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第五章模拟信号的波形编码

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语音信号波形编码的基本过程

语音信号波形编码的基本过程

语音信号波形编码的基本过程语音信号波形编码的基本过程包括以下步骤：
1. 采样：从时间上连续变化的模拟信号中取出若干个有代表性的样本值，来代表这个连续变化的模拟信号。

根据奈奎斯特采样定理，要从采样值序列中完全恢复成原始波形，采样频率必须大于原始信号最高频率的2倍。

2. 量化：将采样得到的幅度样本分层量化，即把每个样本的值限制在一定的范围内，例如8位、16位或32位等。

3. 编码：将量化后的样本值转换成数字代码，例如PCM（脉冲编码调制）编码或ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）编码等。

4. 解码：将收到的数字序列经过解码和滤波恢复成模拟信号。

这个过程是编码的反过程，即将数字代码转换回模拟信号。

(仅供参考)PCM编码规则

(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。

波形编码技术

波形编码技术

波形编码技术目录简介先决条件要求使用的组件规则脉冲编码调制过滤采样数字化语音量子化和编码压缩扩展A-law 和 u-law 压缩扩展差分脉冲编码调制自适应 DPCM特定于 32 Kb/s 的步骤相关信息简介模拟通信已经很发达了，但是模拟传输还不是特别有效。

