信源编码-PCM非均匀量化与编码实验报告(完成版)

pcm编译码实验报告PCM编码实验报告引言在数字通信领域中，编码和解码是非常重要的环节。

编码是将原始信号转换为数字信号的过程，而解码则是将数字信号还原为原始信号的过程。

PCM编码（Pulse Code Modulation）是一种常用的数字信号编码方法，广泛应用于音频和视频传输等领域。

本实验旨在通过实际操作，深入理解PCM编码的原理和实现过程。

实验目的1. 了解PCM编码的基本原理和概念；2. 掌握PCM编码的实验操作方法；3. 分析PCM编码的优缺点及应用领域。

实验设备和材料1. 信号发生器；2. 示波器；3. PCM编码器；4. 解码器；5. 音频播放器。

实验步骤1. 连接信号发生器和示波器，调节信号发生器输出为正弦波信号；2. 将信号发生器的输出连接到PCM编码器的输入端；3. 设置PCM编码器的采样率和量化位数；4. 将PCM编码器的输出连接到解码器的输入端；5. 连接解码器的输出到音频播放器；6. 调节示波器观察PCM编码器输出信号的波形；7. 播放音频，观察解码器输出的音频效果。

实验原理PCM编码是一种将连续模拟信号转换为离散数字信号的方法。

其基本原理是将模拟信号进行采样和量化。

采样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行取样，将连续信号转换为离散信号。

量化是指将采样得到的离散信号映射到离散的量化级别上，以便数字化表示。

在本实验中，信号发生器产生的正弦波信号作为输入信号，经过PCM编码器进行采样和量化处理后，输出为数字信号。

解码器接收到数字信号后，通过解码过程将其还原为模拟信号，最终通过音频播放器播放出来。

PCM编码的优点是可以准确地还原原始信号，保持良好的信号质量。

同时，由于PCM编码是一种线性编码方式，具有较好的抗噪声能力。

然而，PCM编码的缺点是需要较大的存储空间和传输带宽，不适用于对存储和传输资源要求较高的场景。

实验结果与分析通过实验观察，可以发现PCM编码器输出的信号波形与输入信号相似，但存在一定的误差。

实验二均匀、非均匀量化与编码一、实验目的1、了解均匀与非均匀量化编码的原理与过程2、掌握两种不同量化编码方式的特点并能加以比较3、进一步熟悉matlab在通信方面的应用二、理论依据通原理论课中的标量量化原理，包括均匀量化和以PCM为例的非均匀量化（对数量化）。

三、实验内容1、仿真理论及系统框图（1）均匀量化（2）非均匀量化非均匀量化（对数量化）原理框图u律压扩特性（本实验以u律为例）2、模块说明实验程序设计依照量化编码原理可大体分为采样、量化、编码、作图及相关显示几部分。

采样：本实验利用正弦函数的若干点（17个）。

量化：根据不同的输入值，可以得到在不同量化级数下（量化级数n=8，16，64）的结果，算法是程序的核心之一。

编码：对量化结果进行二进制编码，本例进行自然编码，另一个算法核心。

作图与显示：做出不同量化级数下量化曲线、量化误差曲线；显示量化信噪比、及部分采样点的编码结果。

3、语句分析详细的分析见程序注释四、实验数据1、均匀量化（曲线名称见各自曲线图）（1）n=8（2）n=16（3）n=642、非均匀量化（u率对数量化）(1)n=8（2）n=16（3）n=642、数据分析与说明：（1）n=8，16，64的均匀量化曲线对于均匀量化，量化级数越大，量化值与原始值约接近，量化误差越小，即量化效果越好。

（2）n=8，16，64的均匀量化信噪比对于均匀量化，量化级数越大，量化信噪比越大（3）n= 8，16，64的非均匀量化曲线对于非均匀量化，量化级数越大，量化值与原始值约接近，量化误差越小，即量化效果越好。

（4）n=8，16，64的非均匀量化信噪比对于非均匀量化，量化级数越大，量化信噪比越大（5）对于相同量化级的均匀与非均匀量化特性均匀量化的量化误差分布比较均匀，而非均匀量化的量化误差随信号幅度变化：在大幅度处大，在小幅度处小。

当n较小时，均匀量化的量化信噪比大于非均匀量化，但是当n较大时，均匀量化的量化信噪比小于非均匀量化五、实验结果的分析与讨论通过对实验数据的分析，我们直观的发现了与通原理论课一样的结论。

pcm编码实验报告PCM编码实验报告一、引言在数字通信领域，PCM（脉冲编码调制）是一种常用的信号编码技术。

本实验旨在通过对PCM编码的实际操作，深入了解PCM编码的原理、特点以及应用。

二、实验目的1. 理解PCM编码的基本原理；2. 掌握PCM编码的实验操作方法；3. 分析PCM编码的优缺点及其在通信领域的应用。

三、实验设备和原理1. 实验设备：计算机、PCM编码器、PCM解码器、示波器等；2. PCM编码原理：PCM编码是通过对模拟信号进行采样和量化，然后将量化结果转换为二进制码流的过程。

