编码原理(PCM&ADPCM)

PCM通信原理解析1. 采样（Sampling）：模拟信号在时间上进行采样，即按照一定的时间间隔对信号进行抽样。

采样频率决定了采样点的数量，常见的采样频率有8 kHz、16 kHz等。

2. 量化（Quantization）：将采样得到的模拟信号幅度进行量化，将连续的模拟信号转换为离散的数字量。

量化过程中，需要确定量化的级数和每级代表的幅度范围。

3. 编码（Encoding）：对量化后的数字信号进行编码，将其转换为二进制数码进行传输和处理。

编码方式常用的有标准公差编码、米尔斯编码、格雷码等。

4. 传输（Transmission）：将编码后的数字信号通过传输介质传输到接收端。

常见的传输介质包括有线传输媒介（如光纤、电缆）和无线传输媒介（如无线电波、卫星通信）。

5. 解码（Decoding）：接收端接收到经过传输的数字信号后，将其进行解码还原为原始的模拟信号。

解码过程要求与编码过程相逆，恢复出量化的数字信号。

6. 重构（Reconstruction）：将解码得到的数字信号进行数字到模拟的转换，恢复出原始模拟信号。

重构过程中，采样速率需要大于等于信号的最大频率成分。

-抗噪声能力强：由于PCM信号经过采样、量化和编码后变为离散的数字形式，减小了信号被噪声干扰的可能性。

-方便数字处理：PCM信号是数字信号，可以方便地进行数字处理、存储和传输。

-高清晰度：通过提高采样频率和增加量化级数，可以获得更高的信号质量。

然而，PCM通信原理也存在一些局限性：-带宽占用较大：由于采样频率和量化级数的增加，PCM信号的数据量较大，需要较高的传输带宽。

-传输延迟较高：由于对模拟信号进行了采样和编码处理，导致信号在传输过程中存在一定的延迟。

-传输效率不高：由于数据量较大，传输效率较低，不适用于对传输效率要求较高的应用场景。

总而言之，PCM通信原理是一种常用的数字信号处理技术，通过采样、量化和编码将模拟信号转换为数字信号，实现了传输和处理的便利性和可靠性。

实验五 PCM编码、译码原理实验一、实验目的1、加深对PCM 编码过程的理解；2、熟悉PCM 编、译码专用集成芯片的功能和使用方法；3、了解PCM 系统的工作过程；4、了解帧同步信号的时序状态关系；5、掌握时分多路复用的工作过程；6、用同步正弦波信号观察PCM 八比特编码的实验。

二、实验原理脉冲调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。

脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，量化、编码的过程。

所谓抽样，就是在抽样脉冲来到的时刻提取对模拟信号在该时刻的瞬时值，抽样把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

抽样速率的下限是由抽样定理确定的。

在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。

所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。

所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

PCM原理框图三、实验内容1、用同步正弦波信号观察PCM 八比特编码的实验；2、脉冲编码调制（PCM）及系统实验；3、PCM 八比特编码时分复用输出波形观察测量实验。

四、实验步骤及结果1、打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；2、编码部分：SP401 接入模拟信号，输入正弦波信号；SP405 接入2048KHz 主时钟信号；SP406 接入8KHz 脉冲信号；SP407 接入可选发码时钟，有64K、512K、2048K 三种频率。

3、译码部分：SP408 接入8KHz 脉冲信号；SP409 接入可选发码时钟，有64K、512K、2048K 三种频率。

4、连接SP402、SP403 两点，测试译码输出电路各点波形，在TP404能观察到稳定的正弦输出信号。

用音乐信号源取代函数信号发生器测试各点。

TP401：模拟信号输入TP402：数字编码输出； TP403：数字译码输入TP404：模拟信号输出TP405：主时钟TP407/409 ：512KHz5、实验现象TP401TP402TP403TP404TP405TP403 405TP406TP407 409TP408五、测量点说明TP401：该点为输入的音频信号，用连接线连接模拟信号源与TP401，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些。