当模拟信号由于传输损失而变弱时，很难将复杂的模拟结构从随机的传输噪音结构中分离出来。

如果放大模拟信号，噪音也会放大，最终会导致模拟连接由于过于嘈杂而无法使用。

只具有“一位”和“零位”状态的数字信号则更容易从噪音中分离出来。

它们可以被无损放大。

在长距离连接中，数字编码更不容易受到噪音损失的影响。

此外，世界上的通信系统已转为使用一种名为“脉冲编码调制”(PCM) 的数字传输格式。

PCM 是一种被称为“波形”编码的编码类型，因为它针对原始语音波形创建了一种编码形式。

本文档概要介绍模拟语音信号到数字信号的转换过程。

先决条件要求本文档没有任何特定的要求。

使用的组件本文档不限于特定的软件和硬件版本。

规则有关文档规则的详细信息，请参阅 Cisco 技术提示规则。

脉冲编码调制PCM 是 ITU-T G.711 规范中定义的一种波形编码方法。

过滤将模拟信号转换为数字信号的第一步，就是过滤掉信号中的高频分量。

这使得信号在下游更容易转换。

大多数语音的能量都在 200 或 300 赫兹到 2700 或 2800 赫兹之间。

针对标准语音和标准语音通信，建立了大约 3000 赫兹的带宽。

因此，无需使用高精度的滤波器（这种滤波器非常昂贵）。

从设备的角度来看，需要准备 4000 赫兹的带宽。

这种频带限制滤波器用于防止失真（反失真）。

在输入模拟语音信号的采样不足，即 Nyquist 准则中 Fs < 2(BW) 时，就会发生这种情况。

采样频率低于输入模拟信号的最高频率。

这就会在样本的频谱和输入模拟信号之间造成重叠。

而用于重建原始输入信号的低通输出滤波器则不足以检测到这种重叠。

通信原理第5章

通信原理第5章

(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值

波形编码参数编码和混合编码

波形编码参数编码和混合编码

波形编码参数编码和混合编码波形编码的原理是利用模拟信号在不同条件下的变化来表示不同的数字值。

例如，利用正弦波信号的振幅来表示0和1，我们可以通过改变振幅的大小来表示不同的数字值。

这种编码方式称为振幅调制（Amplitude Modulation）。

除了振幅调制外，波形编码还使用其他编码方式，如频率调制（Frequency Modulation）和相位调制（Phase Modulation）。

频率调制利用正弦波信号的频率来表示数字信息，而相位调制则通过改变正弦波信号的相位来表示数字值。

参数编码（Parameter Coding）是一种将数字信息转换为一系列参数的编码方式。

这些参数可以是数字的大小、位置、颜色等。

通常，参数编码用于将数字信息嵌入到图像、音频和视频等多媒体数据中。

参数编码的原理是将数字信息转换为一系列可变的参数，然后将这些参数嵌入到多媒体数据中。

例如，在图像编码中，可以将数字信息嵌入到像素的亮度或色度分量中。

在音频编码中，可以将数字信息嵌入到音频的频谱特征中。

通过解码器，接收方可以提取出嵌入的数字信息。

混合编码（Hybrid Coding）是一种将波形编码和参数编码结合起来的编码方式。

它通过同时使用波形编码和参数编码来提高编码的效率和准确性。

混合编码的原理是在波形编码中使用参数编码的思想，将数字信息嵌入到波形信号的参数中。

例如，在波形编码中使用频率调制，可以将数字信息嵌入到正弦波信号的频率变化中。

混合编码在实际应用中具有广泛的应用。

例如，在音频编码中，混合编码可以同时利用振幅调制和参数编码来实现高质量的音频传输。

在图像编码中，混合编码可以将数字信息嵌入到图像的亮度和色度分量中，从而实现图像的高保真传输。

总之，波形编码、参数编码和混合编码是数字通信中常用的编码方式。

它们通过将数字信息转换为模拟信号或参数来传输和嵌入数字信息。

不同的编码方式适用于不同的应用场景，可以提供高质量和高效率的数字通信。

数字通信PPT课件

数字通信PPT课件

-2-
Principles of Digital Communications
从理论上讲，语音信号包含大量的冗余，这个速率完全是 可以压缩的，信源编码技术的核心就是研究压缩编码算法， 用尽可能低的传信率获得尽可能好的语音质量。
按照处理方式的不同，信源压缩编码方法有以下几种：
• 概率匹配编码：根据编码对象出现的概率分配不同长 度的代码，以保证总的代码长度最短。
• 预测编码：利用信号之间的相关性，预测未来信号， 对预测的误差(或残差)进行编码。
• 变换编码：利用信号在不同函数空间分布的不同，选 择合适的函数变换将信号从一种信号空间变换到另一 种更有利于压缩编码的信号空间，再进行编码。
-3-
Principles of Digital Communications
0.125
< 50 0.125
-8-
Principles of Digital Communications
5.2 语音信号的波形编码
1. 脉冲编码调制(PCM)
m(t)抽样A/D来自换 msq(t)量化编码
ms(t)
干扰 信道
m^(t)
低通 滤波
m^sq(t) 译码
PCM通信系统模型
-9-
Principles of Digital Communications
• 编解码延时：对语音信号的分帧处理以及复杂的算法实现 会产生比较明显的编解码延时，它与传输延时一起构成了 系统的主要延时。在实时语音系统中，总延时太长会影响 双方的正常交谈。一般要求语音编解码延时低于100ms。
-5-
Principles of Digital Communications
• 算法复杂度：考虑到硬件实现的可能性、复杂度和成本， 一种实用的算法必须在保持一定性能的前提下，尽可能将 其运算复杂度降到最低。

通信技术基础习题答案

通信技术基础习题答案

第一章习题1、试举出假设干个模拟信号与数字信号的例子。

答：模拟信号：语音信号等数字信号：计算机处理数据等。

2、请说明有线电视、市、调频广播、移动、校园网等通信系统各使用哪些信道。

答：有线电视：同轴电缆市：双绞线调频广播：无线信道移动：无线信道校园网：双绞线、同轴电缆或光纤3、试述通信系统的组成。

答：通信系统包括五个组成局部：1〕信源；2〕发送设备；3〕接收设备；4〕信宿；5〕信道。

4、一个有10个终端的通信网络，如果采用网型网需要用到多少条通信链路？如果采用星型网需要有多少条通信链路？答：网状网：45条；星状网：10条5、试述传码率，传信率，误码率，误信率的定义，单位。

并说明二进制和多进制时码元速率和信息速率的相互关系。

答：1〕传码率是指单位时间通信系统传送的码元数目，单位为“波特〞或“B〞。

2〕传信率也称为比特率〔bit rate〕，是指单位时间通信系统所传送的信息量，单位为“bit/s〞或“bps〞。

3〕误码率就是码元在传输系统中被传错的概率，Pe=传输中的误码/所传输的总码数。

4〕误信率是指发生过失的信息量在信息传输总量中所占的比例，Peb=系统传输中出错的比特数/系统传输的总比特数。

r=Rmlog2m〔bit/s〕式中，r为传信率，Rm为m进制的传码率。

6、描述点对点通信的几种方式。

答：对于点对点之间的通信，按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信与全双工通信三种。

7、线路交换与分组交换的区别在哪里？各有哪些优点？答：线路交换：网上的交换设备根据用户的拨号建立一条确定的路径，并且在通信期间保持这条路径，从被呼用户摘机建立通话开始到一方挂机为止，这条线路一直为该用户所占用。