采样率越高，量化精度越高，PCM编码的质量越好。

四、实验过程1. 连接实验设备：将模拟信号输入PCM编码器，再将PCM编码器的输出连接到PCM解码器，最后将解码器的输出连接到示波器；2. 设置采样率和量化精度：根据实验要求，设置合适的采样率和量化精度；3. 进行PCM编码：通过PCM编码器对输入信号进行采样和量化，得到二进制码流；4. 进行PCM解码：将PCM编码器的输出连接到PCM解码器，解码器将二进制码流转换为模拟信号；5. 观察示波器显示：将PCM解码器的输出连接到示波器，观察解码后的信号波形。

五、实验结果与分析1. 通过示波器观察，可以看到PCM编码器输出的二进制码流经过解码后，波形与输入信号基本一致，证明PCM编码解码过程的准确性；2. 随着采样率的增加，PCM编码的质量提高，但同时也会增加数据传输量；3. 在实际应用中，PCM编码常用于音频信号的数字化处理，如CD、MP3等。

六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了PCM编码的原理和实验操作方法。

PCM编码作为一种常用的信号编码技术，在数字通信领域有着广泛的应用。

通过对模拟信号的采样和量化，PCM编码可以将信号转换为二进制码流，实现信号的数字化处理。

实验结果表明，PCM编码解码过程准确可靠，能够保持原始信号的质量。

同时，我们也意识到采样率和量化精度对PCM编码的影响，需要在实际应用中进行合理的选择。

PCM脉冲编码调制非均匀量化分析PCM（Pulse Code Modulation）脉码调制是实现语音信号数字化的一种方法。

是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。

本文基于我国采用的30/32路话音信号复接成一个基群的E制，速率为2048kbit/s下非均匀量化输出信噪比均匀量化下信噪比大，非均匀量化下电话系统的优势将更加明显。

标签：PCM脉冲编码均匀量化非均匀量化信噪比声音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。

抽样，就是每隔一段时间间隔读一次声音的幅度，是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;量化就是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。

编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。

“防失真滤波器”是一个低通滤波器，用来滤除声音频带以外的信号;“波形编码器”可暂时理解为“采样器”;“量化器”可理解为“量化阶大小（step-size）”生成器或者称为“量化间隔”生成器。

抽样器把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。

本文以0.3～3.4kHz话音信号为例，用8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。

对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号。

对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。

把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。

即：抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。

显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。

为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。

实验四脉冲编码调制(pcm)实验一、实验目的通过本实验,学生应达到以下要求: 1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理. 3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用. 4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.二、实验内容本实验可完成以下实验内容：? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析? 系统输出信噪比特性测量? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量三、基本原理脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术. pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm编译码实验.发滤波器voice编码器合路发混合装置收滤波器译码器分路收图4.1 pcm数字电话终端机的结构示意图1、实验原理和电路说明pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后. ? pcm编译码原理为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.a 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.a律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下:(1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端.(2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端.(4)vpi 收端功放的反相输入端.(5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入.(7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码输入端.(9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时钟可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz或2048mhz,用作同步模式的主时钟.(10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mcklx异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态.(11)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但是同步工作时可达到最佳状态.(12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意频率,但必须和mclkx同步.(13)dx发送部分pcm码流编码输出端.(14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平.(16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑0.当置成逻辑1时,发送部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相连.(17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入放大器的反相输入端。

声音信号非均匀量化的PCM编码简介在数字音频处理中，将模拟声音信号转换为数字信号是至关重要的一步。

其中，PCM编码（Pulse Code Modulation）是一种常用的方法，将连续的模拟声音信号量化为离散的数字信号。

然而，在传统的PCM编码中，采用的是均匀量化的方式，即将声音信号根据固定的量化级别进行离散化。

这种方式的问题在于，在高动态范围的声音信号中，由于量化级别的固定性，不能很好地保留信号的细节和动态范围。

为了克服这个问题，非均匀量化的PCM编码方法被提出。

本文将介绍声音信号非均匀量化的PCM编码原理以及其优缺点，并探讨其在实际应用中的意义。

非均匀量化的PCM编码原理非均匀量化的PCM编码方法是基于人耳对声音的感知特性而设计的。

根据人耳的特点，对于较强的声音信号，人耳的感知灵敏度较低，即在相同的信噪比下，对较强的声音信号的量化误差容忍度更高；而对于较弱的声音信号，人耳的感知灵敏度较高，即在相同的信噪比下，对较弱的声音信号的量化误差容忍度较低。

