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原创 脉冲编码调制

2017-7-13 11:11 401 0 分类: 通信

模拟数据通过数字信道传输时效率高、失真小,而且可以开发新的通信业务,例如,在数字电话系统找那个可以提供语音信箱功能。把模拟数据转化为数字信号,要使用叫编码解码器的设备。这种设备的作用和调制解调器的作用相反,它是把模拟数据(例如声音、图像等)变换成数字信号,经传输到达接收端再解码还原以模拟数据。用编码解码器把模拟数据变换为数字信号的过程叫模拟数据的数字化。常用的数字化技术就是脉冲编码调制技术(Pulse Code Modulation,PCM),简称脉码调制。它主要过程如下:


1、取样

每隔一定的时间,取模拟信号的当前值作为样本,该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。一系列连续的样本可用来代表模拟信号在某一区间随时间变化的值。以什么样的频率取样,才能得到近似于原信号的样本空间呢?奈奎斯特取样定理告诉我们:如果取样速率大于模拟信号最高频率的两倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号,即

naikuisite

其中,f为取样频率,T为取样周期,fmax为信号的最高频率。


2、量化

取样后得到的样本是连续值,这些样本必须化为离散值,离散值的个数决定了量化的精度。如图所示。

脉码调制

把量化的等级分为16级,用0000~1111这16个二进制数分别代表0.1~1.6这16个不同的电平幅度。


3、编码

把量化后的样本值变成相应的二进制代码,可以得到相应的二进制代码序列,其中每个二进制代码都可用一个脉冲串(4位)来表示,这4位一组的脉冲序列就代表了经PCM编码的模拟信号。


小结:由以上脉冲编码调制的原理可以看出,取样的速度是由模拟信号的最高频率决定的,而量化级的多少则决定了取样的精度。在实际使用中,希望取样的速度不要太高,以免编码解码器的工作频率太快;也希望量化的等级不要太多,能满足需要就行了,以免得到的数据量太大,所以这些参数都取下限值。例如,对于声音信号数字化时,由于语音的最高频率是4KHz,所以取样频率是8KHz。对语音样本用128个等级量化,因而每个样本用7位二进制数字表示。在数字信道上传输这种数字化了的语音信号的速率是7X8000=56Kbps。如果对电视信号数字化,由于视频信号频率的带宽更大(6MHz),取样速率就要求更高,量化等级更多,对数据速率的要求也就更高了。


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