线路交换的很大一个优点是实时性好。

分组交换：分组交换是一种存储与转发的交换方式，很适合于数据通信。

它将信息分成一系列有限长的数据包，并且每个数据包都有地址，而且序号相连。

这些数据包各自独立地经过可能不同的路径到达它们的目的地，然后按照序号重新排列，恢复信息。

通信原理各章重要知识

通信原理各章重要知识

第一部 各章重要习题及详细解答过程第1章 绪论1—1 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。

试求E 及x 的信息量。

解：英文字母E 的信息量为105.01log 2=E I =3.25bit 英文字母x 的信息量为002.01log 2=x I =8.97bit 1—2 某信息源的符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、l/8、l/8/、3/16和5/16。

试求该信息源符号的平均信息量。

解：平均信息量，即信息源的熵为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-163log 1632-165log 1652- =2.23bit/符号1—3 设有四个消息A 、BC 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8和l/2传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。

解：平均信息量∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-21log 212-=1.75bit/符号1—4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字。

对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。

(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率。

(2)若每个字母出现的可能性分别为P A =l/5，P B =1/4，P C =1/4，P D =3/10 试计算传输的平均信息速率。

解：(1)不同的字母是等可能出现，即出现概率均为1／4。

每个字母的平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 4142⨯-=2 bit/符号因为每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母所占用的时间为 2×5×10-3=10-2s每秒传送符号数为100符号／秒 (2)平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=51log 512-41log 412-41log 412-103log 1032-=1.985 bit/符号平均信息速率为 198.5 比特/秒1—5 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示；且划出现的概率是点出现概率的l/3；(1)计算点和划的信息量；(2)计算点和划的平均信息量。

PCM编码规则

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。

脉冲编码调制

脉冲编码调制

26
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若要使频谱分量无混叠，则必须使
Nfs 2(NB MB)
所以
fs 2B (1 M / N)
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§5.3 实际抽样
理想抽样： xs (t) x(t)T (t)
实际抽样：用有限持续时间的脉冲（脉宽为τ）。 平顶抽样：τ时间内脉冲幅度不变。 自然抽样：τ内脉冲幅度随信号幅度而变化。
yk
xk 1
[ (x
yk
xk
yk )2 px ( x)dx]
0
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50
yk,opt
xp xk 1,opt
xk ,opt
x
p xk 1,opt
xk ,opt
x
x dx x dx
最佳量化电平应取到最佳量化间隔的 质心上。
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特例1 当L=2， 分两层时。
x1=- x2=0 x3=
3
• （6）均匀量化时量化信噪比的推导和计 算公式，量化信噪比与编码位数的关系；
• （7）最佳量化、非均匀量化、对数量化；
• （8）A律对数压缩特性及其13折线近似；
• （9）折叠二进制组码原理及其抗误码能 力；
• （10）A律脉冲编码调制的编码规律，要 求在已知输入电平时，计算出码组。
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第五章 脉冲编码调制(1)
2021/11/14
1
单元概述
抽样是将模拟信号在时间上进行量化。低通信号
的最低抽样频率是其最高频率分量的两倍，而带通信 号则并不一定需要遵循这一规则。
脉冲编码调制是将时间上已量化的抽样序列，在

数字数据的模拟信号编码

数字数据的模拟信号编码

数字数据的模‎拟信号编码要在模拟信道‎上传输数字数‎据，首先数字信号‎要对相应的模‎拟信号进行调‎制，即用模拟信号‎作为载波运载‎要传送的数字‎数据。

载波信号可以‎表示为正弦波‎形式：f(t)=Asin(ωt+φ)，其中幅度A、频率ω和相位‎φ的变化均影‎响信号波形。

因此，通过改变这三‎个参数可实现‎对模拟信号的‎编码。

相应的调制方‎式分别称为幅‎度调制ASK‎、频率调制FS‎K和相位调制‎P SK。

结合ASK、FSK和PS‎K可以实现高‎速调制，常见的组合是‎P SK和AS‎K的结合。

1. 幅度调制幅度调制简称‎调幅，也称为幅移键‎控（ASK amplit‎u de-shift keying‎）调制原理：用两个不同振‎幅的载波分别‎表示二进制值‎"0"和"1"。

图2-3-5 幅度调制2. 频率调制频率调制简称‎调频，也称为频移键‎控（FSK freque‎n cy-shift keying‎）调制原理：用两个不同频‎率的载波分别‎表示二进制值‎"0"和"1"。