基于以上特点，非均匀量化的PCM编码方法通过动态调整量化级别，使得相对较强的声音信号使用较少的量化级别，而相对较弱的声音信号使用更多的量化级别。

这样一来，可以在保持较高的信噪比的前提下，提高对较弱声音信号的量化精度，以更好地保留信号的细节和动态范围。

非均匀量化的PCM编码算法非均匀量化的PCM编码算法实现的关键在于确定合适的量化级别和对应的压缩函数。

下面简要介绍一种常用的非均匀量化的PCM编码算法：Mu-law压缩算法。

Mu-law压缩算法是一种基于非线性变换的压缩算法。

其原理是将输入的声音信号通过合适的非线性变换函数映射到较小的动态范围内，然后再进行均匀量化。

具体的非线性变换函数为：$$ f(x) = \\text{sign}(x) \\cdot \\frac{\\ln(1 + \\mu \\cdot |x|)}{\\ln(1+\\mu)} $$其中，f(f)为变换后的信号值，f为输入信号值，$\\mu$为压缩参数，$\\text{sign}(x)$为f的符号函数。

《现代通信系统》实验报告均匀、非均匀量化与编码一、验证思路1均匀量化：○1验证内容：输入噪声功率不变时，量化级数M对输出信噪比的影响。

验证方法：输入噪声功率取固定值（本实验取三个功率）,改变量化级数M，（取M属于2-512区间）用matlab做仿真画图，看输出信号量噪比P/Nq怎么变化（M为横坐标，P/Nq为纵坐标，不同情况下的曲线用不同颜色区分）○2验证内容：量化级数M不变时，输入功率对输出信噪比的影响。

验证方法：量化级数M取固定值（本实验取M=512与M=256两种情况）,改变输入信号功率P，用matlab做仿真画图，看输出信号量噪比P/Nq 怎么变化（P为横坐标，P/Nq为纵坐标，不同情况下的曲线用不同颜色区分）2非均匀量化：验证内容：非均匀量化与均匀量化的效果比较验证方法：输入信号功率P变化在同一个图里画非均匀量化时理论曲线与实际仿真曲（P为横坐标，P/Nq为纵坐标，紫色表示非均匀量化理论曲线，绿色表示实际仿真曲线）并与前面均匀量化的图比较。

二、实验框图1.均匀量化图2-1 量化过程图2-2 均匀量化框图2.非均匀量化图2-3 u律压扩特性（本实验以u律为例）图2-4非均匀量化框图三、实验仿真结果1.均匀量化图3-1 量化级数M对输出信噪比影响图3-2 输入信号平均功率对输出信噪比影响2.非均匀量化图3-3 非均匀量化理论与仿真效果四、分析与说明1.均匀量化○1量化级数M对输出信噪比影响: 由图2-1中分析与已知的知识我们知道在输入信号平均功率不变情况下均匀量化输出信噪比与量化级数M成正比关系。

从图3-1我们仿真的图也可以看到这个效果，我们取三个固定输入功率，结果在固定输入功率情况下，输出信噪比都随M的增大而增大，而且在量化器满载时输出信噪比约等于M的平方，仿真结果也符合理论分析。