PCM基本工作原理脉冲调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程.所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号.该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号.它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的.在该实验中,抽样速率采用8Kbit/s.所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示.一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值.所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值.然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D.PCM的原理如图5-1所示.话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用"四舍五入"办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码.对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s.为解决均匀量化时小信号量化误差大,音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密,量化间隔小,而在大信号时分层疏,量化间隔大.在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性:A律和律.A律PCM 用于欧洲和我国,律用于北美和日本.#include"stdio.h"#include"iomanip.h"#include"math.h"#include"time.h"#include"fstream.h"#include"iostream.h"int code1[9];int code2[8];int s[8];void main(){void dlm(int n);void dnm(int x,int m,int n);int ipre(int x,int y[8]);void jiema1();void jiema2();long int c,temp;int x;time_t Nowtime;Nowtime=time(0);for(int j=0;j<5;j++){for(int i=0;i<8;i++){temp=cos(Nowtime+i/10.0)*128*16;if(temp>0)code1[0]=1;else {code1[0]=0;temp=fabs(temp);}if(temp>=0 && temp<16) {dlm(0);dnm(temp,0,1);}if(temp>=16 && temp<32){dlm(1);dnm(temp,16,1);}if(temp>=32 && temp<64){dlm(2);dnm(temp,32,2);}if(temp>=64 && temp<128){dlm(3);dnm(temp,64,4);}if(temp>=128 && temp<256){dlm(4);dnm(temp,128,8);}if(temp>=256 && temp<512){dlm(5);dnm(temp,256,16);}if(temp>=512 && temp<1024){dlm(6);dnm(temp,512,32);}if(temp>=1024 && temp<2048){dlm(7);dnm(temp,1024,64);}for(int j=0;j<8;j++){printf("%d",code1[j]);}printf("\n");ofstreamfout("bianma.txt",ios::app); //写出编码到bianma.txtfor(j=0;j<8;j++){fout<<code1[j];}fout<<endl;ofstreamfout1("out.txt",ios::app); //写出完整编码结果到out.txtfout1<<"系统时间:"<<Nowtime<<"量化值:"<<setw(10)<<cos(Nowtime+i/8.0)*128*16<<"编码:";for(j=0;j<8;j++){fout1<<code1[j];}fout1<<endl;}Nowtime++;}printf("\n~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~*~ *~*~\n\n");printf("从键盘输入编码请按： 1\n从文件读取编码请按：2\n");scanf("%d",&x);if(x==1)jiema2();elsejiema1();printf("\n----此程序1秒钟取10份,若想取8000份可自行更改----\n\n");}void dlm(int n) //段落码{switch(n){case 0:code1[1]=0;code1[2]=0;code1[3]=0;break;case 1:code1[1]=0;code1[2]=0;code1[3]=1;break;case 2:code1[1]=0;code1[2]=1;code1[3]=0;break;case 3:code1[1]=0;code1[2]=1;code1[3]=1;break;case 4:code1[1]=1;code1[2]=0;code1[3]=0;break;case 5:code1[1]=1;code1[2]=0;code1[3]=1;break;case 6:code1[1]=1;code1[2]=1;code1[3]=0;break;case 7:code1[1]=1;code1[2]=1;code1[3]=1;break; default:break;}}void dnm(int x,int m,int n) //段内码{int l=(x-m)/n;switch(l){case0:code1[4]=0;code1[5]=0;code1[6]=0;code1[7]=0;break; case1:code1[4]=0;code1[5]=0;code1[6]=0;code1[7]=1;break;case2:code1[4]=0;code1[5]=0;code1[6]=1;code1[7]=0;break; case3:code1[4]=0;code1[5]=0;code1[6]=1;code1[7]=1;break;case4:code1[4]=0;code1[5]=1;code1[6]=0;code1[7]=0;break; case5:code1[4]=0;code1[5]=1;code1[6]=0;code1[7]=1;break;case6:code1[4]=0;code1[5]=1;code1[6]=1;code1[7]=0;break; case7:code1[4]=0;code1[5]=1;code1[6]=1;code1[7]=1;break;case8:code1[4]=1;code1[5]=0;code1[6]=0;code1[7]=0;break; case9:code1[4]=1;code1[5]=0;code1[6]=0;code1[7]=1;break;case10:code1[4]=1;code1[5]=0;code1[6]=1;code1[7]=0;break; case11:code1[4]=1;code1[5]=0;code1[6]=1;code1[7]=1;break;case12:code1[4]=1;code1[5]=1;code1[6]=0;code1[7]=0;break; case13:code1[4]=1;code1[5]=1;code1[6]=0;code1[7]=1;break;case14:code1[4]=1;code1[5]=1;code1[6]=1;code1[7]=0;break; case15:code1[4]=1;code1[5]=1;code1[6]=1;code1[7]=1;break;default:break;}}int jdlm(int x,int y[8]) //解段落码{int a;switch(x){case 0:a=0;y[0]=1;break;case 1:a=16;y[1]=1;break;case 2:a=32;y[2]=2;break;case 3:a=64;y[3]=4;break;case 4:a=128;y[4]=8;break;case 5:a=256;y[5]=16;break;case 6:a=512;y[6]=32;break;case 7:a=1024;y[7]=64;break;default:break;}//printf("起点：%d\n间隔：%d\n",a,y[x]);return (a);}void jiema1() //解码1: 从文件读取编码并解码{int i,c,m;float t,n;int a,b;ifstream infile;infile.open("bianma.txt");infile>>a;infile.close();for(i=0;i<8;i++){code2[i]=a%10;a=a/10;}c=code2[4]+code2[5]*2+code2[6]*4;m=jdlm(c,s); //调用解段落码子函数n=code2[0]+code2[1]*2+code2[2]*4+code2[3]*8+0.5;t=m+n*s[c];if(code2[7]==0)t=-t;printf("编码为:");for(int j=7;j>=0;j--)printf("%d",code2[j]);printf("\n原码为: %f\n",t);}void jiema2() //解码2：从键盘获取编码并解码{int i,c,m;float t,n;int a,b;printf("请输入8位编码(例如:10101010)：");scanf("%d",&a);for(i=0;i<8;i++){code2[i]=a%10;a=a/10;}c=code2[4]+code2[5]*2+code2[6]*4;m=jdlm(c,s); //调用解段落码子函数n=code2[0]+code2[1]*2+code2[2]*4+code2[3]*8+0.5; t=m+n*s[c];if(code2[7]==0)t=-t;printf("编码为:");for(int j=7;j>=0;j--)printf("%d",code2[j]);printf("\n原码为: %f\n",t);}。