图2-3-6 频移键控3. 相位调制(1) 绝对相移键控‎绝对相移键控‎用两个固定的‎不同相位表示‎数字“0”和“1”（见图2-3-7），用公式可表示‎为：U ( t ) = U m sin(ω t +π )数字“1”=U m sin(ω t + 0 )数字“0”图2-3-7 绝对相移键控‎(2) 相对相移键控‎法相对相移键控‎用载波在两位‎数字信号的交‎接处产生的相‎位偏移来表示‎载波所表示的‎数字信号。

最简单的相对‎调相方法是：与前一个信号‎同相表示数字‎“0”，相位偏移18‎0度表示“1”，如图2-3-8所示。

这种方法具有‎较好的抗干扰‎性。

图2-3-8 相对相移键控‎数字数据的数‎字信号编码数字数据的数‎字信号编码，就是要解决数‎字数据的数字‎信号表示问题‎，即通过对数字‎信号进行编码‎来表示数据。

数字数据的模拟信号编码方法

数字数据的模拟信号编码方法

数字数据的模拟信号编码方法数字数据的模拟信号编码是将离散的数字数据转换为模拟信号的过程。

这一过程通常通过模拟信号编码器完成。

以下是几种常见的数字数据模拟信号编码方法：1. 脉冲编码调制（PCM）：- PCM 是一种将模拟信号离散化的方法。

模拟信号在时间上进行采样，每个采样值用一个固定位数的二进制数来表示。

-这些二进制数被发送到接收端，在那里它们被重新转换为模拟信号。

PCM 是一种广泛使用的数字到模拟信号编码方法。

2. 脉冲调制（PM）和频率调制（FM）：-这两种调制方法通常用于模拟信号的数字化。

在脉冲调制中，信号的幅度通过脉冲宽度或位置来表示。

在频率调制中，信号的幅度通过频率的变化来表示。

3. ΔΣ调制（Delta-Sigma Modulation）：-ΔΣ调制是一种高精度、低成本的模拟信号编码方法。

它通过将输入信号与前一时刻的编码值相比较，将差值传输，从而减小量化误差。

-ΔΣ调制在音频和精密测量等领域中被广泛使用。

4. 压缩编码：-压缩编码通过使用各种算法来减小所需的位数，从而减小数据量。

例如，脉冲编码调制可以与压缩算法结合使用，以降低数据传输和存储的成本。

5. 带通调制（AM、FM）：-数字数据也可以通过调制成为带通信号，然后传输。

例如，使用调频（FM）或调幅（AM）的方法将数字信息嵌入到模拟信号中。

6. 直接数字合成（DDS）：-DDS 是一种通过在数字域内合成模拟信号的方法。

它通常用于产生高精度的波形，例如用于射频通信和信号发生器。

每种方法都有其适用的场景和优势。

选择适当的数字到模拟信号编码方法通常取决于具体的应用需求、带宽、精度和成本等因素。

第五章脉冲编码调制

第五章脉冲编码调制
平顶抽样
实现过程：
准理想 抽样
抽样保持
LPF
电路
用极窄的脉冲序列作抽样脉冲 展宽脉冲
5.3.2 平顶抽样
矩形脉冲函数
h
t



A 0
t
其它
H A Sa
2
0

通过保持电路后，XSf XS H X ns H / Ts

由 xt X Ts t t nTs
Ts
t
2


Ts n
ns
n

X s ()

1
2
X
s


1 TS

X
(
)

n

(

nS
)


1 Ts
所以共13条直线段 13折线
5.8.4 对压缩特性的折线近似
输y 出z=f(x)
1
7 8
6
8
6
5
8
5
4 84
3 83
2 82
1 8 1
10
31
63
255 3
7
255 15
255
255 255 255
μ律15折线：
第8段 7
127 255
1
x
5.9 PCM编码原理
5.9.1 概述 5.9.2 折叠二进制码（FCB） 5.9.3 CCITT标准的PCM编码规则
X
s



