简单，能从较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s,在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率的军事，野外及保密数字电话等方面，在军队系统中的数字卫星通信地面站设备中，其终端部分的话音编码就是应用的这种大规模集成电路MC3417，MC3418的连续可变斜率增量调制方式。
2.增量调制系统的基本特性（1）过载特性定义：是指编码器不产生过载所能承受的最大输入信号电压的特性。
实验四Δm及CVSD编译码实验实验四Δm及CVSD编译码实验⼀、实验⽬的1、掌握简单增量调制的⼯作原理。
2、理解量化噪声及过载量化噪声的定义，掌握其测试⽅法。
3、了解简单增量调制与CVSD⼯作原理不同之处及性能上的差别。
⼆、实验器材1、主控&信号源模块、21号、3号模块各⼀块2、双踪⽰波器⼀台3、连接线若⼲三、实验原理1、Δm编译码（1）实验原理框图信号源music/A-outCLK抗混叠滤波器LPFLPF-IN LPF-OUTΔm 编码编码输⼊门限判决时钟Δm译码时钟译码输⼊译码输出3# 信源编译码模块⽐较量化延时极性变换量阶编码输出延时本地译码⾳频输⼊图⼀Δm编译码框图（2）实验框图说明编码输⼊信号与本地译码的信号相⽐较，如果⼤于本地译码信号则输出正的量阶信号，如果⼩于本地译码则输出负的量阶。
然后，量阶会对本地译码的信号进⾏调整，也就是编码部分“+”运算。
编码输出是将正量阶变为1，负量阶变为0。
Δm译码的过程实际上就是编码的本地译码的过程。
2、CVSD编译码（1）实验原理框图信号源music/A-outCLK抗混叠滤波器LPFLPF-INLPF-OUTΔm 编码编码输⼊门限判决时钟Δm 译码时钟译码输⼊译码输出⽐较延时极性变换量阶调整编码输出延时本地译码量阶调整⼀致脉冲量阶3# 信源编译码模块⾳频输⼊图⼆ CVSD 编译码框图（2）实验框图说明与Δm 相⽐，CVSD 多了量阶调整的过程。
⽽量阶是根据⼀致脉冲进⾏调整的。
⼀致性脉冲是指⽐较结果连续三个相同就会给出⼀个脉冲信号，这个脉冲信号就是⼀致脉冲。
其他的编译码过程均与Δm ⼀样。
四、实验步骤项⽬⼀：△M 编码规则实验项⽬⼆：量化噪声观测项⽬三：不同量阶△M 编译码的性能项⽬四：△M 编译码语⾳传输系统项⽬五：CVSD 量阶观测项⽬六：CVSD ⼀致脉冲观测项⽬七;CVSD 量化噪声观测项⽬⼋：CVSD 码语⾳传输系统五、实验记录TP4(信源延时)和TH14(编码输出) TP4(信源延时)和TP3(本地译码)项⽬⼆CH1信源延时，CH2 本地译码项⽬三量阶3000，Vpp=3V项⽬三量阶6000，Vpp=3V 项⽬三量阶3000，Vpp=1V项⽬五量阶6000，Vpp=1V 项⽬五 Vout=1V项⽬五 Vout=2V 项⽬五 Vout=4V项⽬七 Vpp=1V 项⽬七 Vpp=3VCVSD量化噪声观测(2KHz)Vpp=3V的噪声CVSD量化噪声观测(2KHz)Vpp=1V的噪声六、思考题回答1.增量调制的速率可以是32kbps、16kbps相⽐PCM 64kbps产⽣的原因怎样？（请查找资料）今天VoIP采⽤什么样的信源编码？视频的MPEG2编码⼜是什么？答：PCM的速率是增量调制的整数倍，利⽤此特点，可进⾏信道的复⽤，扩⼤信息量的传输。
实验四--Δm及CVSD编译码实验实验四Δm及CVSD编译码实验一、实验目的1、掌握简单增量调制的工作原理。
2、理解量化噪声及过载量化噪声的定义，掌握其测试方法。
3、了解简单增量调制与CVSD工作原理不同之处及性能上的差别。
二、实验器材1、主控&信号源模块、21号、3号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、Δm编译码（1）实验原理框图信号源music/A-outCLK抗混叠滤波器LPFLPF-IN LPF-OUTΔm 编码编码输入门限判决时钟Δm译码时钟译码输入译码输出3# 信源编译码模块比较量化延时极性变换量阶编码输出延时本地译码音频输入图一Δm编译码框图（2）实验框图说明编码输入信号与本地译码的信号相比较，如果大于本地译码信号则输出正的量阶信号，如果小于本地译码则输出负的量阶。
然后，量阶会对本地译码的信号进行调整，也就是编码部分“+”运算。
编码输出是将正量阶变为1，负量阶变为0。
Δm译码的过程实际上就是编码的本地译码的过程。
2、CVSD编译码（1）实验原理框图信号源music/A-outCLK抗混叠滤波器LPFLPF-IN LPF-OUTΔm 编码编码输入门限判决时钟Δm译码时钟译码输入译码输出比较延时极性变换量阶调整编码输出延时本地译码量阶调整一致脉冲量阶3# 信源编译码模块音频输入图二 CVSD编译码框图（2）实验框图说明与Δm相比，CVSD多了量阶调整的过程。
而量阶是根据一致脉冲进行调整的。
一致性脉冲是指比较结果连续三个相同就会给出一个脉冲信号，这个脉冲信号就是一致脉冲。
其他的编译码过程均与Δm一样。
四、实验步骤项目一：△M编码规则实验项目二：量化噪声观测项目三：不同量阶△M编译码的性能项目四：△M编译码语音传输系统项目五：CVSD量阶观测项目六：CVSD一致脉冲观测项目七;CVSD量化噪声观测项目八：CVSD码语音传输系统五、实验记录TP4(信源延时)和TH14(编码输出)TP4(信源延时)和TP3(本地译码)项目二CH1信源延时，CH2 本地译码项目三量阶3000，Vpp=3V项目三量阶6000，Vpp=3V 项目三量阶3000，Vpp=1V项目五量阶6000，Vpp=1V 项目五 Vout=1V项目五 Vout=2V项目五 Vout=4V项目七 Vpp=1V 项目七 Vpp=3VCVSD量化噪声观测(2KHz)Vpp=3V的噪声CVSD量化噪声观测(2KHz)Vpp=1V的噪声六、思考题回答1.增量调制的速率可以是32kbps、16kbps相比PCM 64kbps产生的原因怎样？（请查找资料）今天VoIP采用什么样的信源编码？视频的MPEG2编码又是什么？答：PCM的速率是增量调制的整数倍，利用此特点，可进行信道的复用，扩大信息量的传输。