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。

说明pcm编译码原理PCM编码原理PCM编码是数字音频中最基本的编码方式之一，它将模拟信号转换为数字信号。

PCM是脉冲编码调制（Pulse Code Modulation）的缩写，它通过对模拟信号进行采样和量化来实现数字化。

采样过程采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。

在PCM编码中，采样率是一个重要的参数，它表示每秒钟采集多少个样本。

通常，CD音质使用44.1kHz的采样率，而高清音质可以达到192kHz。

量化过程量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。

在PCM编码中，量化等级表示每个样本可以表示多少个数字量化级别。

通常，CD 音质使用16位量化级别，而高清音质可以达到24位。

编码过程在PCM编码中，每个采样值被转换为一个二进制数，并存储在计算机内存或磁盘上。

例如，在CD音质下，每个采样值使用16位二进制数表示。

解码过程解码是将数字信号转换回模拟信号的过程。

在PCM编码中，解码器读取存储在计算机内存或磁盘上的数字信号，并将其转换为模拟信号。

解码器使用与编码器相同的采样率和量化级别来还原原始信号。

优缺点PCM编码具有以下优点：1. 简单易懂：PCM编码是最基本的数字音频编码方式之一，易于理解和实现。

2. 无损压缩：由于PCM编码不进行任何压缩，因此可以保证音频数据的完整性和质量。

3. 适用范围广泛：PCM编码可以适用于各种不同类型的音频数据，包括语音、音乐等。

但是，PCM编码也存在以下缺点：1. 数据量大：由于PCM编码不进行任何压缩，因此需要大量的存储空间来存储音频数据。

2. 编解码速度慢：由于需要对每个采样值进行编解码，因此处理速度比较慢。

3. 难以应对高质量需求：随着高清音质需求的增加，16位量化级别已经无法满足高质量音频需求。

因此，需要使用更高位数的量化级别来提高音频质量。

PCM 编解码和DPCM 编解码的实现和性能比较一．设计目的该课程设计的目的是让我们进一步学习PCM编译码和DPCM编解码原理；在通信系统仿真软件MATLAB平台上，采用M文件设计A律PCM码译码和差分PCM即DPCM编解码。

对设计项目进行调试；对译码器进行仿真；对仿真结果结合编译码理论进行分析；对两种编码进行比较等。

二．设计内容及要求2.1 要求：设计译码器前，首先以理论作指导，构思设计方案。

再用MATLAB 语言编写程序，在MATLAB软件平台上运行，得到正确程序，并且进行调试、仿真和分析。

然后对结果进行处理，输出结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。

2.2原理2.2.1 PCM原理脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功能。

是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟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。

PCM的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。

分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。

根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13 折线法编码,采用非均匀量化PCM编码。

2.2.2DPCM原理DPCM编码,简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式(抽样差值的含义请参见“增量调制”)。