1 Ts

X ns
5.2.2 带通抽样定理

波形编码、参数编码和混合编码

波形编码、参数编码和混合编码

波形编码、参数编码和混合编码
波形编码、参数编码和混合编码是数字信号处理中常用的编码方式。

波形编码是将模拟信号离散化后，用离散的数值表示原信号波形的编码方式。

参数编码是将原信号的某些参数，如振幅、频率等，转换为数字信号的编码方式。

混合编码则是将波形编码和参数编码相结合，用于更准确地表达原信号。

波形编码有多种方式，常见的有脉冲编码调制（PCM）、$Delta$调制和$Sigma Delta$调制等。

PCM是将采样后的模拟信号用固定位数的二进制数表示，实现简单但精度有限。

$Delta$调制则是利用差分编码，将每个样本值与前一个样本值之差作为编码值，可提高精度。

$Sigma Delta$调制则是在$Delta$调制的基础上，增加了反馈环路，在时域和频域上都有优良的性能。

参数编码也有多种方式，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。

AM是将模拟信号的振幅转换为数字信号，FM是将模拟信号的频率转换为数字信号，PM则是将模拟信号的相位转换为数字信号。

这些编码方式在不同的应用场景中有着各自的优缺点。

混合编码将波形编码和参数编码相结合，可实现更准确地表达原信号。

例如$Sigma Delta$调制和FM编码结合起来，可以实现高精度、高分辨率的音频信号编码。

混合编码的实现较为复杂，但具有更高的性能和灵活性。

综上所述，波形编码、参数编码和混合编码是数字信号处理中常用的编码方式，它们各自适用于不同的信号特征和应用场景。

在实际
应用中，需根据具体情况灵活选用。

第五章 数字基带传输系统

第五章 数字基带传输系统

1、AMI码 2、HDB3码 3、曼彻斯特编码（双相码） 4、密勒码 5、CMI码
通信原理
双极性信号交替反转码（AMI）
(1) 零电平代表二进制0，交替出现的正负电压 表示1。 (2) 信号交替反转码用交替变换的正、负电平 表示比特1的方法使其所含的直流分量为零
通信原理
– (3)AMI实现了两个元间隔虚线）
二是可对连续的比特1可进行同步。
– (4)但对一连串的比特0并无同步确保机制。
– (5)为解决比特0的同步，两种AMI的变型B8ZS和
HDB3被研究出来，前者在北美使用，后者用于 日本和欧洲。
B8ZS、HDB3都是在ＡＭＩ的基础上变化的
通信原理
高密度双极性3零码（HDB3）
虽然名称是3零编码，实际是当连续出现 4个比特0时，就在AMI编码中引入变动。
通信原理
通信原理
CMI（Coded Mark Inversion）码
编码规则是：消息码“1”交替用正和负电压 表示，或者说交替用“11”和“00”表示；信 息码“0”用“01”表示

通信原理
通信原理
4、常用数字基带信号的功率谱密度
通信原理
采用升余弦脉冲代替矩形脉冲---基带成型
基带成型后不归零码的功率谱密度，带外能量很少，不易失真
通信原理
字符编码


由于计算机只能识别、存储、和处理二进制的 信息，而字符信息又是最重要的数据信息。这 样为了使计算机能处理字符，规定了字符和二 进制数之间的对应关系，称字符编码。它涉及 到信息的表示，交换，处理，传输和存储以国 家或国际标准的形式来实施。 字符编码：将字符用二进制数来表示的编码。


码型：表示二进制数中0和1的信号形式被称为 码形。 在数字通信中，用直流信号表示二进制数中的 0 和1 。 数字数据基带信号常用码型有二电平码，差分 码，交替反转码（AMI），曼彻斯特码，差分 曼彻斯特码，密勒码，多电平码，和二进制编 码等。

现代通信原理5-12章总结

现代通信原理5-12章总结

0 M 1
计算带通抽样频率:
1.计算信号带宽(fH-fL) 2.计算fH/(fH-fL)，求出小于它的最大整数N。
3.计算M= fH/(fH-fL)-N。
4.计算fS=2 (fH-fL)(1+M/N)。
例题：12路载波电话信号的频带范围是60～108kHz，
求其最低抽样频率fsmin=？
• TDM与FDM（频分复用）原理的差别：
• TDM在时域上是各路信号分割开来的; 但在频域上是 各路信号混叠在一起的。 • FDM在频域上是各路信号分割开来的;但在时域上是
混叠在一起的。
• TDM的方法有两个突出的优点 • 多路信号的汇合与分路都是数字电路，比FDM的模拟 滤波器分路简单、可靠。 • 信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真与高次谐 波，引起路际串话，因此，对信道的非线性失真要 求很高；而TDM系统的非线性失真要求可降低。 • TDM：完全由数字线路实现，近几年得到广泛应用。 • 时分复用又分为同步时分复用和异步时分复用。
制量化值。
• 所涉及的问题主要有两个：
• 一是如何确定二进制码组的位数。
• 二是应该采用怎样的码型。所谓码型就是电脉冲
的存在形式。
8位PCM编码，对于语音传输，其速率为64K，需要 32K的带宽，多用于有线传输。
差分脉码调制：
对信号采样值和预测值的差值进行量化编 码并传输. 接收端将接收到的差值和恢复的预测值相 加得到此次采样值. 由于只传输动态范围较小的差值,所以编码 的码组不需太长,在DPCM中,一般采用4位.
RZ RZ (单极性) (单极性)
A A τ τ
(双极性) (双极性)
0 0
4、双极性归零码
1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 二进制信码 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 －用正极性的归零码和负极性的归零码分别表示1和0 二进制信码

