[信息與通信]通信原理7

1、第7章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 第7章的主要內(nèi)容有以下幾個(gè) 1. 模擬信號(hào)數(shù)字化的方式; 2. 抽樣定理及pam信號(hào); 3. 量化理論; 4. 編碼; 5. 增量調(diào)制 6. 時(shí)分復(fù)用和多路數(shù)字電話系統(tǒng)。7.1引言 前面學(xué)過(guò)通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng),還需要在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸模擬消息,則在發(fā)送端的信息源中應(yīng)包括一個(gè)模-數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換裝置,而在接收端的收信者中應(yīng)包括一個(gè)數(shù)-模(d/a)轉(zhuǎn)換裝置。這一章著重分析模擬語(yǔ)言信號(hào)的數(shù)字傳輸。 1.模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換：一般有兩種（1）脈沖編碼調(diào)制，即pcm，簡(jiǎn)稱脈碼調(diào)制；（2）增量（）調(diào)制。 2.采用脈碼調(diào)制的模擬信號(hào)數(shù)字傳輸系統(tǒng)如圖p187。模

2、擬模擬信息源信息源抽樣、量化抽樣、量化編碼編碼數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)系統(tǒng)譯碼譯碼低通濾波低通濾波) t (msksk) t (m 模擬隨機(jī)信號(hào)模擬隨機(jī)信號(hào)數(shù)字隨機(jī)序列數(shù)字隨機(jī)序列數(shù)字隨機(jī)序列數(shù)字隨機(jī)序列模擬隨機(jī)信號(hào)模擬隨機(jī)信號(hào)模擬模擬信息源信息源抽抽樣樣) t (m) t (m 量量化化編編碼碼碼型碼型變換變換信信道道語(yǔ)言語(yǔ)言信號(hào)信號(hào)再再生生碼型碼型反變換反變換解解碼碼低通低通濾波濾波語(yǔ)言信號(hào)語(yǔ)言信號(hào)噪聲噪聲a/d)(tms)(tmsq)(tmsqd/a 這一章討論，脈沖編碼調(diào)制（pcm）、差分脈沖編碼調(diào)制（dpcm）和增量調(diào)制（m）的原理及性能。 抽樣定理可知，對(duì)連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）時(shí)間上進(jìn)行

3、抽樣，速率達(dá)到一定。這些抽樣值就能準(zhǔn)確地確定原信號(hào)，抽樣定理對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)於死碚摶A(chǔ)。7.2抽樣定理 1.抽樣定理 它分為低通抽樣定理和帶通抽樣定理，一個(gè)頻帶限制在（0，fh）hz內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)m(t),如果以 秒的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則可m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。 此定理稱為均勻抽樣定理，均勻間隔 秒上給定信號(hào)的抽樣值來(lái)表征信號(hào)。這意味著，若m(t)的頻譜在某一角頻率h以上為零，則m(t)中的全部信息完全包含在其間隔不大于1/2 fh秒的均勻抽樣序列里。換句話說(shuō)，在信號(hào)最高頻率分量的每一個(gè)周期內(nèi)起碼應(yīng)抽樣兩次。hft21hft21抽樣抽樣模擬信號(hào)模擬信號(hào)tt關(guān)鍵問(wèn)題

4、：抽樣間隔關(guān)鍵問(wèn)題：抽樣間隔 ts=?, 解調(diào)后信號(hào)不失真解調(diào)后信號(hào)不失真?抽樣（抽樣（sampling）：是將時(shí)間上連續(xù)信號(hào)變換成時(shí)間上離散的信號(hào)的過(guò)程。：是將時(shí)間上連續(xù)信號(hào)變換成時(shí)間上離散的信號(hào)的過(guò)程。 （2）假定信號(hào)m(t)，周期性沖激函數(shù) ，則 2.抽樣定理的數(shù)學(xué)表示 （1）模型如圖相乘相乘) t (m) t (ms) t (t 低通低通) t (m) t (t 12 . 7ttmtmts 頻譜為 22 . 7*21smms該式表明，已抽樣信號(hào) 的頻譜 是無(wú)窮多個(gè)間隔為 相疊加而成。這就意味著中包含 的全部信息。p189上有圖解分析圖7-3. tntssns22)(sm) t (ms