○2输入信号平均功率对输出信噪比影响：由理论分析知在量化级数M不变的情况下，均匀量化输出信噪比与输入信号功率成正比关系。

PCM编码器实验报告1. 引言在通信系统中，音频信号的传输是一项重要的任务。

为了有效地传输音频信号，需要对其进行编码和解码处理。

本实验将介绍PCM编码器的设计和实现过程。

2. 实验目的本实验的目的是设计和实现PCM编码器，将模拟音频信号转换为数字信号。

通过实验，我们将了解PCM编码器的原理，并验证其在音频信号传输中的有效性。

3. 实验原理PCM（脉冲编码调制）是一种常用的音频信号编码方法。

其基本原理是将模拟音频信号离散化为一系列数字样本，并将每个样本量化为特定的二进制码字。

PCM编码器的主要步骤包括采样、量化和编码。

首先，模拟音频信号按照一定的采样频率进行采样，得到一系列采样值。

然后，每个采样值经过量化处理，将连续的模拟值转换为离散的数字值。

最后，将每个数字值编码为相应的二进制码字，以便传输或存储。

4. 实验步骤步骤1：信号采样在本实验中，我们选择了一个模拟音频信号作为输入。

首先，使用采样设备对该音频信号进行采样。

采样频率的选择应根据音频信号的特性和传输要求进行确定。

步骤2：量化处理采样得到的模拟音频信号是连续的，需要将其离散化为一系列数字样本。

量化是将连续信号转换为离散信号的过程。

根据量化精度的不同，可以将其分为均匀量化和非均匀量化。

本实验中，我们选择了均匀量化的方式。

步骤3：编码处理量化后的信号需要进一步编码为二进制码字。

编码器可以使用各种编码技术，如差分编码、熵编码等。

在本实验中，我们选择了一种简单的编码方式，将每个量化样本直接转换为二进制码字。

步骤4：输出编码结果完成编码处理后，将编码结果输出供进一步传输或存储。

可以通过串口、网络等方式将编码结果传输到接收端，或将其保存到文件中。

5. 实验结果分析通过本实验，我们成功设计和实现了PCM编码器。

将实验中选择的模拟音频信号进行采样、量化和编码处理后，得到了相应的二进制码字。

通过对编码结果的分析，可以验证PCM编码器的有效性和准确性。

6. 实验总结本实验通过对PCM编码器的设计和实现，深入了解了PCM编码的原理和过程。

实验五 均匀PCM 与非均匀PCM一、实验目的1． 掌握MATLAB 语言的函数调用，提高编程编程能力。

2． 掌握量化信噪比的基本概念。

3. 学习均匀量化和非均匀量化的基本原理，加深对非均匀量化的理解。

二、实验原理（一）均匀量化的基本原理在脉冲编码调制中，模拟信号首先以高于奈奎斯特的速率采样，然后将所的样本量化。

假设模拟信号是以［-Ⅹmax,Ⅹmax ］表示的区间内分布的，而量化电平数很大。

量化电平可以是相等的或是不相等的；前者就属于均匀PCM ，而后者就是非均匀PCM 。

关于量化的几个基本概念，量化间隔；量化误差；量化信噪比。

(1)相邻量化电平间距离称量化间隔， 用“Δ”表示。

(2)设抽样值为()s x kT ，量化后的值为()q s x kT ， x q (kTs)与x(kTs)的误差称为量化误差，又称为量化噪声；量化误差不超过±Δ/2，而量化级数目越多，Δ值越小，量化误差也越小。

(3)衡量量化的性能好坏最常用指标是量化信噪比(S q /N q ),其中S q 表示量化信号值x q (kTs)产生的功率，N q 表示量化误差功率，量化信噪比越大，则量化性能越好。

在均匀PCM 中，长度为2X max 的区间［-Ⅹmax ,Ⅹmax ］被划分为N 个相等的子区间，每一子区间长度为△=2X max /N 。

如果N 足够大，那么在每一子区间内输入的密度函数就能认为是均匀的，产生的失真为D=△2/12。

如果N 是2的幂次方即2v N =,那么就要求用v 比特来表示每个量化电平。

这就意味着，如果模拟信号的带宽是W ，采样又是在奈奎斯特率下完成的，那么传输PCM 信号所要求的带宽至少是vW （实际上1.5vW 比较接近于实际）。

这时失真由下式给出，222max max 212334vx x D N∆===⨯ (1)如果模拟信号的功率用2X 表示，则信号/量化噪声的比（SQNR ）由下式给出222m ax22m ax233434v vuX SQ N R NxX xX ==⨯=⨯ (2)式中u X 表示归一化输入，定义为m axu X X x =(3)以分贝（dB ）计的SQNR 为24.86|dB u dB SQ N R v X ≈++ (4)量化以后,这些已量化的电平用v 比特对每个已量化电平进行编码.编码通常使用自然二进制码(NBC),即最低电平映射为全0序列,最高电平映射为全1序列,全部其余的电平按已量化值的递增次序映射。

实验 2 PCM 编译码实验一、实验目的1.理解 PCM 编译码原理及 PCM 编译码性能；2.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；3.熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。

二、实验原理1.抽样信号的量化原理模拟信号抽样后变成在时间离散的信号后，必须经过量化才成为数字信号。

模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种。

把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如下图所示。

图 2-1 均匀量化过程示意图均匀量化的主要缺点是无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。

因此，当信号m(t ) 较小时，则信号量化噪声功率比也很小。

这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。

通常把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，那么，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。

为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化的方法。

非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。

对于信号取值小的区间，其量化间隔D v 也小；反之，量化间隔就大。

非均匀量化与均匀量化相比，有两个突出的优点：首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中往往是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的信噪比。

非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。

现在广泛采用两种对数压缩，美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用 A 压缩律。

本实验中 PCM 编码方式也是采用 A 压缩律。

A 律压扩特性是连续曲线，实际中往往都采用近似于 A 律函数规律的 13 折线（A=87.6）的压扩特性。

这样，它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现，如下图所示。

图2-2 13 折线特性表 2-1 列出了 13 折线时的x 值与计算得的x 值的比较。