机械工程测试技术第5章 信号分析与处理1

机械工程测试技术第5章 信号分析与处理1

2、量化
二、采样的频域表示：
为了导出理想A/D转换器输入和输出之间的频域关系， xa (t ) 首先考虑通过冲击串调制由模拟信号 到采样信号 ˆa (t ) 转换，调制信号是一个周期冲击串。 x
p (t )
n
(t nT )


ˆa (t ) xa (t ) p (t ) xa (nT ) (t nT ) x
f f s / N 1/ T
根据采样定理，若信号的最高频率为 fc ，最低 采样频率应大于 2 fc 。
第三节 随机信号
一、概述 • 随机信号属非确定性信号，是相对于确定信号而言的一种十分重要的 信号。这种信号不能用确定的数学解析式表达其变化历程，即不可能 预见其任一瞬时所应出现的数值，所以也无法用实验的方法再现，描 述方法只能用数理统计概率方法描述。 • 随机信号在自然界中随处可见，如在道路上行驶的车辆所受道路影响 的振动，气温的变化，海浪、地震以及机器振动的随机因素所产生的 信号等，在测试过程中对系统所产生的干扰，包括环境干扰以及内部 干扰，无论是机械性的或是电学性的，很多都是随机信号。在声学研 究中客观世界的噪音大多也都是随机性的信号。 • 随机信号的主要特征参数有均值，方差、均方值、概率密度函数、相 关函数和功率谱密度函数等关键参数描述术语。
1 T R x () lim x ( t ) x ( t )dt T T 0 1 T0 2 A sin( t ) sin[ ( t ) ]dt T0 0
令ωt+φ=θ,则dt=dθ/ω,由此得
A2 Rx ( ) 2

2
0
A2 sin sin( )d cos 2
自相关函数的应用 自相关函数可用来检测淹没在随机信号中 的周期分量。(均值为零的纯随机信号其自 相关函数当自变量很大时很快衰减为零)

通信原理(第五章)模拟调制系统

通信原理(第五章)模拟调制系统

n i =1
mi cos wit
有 m ˆ (t ) = å
n i =1
mi sin wit
二、幅度调制的原理（6）(VSB）

残留边带(VSB) ：信号带宽B介于单边带(SSB)信号和双边带 (DSB)信号之间。 如何确定残留边带滤波器的特性H(ω )？ 先考虑如何解调，即如何从接收信号中来恢复原基带信号？ 设采用同步解调法进行解调，其组成方框图如图5-8 输入信号为 Sm(w) = 1 [ M (w - wc) + M (w +wc)] H (w)
2 (5.1 - 24)
载波为：
s(t ) = cos wct ? S (w) p [d (w +wc) +d (w - wc)]
1 1 [ Sm(w) * S (w)] = [ M (w + 2wc) + M (w)] H (w + wc) 2p 4 1 + [ M (w) + M (w - 2wc )] H (w - wc ) (5.1 - 26) 4
max max
- [ m(t )] min +[ m(t )] min
二、幅度调制的原理（5）(SSB）
SSB信号：
在DSB调制信号的基础上，仅保留一个边带。 将图5-4中的带通滤波器设计成如图5-5b所示的传输特 性。将产生上边带信号，相应的频谱如图5-5c所示。 信号带宽B=fx，其中fx是信号的最高频率)。 如何描述？产生下边带SSB信号的理想低通滤波器可表 示为： ì 1 t >0 ï 1
sm(t ) = A0 cos wct + m(t )cos wct
Sm(w) = p A0[d (w - wc) +d (w +wc)] +