5、ms的)(sm)(m 42 .7132 .7*1nsnssnmtnmtmttt)t(m)t(t)t(ms模擬信號(hào)模擬信號(hào)抽樣脈沖抽樣脈沖抽樣信號(hào)抽樣信號(hào))(mhh0)(t)(ms0hsshhs2)(ms0hsshhs2)(ms0hsshhs2接收端經(jīng)過(guò)低通濾波器就可以完全恢復(fù)原始信號(hào)。接收端經(jīng)過(guò)低通濾波器就可以完全恢復(fù)原始信號(hào)。在電話通信中，傳輸在電話通信中，傳輸3003400hz的話音信號(hào)，抽樣頻率應(yīng)大于的話音信號(hào)，抽樣頻率應(yīng)大于6800hz，通常以，通常以8000hz的抽樣頻率對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行抽樣。的抽樣頻率對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行抽樣。 需要注意，若抽樣間隔t變得大于1/2 fh，則 的卷積在相鄰的

6、周期內(nèi)存在重疊（亦稱混疊），因此不能由 恢復(fù) ?？梢?jiàn) 是抽樣的最大間隔，稱為奈奎斯特間隔。hft21 sm和 考察最小所需速率(每秒2fh個(gè)抽樣)對(duì)信號(hào)m(t)抽樣,此時(shí),)(sm)(m 3.如何從已抽樣信號(hào)如何從已抽樣信號(hào) 來(lái)恢復(fù)原基帶信號(hào)來(lái)恢復(fù)原基帶信號(hào) 52 .72142 .724221nhshhshnmtmftft變?yōu)椤?tmtms 使已抽樣信號(hào)使已抽樣信號(hào) 通過(guò)低通濾波器使得出信號(hào)通過(guò)低通濾波器使得出信號(hào)此濾波器圖此濾波器圖7-2（b），截止頻率為），截止頻率為 ，增益為，增益為 故其傳輸函數(shù)可以表示為：故其傳輸函數(shù)可以表示為：h 將將 通過(guò)截止頻率為通過(guò)截止頻率為 的低通濾波器便可

7、得到的低通濾波器便可得到頻譜頻譜 。顯然，濾波器這種作用等于用一門函。顯然，濾波器這種作用等于用一門函數(shù)數(shù) 。因此，由式（。因此，由式（7.2-5）得）得 sm m smgh去乘2 ，tm 62 .7121222hhhgmtmmtgnmtgmsnhs tmsh,21hft hhgftghh2221 將時(shí)間卷積定理用于式（7.2-6）得 72 . 7*tstmtsttmtmhashahs而已抽樣函數(shù)而已抽樣函數(shù) nnsnttmtm 個(gè)抽樣。的第式中ntmmn 82 . 7*nhannhanhannntsmnttsmtsnttmtm m(t)在時(shí)間域中可按式（7.2-8）由其抽樣值構(gòu)成,即將每個(gè)抽

8、樣值和一個(gè)抽樣函數(shù)相乘后得到的所有波加起來(lái)便是 。如圖（7-3）（g）所示。需要指出，以上討論是限于頻帶有限的信號(hào)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，頻帶有限的信號(hào)并不存在，但實(shí)用的意義上說(shuō)，所有信號(hào)頻譜密度函數(shù)在較高頻率上都要減小，大部分能量由一定頻率范圍內(nèi)的分量所攜帶。這種信號(hào)認(rèn)為有限的。 tm 以上分析是低頻以上分析是低頻 之間，而信號(hào)限制在之間，而信號(hào)限制在 （信號(hào)的最低頻率）與（信號(hào)的最低頻率）與 （信號(hào)的最低高頻率）之間，（信號(hào)的最低高頻率）之間，帶通型連續(xù)信號(hào)。帶通型連續(xù)信號(hào)。 4.帶通型信號(hào)帶通型信號(hào)hf0lfhf。近似等于很大時(shí)，當(dāng)為：抽樣頻率，則帶通信號(hào)的最小，設(shè)bfnnkbnnbfbffkkbn