这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。

差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。

对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。

➢Section 1（图1.1）PCM编译系统方框图PCM系统比脉冲模拟调制方法要复杂一些，基带信息需要经过多次处理。

在发射机中，这些处理过程主要是取样、量化、编码。

量化和编码操作通常在一个电路中完成。

在PCM 系统的接收机中，这些处理是受损信号的再生、解码和量化样值序列的解调。

当然，在传输线路上根据需要也进行信号的再生，这就是再生中继器的作用（图1.1）为系统的示意方框图。

PCM主要包括取样、量化、编码三个过程。

取样是将时间连续的模拟信号转换成时间连续的，幅度离散的取样信号；量化是将时间按离散、幅度连续的信号转换成时间和幅度均离散的信号；编码是将量化的信号编码形成一个二进制的码组。

国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。

编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。

预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300－3400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。

(1)取样所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。

（图1.2）是一个抽样概念示意图，假设一个模拟信号f(t)通过一个开关，则开关的输出与开关的状态有关，当开关处于闭合状态，开关的输出就是输入，即y(t)=f(t)，若开关处在断开位置，输出y(t)就为零。

可见，如果让开关受一个窄脉冲串（序列）的控制，则脉冲出现时开关闭合，则脉冲消失时开关断开，此输出y(t)就是一个幅值变化的脉冲串（序列），每个脉冲的幅值就是该脉冲出现时刻输入信号f(t)的瞬时值，因此，y(t)就是对f(t)抽样后的信号或称样值信号。

（图1.2）抽样概念示意图取样是应注意以下几点:a 取样矩形脉冲要尽量窄，尽可能接近瞬时取样过程；b 为了保证在接受端能满意的恢复出信息，取样速率必须大于最高频率的两倍；c 为了使输出的信息成为合格的信息限带信号，在取样以前，先经过一个上限为W 的低通滤波器，以便)(t m 中所包含的高于W 的那些谐波成分。

pcm量化编码原理
PCM量化编码原理
PCM量化编码是数字化声音处理的重要技术之一，也称为Pulse Code Modulation，是将模拟信号量化的一种编码方式。

Pulse Code Modulation的工作原理是：将模拟信号进行采样，然后用有限的离散值对采样值进行编码，形成数字信号。

Pulse Code Modulation量化编码的工作原理是先采样，再量化，然后编码。

通常会先采用一种叫做等间距量化的量化方法，即用一根细的水平线把信号的振幅空间分成多个相等的等间隔部分，然后对这些等间隔的部分进行量化编码，使同样的部分都编码为相同的数值，不同的部分编码为不同的数值。

接下来，Pulse Code Modulation会采用一种叫做可变字长编码的编码方法，将量化之后的数值编码成一种只有几个比特位的二进制编码，以比特位为单位传输。

另外，Pulse Code Modulation还有利用变长编码减少音频文件的大小的方法，即利用变长编码把数据流中常见的数值编码为比较短的二进制码，减少文件的大小。

总的来说，Pulse Code Modulation是一种以离散值作为参数的数字信号处理技术，既可以采用等间隔量化编码，也可以采用可变字长编码方式。

它不仅可以有效的减少音频文件的大小，而且可以降低信号处理的复杂度。

- 1 -。

数字通信原理实验PCM编译码实验
PCM编码实验是数字通信原理实验的其中一部分。

PCM是指把数字信号转换成模拟信
号的技术。

它是“数字信号-模拟信号”转换的基础，在现代数字通信系统中起着重要的
作用。

Pulse控制调制（PCM）的技术被用来把数字信号转换成模拟信号，以作为示波器的被测量信号。

PCM也可以作为存储和传输数据的信号，用于标准电话和数据网络。

PCM编码实验一般包括PCM编码系统的实验设备、信号源、低通滤波器、PCM编码和
调制器以及PCM解码器等部分。

在实验中，学生首先要选择相应的实验设备，连接各部件，配置信号源，使其具有调制、编码、采样等能力。

学生还要根据实验要求，选择PCM编码
的码率，设置编码和调制参数。

随后，PCM编码、调制及低通滤波器的输出结果要被观察
分析。

其次，学生要给定解码参数，计算PCM的误码概率，并要求各模块的性能。

最后，
学生还要比较PCM编码和解码之间的差异，并且分析不同码率编码系统带来的性能差异。

此外，PCM编码实验还可以让学生了解和掌握噪声的模型和误码分析，体验不同信号
处理理论的实际应用，同时使学生了解码率和PCM的性能。

因此，PCM编码实验对学生掌
握和运用PCM编码系统的方法至关重要，是进行数字通信原理研究、实践的必要环节。