模拟信号的波形编码

模拟信号的波形编码

音频处理中的应用
在音频处理中，波形编码是一种常用的技术，用于将模拟音 频信号转换为数字信号。常见的波形编码格式包括WAV、 MP3和AAC等。这些格式能够提供高质量的音频压缩和编码 ，使得音频文件更易于存储和传输。
波形编码在音频处理中还有其他的用途，如音频修复、音频 增强和音频分析等。通过波形编码，可以对音频信号进行更 深入的处理和分析，实现更加复杂的音频处理任务。
工作原理
在PM调制中，信息信号被叠加到载波信号上，导致载波信号的相 位发生变化。接收端通过检测载波信号的相位变化来恢复原始信息 信号。
应用场景
PM调制在某些特定领域有应用，如雷达、卫星通信等。
波形编码的比较
01 AM调制的优点是实现简单，但对信道噪声敏感； 02 FM调制的优点是抗干扰能力强，但带宽较大； 03 PM调制的优点是抗干扰能力强，但实现复杂。
周期性
许多自然现象产生的模拟 信号具有周期性，如声音、 光线等。
幅度范围
模拟信号的幅度可以在一 定范围内变化，表示信号 的强度或振幅。
模拟信号的优缺点
优点
模拟信号能够真实地表示物理量，具 有直观性和实时性，适用于需要连续 变化信息的场合。
缺点
模拟信号容易受到干扰和噪声的影响 ，传输过程中容易失真，且不易进行 数字处理和存储。
定义
FM调制（调频）是一种通过改变载波信号的频率来表示 信息的方式。
工作原理
在FM调制中，信息信号被叠加到载波信号上，导致载波 信号的频率发生变化。接收端通过检测载波信号的频率变 化来恢复原始信息信号。
应用场景
FM调制广泛应用于无线电通信、卫星广播等领域。
PM调制
定义
PM调制（调相）是一种通过改变载波信号的相位来表示信息的方 式。

5.3 脉冲编码调制(PCM)

5.3 脉冲编码调制(PCM)

1 斜率：
0
0
0
111 110 101 100 011 010 001 000
1 x

5.3.1 PCM编码原理
3．码位的选择与安排
第 5 至第 8 位码 C5C6C7C8 为段内码，这 4 位码的 16 种可能状态 用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。 段内码与16 个量化级之间的关系如表 5.6 所示。
m t
抽样
ms t
量化 A/D变换
mq t
编码
信道 m t 来自干扰 mq t 低通滤波
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 按 抽 样 定 理 把量化是把幅度上仍连续（无穷 时 间上连续的模拟 信 号 转 编 码 是 用二进制码组表 多个取值）的抽样信号进行幅 换成时间上离散 的 抽度离散，即指定 样 M个样值脉冲。 示量化后的 M个规定的电平， 信号； 把抽样值用最接近的电平表示；
码相同；段内码第一位若为0，除段内码第一位外，
其余码取反即可。

5.3.1 PCM编码原理
以非均匀量化时的最小量化间隔Δ =1/2048 作为均 匀量化的量化间隔
从13 折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数 共有2048 个均匀量化级
非均匀量化只有128 个量化级
3．码位的选择与安排
假设：
均匀量化需要编11 位码，而非均匀量化只要编7 位 码
5.3.1 PCM编码原理
1．PCM调制系统框图
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，是一种用一 组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值， 从而实现通信的方式。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码 方式。 原理框图
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8
时域中，抽样信号可表示为：xs (t) x(t)T (t)
单位冲击函数可表示为：