9、bfbffshsshlh2112 . 7/12/22) 10( 5.實(shí)際抽樣方式實(shí)際抽樣方式 前面的抽樣脈沖是周期性沖激函數(shù)。這是一種理想的前面的抽樣脈沖是周期性沖激函數(shù)。這是一種理想的情況，稱為理想抽樣。實(shí)際中采用脈沖寬度情況，稱為理想抽樣。實(shí)際中采用脈沖寬度 相相對(duì)對(duì)于抽于抽樣樣周期周期t ts s窄得多的脈沖序列窄得多的脈沖序列s(ts(t) )近似代替沖激序列近似代替沖激序列, ,它它的已的已抽抽樣樣信信號(hào)號(hào)分分為為自然抽自然抽樣樣和平和平頂頂抽抽樣樣。 （1 1）自然抽）自然抽樣樣：又：又稱稱曲曲頂頂抽抽樣樣，它它的已抽的已抽樣樣信信號(hào)號(hào)是是脈沖脈沖頂頂部部隨隨m m (t)(t)變

10、變化的抽化的抽樣樣。自然抽。自然抽樣樣可表示可表示為為： 是窄帶脈沖tststmtms smnmnstmssnas*212 1.脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 當(dāng)n=0時(shí)，ms()= m()/ts ，因此也可以通過(guò)低通濾波器恢復(fù)m(t)。7.3脈沖振幅調(diào)制（pam） (2)平頂抽樣:又稱瞬時(shí)抽樣,它的已抽樣信號(hào)頂部保持平坦,其值為抽樣時(shí)的瞬時(shí)值。已抽樣信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)是m()的加權(quán)q ()=sa ( nh)，故無(wú)單獨(dú)m()成分，不能簡(jiǎn)單用低通濾波器恢復(fù)原m(t)信號(hào)。第3節(jié)中詳細(xì)討論. 前面用連續(xù)的正弦波作為載波的，這不是唯 脈寬調(diào)制(pdm)和脈位調(diào)制(ppm)等。我們主要學(xué)習(xí)脈幅調(diào)制。因?yàn)樗敲}沖編碼調(diào)制

11、的基礎(chǔ)。唯一的。在時(shí)間上離散的脈沖串，作為載波。用基帶信號(hào)改變脈沖參數(shù)（幅度、寬度、時(shí)間、位置）的不同，把脈沖調(diào)制又分為脈幅調(diào)制(pam)p193有脈沖調(diào)制波形示意圖。自然抽樣和平頂抽樣屬于脈沖振幅調(diào)制。 （1 1）理想抽）理想抽樣樣 ttmtmts hnsnmtm21脈沖調(diào)制是用離散脈沖串做為載波的調(diào)制方式。脈沖調(diào)制是用離散脈沖串做為載波的調(diào)制方式。脈沖幅度調(diào)制脈沖幅度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制脈沖位置調(diào)制脈沖位置調(diào)制 所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的調(diào)制方式，如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的。則前面所說(shuō)的抽樣定理，就是脈沖振幅調(diào)制的原理，沖激脈沖串不能實(shí)現(xiàn)，通常窄脈沖串

12、來(lái)實(shí)現(xiàn)。p194有波形。圖中s(t)是載波。 （2 2）自然抽）自然抽樣樣（曲（曲頂頂抽抽樣樣） 自然抽自然抽樣樣的的載載波波為為s(t)，它它的脈的脈寬為寬為 秒，重秒，重復(fù)復(fù)周期周期為為t t秒的矩形脈沖串秒的矩形脈沖串組組成，其中成，其中t t是按抽是按抽樣樣定理確定的，即定理確定的，即有有 秒秒, ,脈沖載載波波與頻譜與頻譜如如圖圖7-8(b),7-8(b),因此因此, ,已抽已抽樣樣hft21) t (ms) t (mh )(ms )(h )(mh 可見(jiàn)，平頂抽樣后各分量有頻率失真。可見(jiàn)，平頂抽樣后各分量有頻率失真。信號(hào)是m(t)與s(t)的乘積，所以,已抽樣信號(hào)波形及頻譜可求得(抽