T (t) (t nTs )
n


故有： xs (t) x(t) T (t) x(t) (t nTs ) x(nTs ) (t nTs )
n
7
5.1.2 抽样
1. 低通抽样定理
抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的连续信号x(t)， 如果抽样频率fs大于或等于2 fH ，则可以由样值序列 {x(nTs)}无失真地重建原始信号x(n)。
通常进行等间隔T抽样；
理论上，抽样过程 ＝ 周期单位冲激脉冲模拟信号； 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲模拟信号；
冲编码调制（PCM）
PCM调制过程有抽样、量化和编码三个步骤。 电话语音信号的PCM码组由8位二进制码组成。
6
脉冲编码调制原理
模拟信源产生要传输的模拟信 号；
预滤波器为带限滤波器； 波形编码器将模拟信号变换成
数字编码信号； 信号经传输到达接收端，在接
收端再将数字编码信号转换成 模拟信号。
t
理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止特性不可能 做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs必须比2fH 大一些。
典型电话信号的最高频率通常限制在3400 Hz，而抽样频率 通常采用8000 Hz。
12
2. 带通抽样定理
设带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间
即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，信号带 宽B = fH －fL。可以证明，此带通模拟信号所需最小 抽样频率fs等于
14
带通抽样定理分析
当fL = 0时，fs ＝2B，就是低通模拟信号的抽样 情况；
fL很大时，fs趋近于2B。
fL很大意味着这个信号是一个窄带信号。 许多无线电信号，例如在无线电接收机的高频和中频
系统中的信号，都是这种窄带信号。 对于这种信号抽样，无论fH是否为B的整数倍，在理
抽样信号 抽样信号 量化信号
011
100
100
011 011
100
100 编码信号
t
3
本章目录
5.1 脉冲编码调制 (PCM) 5.2 差分脉码调制 (DPCM) 5.3 增 量 调 制 (∆Ｍ) 5.4 时 分 复 用 (TDM)
4
5.1 脉冲编码调制（PCM）
5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1.6 5.1.7 5.1.8
时域 相乘
频域 卷积
10
设理想低通传递函数为：
1,
H ( )
H
则滤波器输出为：
0, H
Xˆ () Xs ()H () Xs () rect( / 2H ) 根据时域卷积定理，可获得重建信号：
1 Ts
X ()
xˆ(t)

xs (t)

h(t )
M fs 2B(1 N )
式中，B － 信号带宽；
-fH -fL 0 fL fH f
N － 商(fH / B)的整数部分，N =1，2，…；
M － 商(fH / B)的小数部分，0 < M < 1。
13
由于B= fH - fL ，所以: (1) 当0 fL < B时，有B fH < 2B。这时N = 1，而上式变成了fs
论上，都可以近似地将fs取为略大于2B。
15
3. 自然抽样
由于理想T (t) 无法得到，所以设抽样脉冲序列
为c(t) p(t nTs ) ，则抽样信号为xs (t) x(t) c(t)
。
n
又因为 c(t)
Cne jnst
n
，其中Cn

1 Ts
Ts / 2 Ts / 2
p(t)ejn stdt

所以，有：xs (t)
n

频域中，由于
T
( )

2 Ts
n
(

ns )
所以，有：
X s ( )

1 2
X
( )
T
( )

1 Ts


X ( )

n
(

ns )


1 Ts
n
X (
ns )
9
抽样信号的时域与频域对照：
脉冲编码调制的基本原理 抽样 量化 均匀量化和线性PCM编码 非均匀量化 对数量化及其折线近似 A律PCM编码原理 PCM信号的码元速率和带宽
5
5.1.1 脉冲编码调制的基本原理
PCM是波形编码中最重要的一种方式。
模拟信号为调制信号 二进制脉冲序列为载波 模拟信号的抽样值改变脉冲序列的码元取值，故称脉
= 2B(1 + M)。故当M从0变到1时，fs从2B变到4B，即图中左 边第一段曲线。 (2) 当fL＝B时，fH＝2B，这时N = 2。故当M＝0时，上式变成 了fs = 2B，即fs从4B跳回2B。当B fL < 2B时，有2B fH < 3B。这时，N = 2，上式变成了fs = 2B(1 + M/2)，故若M从0 变到1，则fs从2B变到3B，即图中左边第二段曲线。 (3) 当fL＝2B时，fH＝3B，这时N = 3。当M＝0时，上式又变成 了fs = 2B，即fs从3B又跳回2B。依此类推。
第五章 模拟信号的波形编码
1
Hale Waihona Puke 言1．模拟信号数字化 抽样－量化－编码
2．编码方式
(1)波形编码：时域波形变换为数字代码序列。
方法简单,重建信号的质量好,占用频带宽
(2)参量编码：--提取语音信号的特征参量 ，再变换为 数字代码。
方法复杂,重建信号的质量差,占用频带窄
2
数字化三步骤：抽样、量化和编码

n
x(nTs
)(t

nTs
)

1 Ts

sin H t Ht


1 Ts
n
x(nTs )
sinH (t nTs ) H (t nTs )
内插公 式
11
•恢复原信号的方法：
•频域：当fs ≥2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤 波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 •时域：当用抽样脉冲序列通过此理想低通滤波器时，滤 波器的输出就是一系列冲激响应之和。这些冲激响应之 和就构成了原信号。