13、樣脈沖為矩形窄脈沖)。 13 . 72*21hnhasnmnstasmm在pam方式中,除上面的形式外,還有別的形式,上面已抽樣信號(hào)ms(t)的脈沖“頂部”是m(t)變化的。即在頂部保持了m(t)變化的規(guī)律，這是一種“曲頂”的脈沖調(diào)幅；另外，一種“平頂”的脈沖調(diào)幅。通常曲頂?shù)某闃臃绞椒Q為自然抽樣，而把平頂?shù)某闃臃Q為瞬時(shí)抽樣沖或平頂抽樣。 （3）瞬時(shí)抽樣。）瞬時(shí)抽樣。 平頂抽樣所得到的已調(diào)抽樣信號(hào)如圖p1947-9所示，這是每一抽樣脈沖的幅度正比于瞬時(shí)抽樣值，但其形狀都相同。已調(diào)抽樣信號(hào)在原理上可按圖7-9（b）來(lái)形成。圖中，首先將相乘，形成理想抽樣信號(hào)，然后讓它通過(guò)一個(gè)脈沖形成電路，其輸出即為

14、所需的平頂抽樣信號(hào)mh(t)。 ttmt與 設(shè)設(shè)脈沖形成電路的傳輸特性為脈沖形成電路的傳輸特性為h()，其輸出信號(hào)頻，其輸出信號(hào)頻譜譜mh()應(yīng)為應(yīng)為hmmsh 利用式（利用式（7.2-5）的結(jié)果，上式變成）的結(jié)果，上式變成 nhhnhnmhtnmhtm23.72121 上式看出上式看出,平頂抽樣的平頂抽樣的pam信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜加權(quán)后的周期性重復(fù)的頻譜加權(quán)后的周期性重復(fù)的頻譜m()所組成。因此，采用低所組成。因此，采用低通濾波器不能直接從通濾波器不能直接從mh()中濾出所需基帶信號(hào)，因此中濾出所需基帶信號(hào)，因此這時(shí)這時(shí)h()不是常數(shù)，而是不是常數(shù)，而是的函的函數(shù)。數(shù)。 hmh是由 為了從

15、已抽樣信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)為了從已抽樣信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)m (t t)，可以用，可以用圖圖7-10所示的原理方框圖恢復(fù)原始信號(hào)。從式（所示的原理方框圖恢復(fù)原始信號(hào)。從式（7.3-2）看出，不能直接使用低通濾波器濾除所需的信號(hào)，是因看出，不能直接使用低通濾波器濾除所需的信號(hào)，是因?yàn)闉閙()受到了受到了h() 的加權(quán)。如果我們?cè)诮邮斩说屯V的加權(quán)。如果我們?cè)诮邮斩说屯V波器之前用特性為波器之前用特性為1/ h() 的網(wǎng)絡(luò)加以修正，則低通濾的網(wǎng)絡(luò)加以修正，則低通濾波器輸入信號(hào)的頻譜變成為波器輸入信號(hào)的頻譜變成為 nhhsnmtmhm211 故通過(guò)低通濾波器便能無(wú)失真地恢復(fù)故通過(guò)低通濾波器便能無(wú)失真

16、地恢復(fù)m() 。 模擬信號(hào)數(shù)字化的第二步是幅值上的離散化，即量化，模擬信號(hào)數(shù)字化的第二步是幅值上的離散化，即量化，把抽樣值把抽樣值m(kt)用用n個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)表示該值的大小，個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)表示該值的大小，那么那么n個(gè)二進(jìn)制信號(hào)能個(gè)二進(jìn)制信號(hào)能 個(gè)電平樣值相對(duì)應(yīng)，而個(gè)電平樣值相對(duì)應(yīng)，而不能用無(wú)窮多個(gè)電平值相對(duì)應(yīng)。抽樣值被劃分成不能用無(wú)窮多個(gè)電平值相對(duì)應(yīng)。抽樣值被劃分成m個(gè)離個(gè)離散電平，此電平被稱作為量化電平。這樣才能夠散電平，此電平被稱作為量化電平。這樣才能夠7.4模擬信號(hào)的量化h1低通濾波 hm sm mnm2利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽樣值信息的傳輸利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽樣值信息的傳輸。

17、 利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來(lái)表示模擬抽樣值的過(guò)利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來(lái)表示模擬抽樣值的過(guò)程稱為量化程稱為量化。抽樣是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)變換成時(shí)間離抽樣是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)變換成時(shí)間離散的信號(hào)，而量化則是將取值連續(xù)的抽樣變成取值離散散的信號(hào)，而量化則是將取值連續(xù)的抽樣變成取值離散的抽樣。量化的數(shù)學(xué)模型如下圖所示。的抽樣。量化的數(shù)學(xué)模型如下圖所示。量化器)(sktm)(sqktm 圖中圖中m(kts)是抽樣值是抽樣值, mq(kts)是量化的數(shù)字序列信是量化的數(shù)字序列信號(hào)號(hào)。m個(gè)電平個(gè)電平q1，q2，qm m之一之一14 . 71isisqimktmmktmq若 設(shè)設(shè)m(t )是均值為是均值為0

18、、概率密度為、概率密度為f (x) 的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，用簡(jiǎn)化符號(hào)程，用簡(jiǎn)化符號(hào)m表示表示m(kts)， mq表示表示mq(kts)。 mq 7.4.1均勻量化均勻量化用離散隨機(jī)變量用離散隨機(jī)變量mq來(lái)近似連續(xù)隨機(jī)變量來(lái)近似連續(xù)隨機(jī)變量m，故采用均方，故采用均方誤差誤差 來(lái)量度量化誤差。這種誤差的影響相當(dāng)于來(lái)量度量化誤差。這種誤差的影響相當(dāng)于干擾或噪聲，故又稱其為量化噪聲。干擾或噪聲，故又稱其為量化噪聲。2qmme 把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化化。在均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平均取在各在均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量

19、化電平均取在各區(qū)間的中點(diǎn)區(qū)間的中點(diǎn),如圖如圖7-11所示。其量化間隔所示。其量化間隔(量化臺(tái)階量化臺(tái)階) 取取決于輸入信號(hào)的變化范圍和量化電平數(shù)。當(dāng)信號(hào)的變化決于輸入信號(hào)的變化范圍和量化電平數(shù)。當(dāng)信號(hào)的變化范圍量化電平數(shù)確定后范圍量化電平數(shù)確定后,量化間隔也被確定量化間隔也被確定.例如例如,輸入信輸入信v號(hào)的最小值和最大值分別用號(hào)的最小值和最大值分別用a和和b表示，量化電平數(shù)為表示，量化電平數(shù)為m, 1.均勻量化間隔均勻量化間隔(量化臺(tái)階量化臺(tái)階) v量化器量化器)kt(ms)kt(msqisqq)kt(m is1im)kt(mm 當(dāng)當(dāng) 量化電平 分層電平 1im imiq量化間隔24 . 7

20、mabv 量化器輸出量化器輸出 為為qmammmqmiiiq34 . 71，當(dāng)式中式中 個(gè)量化區(qū)間的終點(diǎn)個(gè)量化區(qū)間的終點(diǎn),可寫(xiě)成可寫(xiě)成imi第bviami34 . 7 個(gè)量化區(qū)間的量化電平個(gè)量化區(qū)間的量化電平,可表示為可表示為iqi第cmimmqiii34 . 72121，那么那么,均勻量化時(shí)的量化間隔為均勻量化時(shí)的量化間隔為 2.均勻量化器輸出均勻量化器輸出 3.均勻量化電平均勻量化電平 4.信號(hào)功率與量化噪聲功率之比信號(hào)功率與量化噪聲功率之比式中式中e 求統(tǒng)計(jì)平均。求統(tǒng)計(jì)平均。 信號(hào)功率與量化噪聲功率之比是量化器的主要指標(biāo)信號(hào)功率與量化噪聲功率之比是量化器的主要指標(biāo)之一。因此，下面分析均勻

21、量化時(shí)的信號(hào)量化噪聲比。之一。因此，下面分析均勻量化時(shí)的信號(hào)量化噪聲比。 (1)量化噪聲功率量化噪聲功率:在均勻量化時(shí)在均勻量化時(shí),量化噪聲功率量化噪聲功率 可可由下式來(lái)求由下式來(lái)求qn 44 . 712221dxxfqxdxxfmxmmenmimmibaqqqii2vviaqviamii； 書(shū)上書(shū)上p197有例題有例題7.4.1 看看看看 (2)信號(hào)功率信號(hào)功率:在均勻量化時(shí)在均勻量化時(shí),信號(hào)功率信號(hào)功率 可由下式來(lái)可由下式來(lái)求求0s 54 . 7220dxxfxmesba (3)信噪比信噪比:信噪比是平均信號(hào)功率與量化噪聲功率比信噪比是平均信號(hào)功率與量化噪聲功率比(信號(hào)量噪比信號(hào)量噪比),

22、 即即信號(hào)量噪比信號(hào)量噪比qns0信號(hào)量噪比用信號(hào)量噪比用db表示的話表示的話qqnsdbns00lg10 均勻量化的主要缺點(diǎn)是均勻量化的主要缺點(diǎn)是, ,無(wú)論抽樣值大小如何無(wú)論抽樣值大小如何, ,量化噪量化噪聲的均方根值都固定不變的聲的均方根值都固定不變的. .信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍有較大的限制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍有較大的限制. .為了克服這個(gè)缺點(diǎn)為了克服這個(gè)缺點(diǎn), ,實(shí)際中實(shí)際中, ,往往采用非均勻量化往往采用非均勻量化. . 7.4.2非均勻量化非均勻量化根據(jù)輸入信號(hào)大小來(lái)確定量化間隔。根據(jù)輸入信號(hào)大小來(lái)確定量化間隔。一般原則：輸入信號(hào)大時(shí)，量化間隔大；輸入信號(hào)一般原則：輸入信號(hào)大時(shí)，量化間隔大；輸入信號(hào)小

23、時(shí)，量化間隔小。這樣可以改善小信號(hào)輸入時(shí)的小時(shí)，量化間隔小。這樣可以改善小信號(hào)輸入時(shí)的信噪比，增加動(dòng)態(tài)范圍。信噪比，增加動(dòng)態(tài)范圍。壓縮壓縮f(x)均勻均勻量化量化編碼編碼解碼解碼擴(kuò)張擴(kuò)張)y(f1 xyzyx)x( fy 壓縮特性壓縮特性)y(fx1 擴(kuò)張?zhí)匦詳U(kuò)張?zhí)匦詘y對(duì)數(shù)壓縮特性對(duì)數(shù)壓縮特性1. 律壓縮特性（美國(guó)）律壓縮特性（美國(guó)）)1ln()x1ln(y 104.710 xx歸一化輸入，歸一化輸入，y歸一化輸出，歸一化輸出， 壓擴(kuò)系數(shù)壓擴(kuò)系數(shù)現(xiàn)在國(guó)際上采用現(xiàn)在國(guó)際上采用 =255 分析壓縮后量化信噪比改善的程度分析壓縮后量化信噪比改善的程度量化級(jí)較多時(shí)，每一量化級(jí)中的壓縮特性曲線可近似為

24、一段直線量化級(jí)較多時(shí)，每一量化級(jí)中的壓縮特性曲線可近似為一段直線yyxydxdyxy1或)1ln()x1(dxdy y 量化誤差量化誤差 )1ln()x1 (2y2y y12x量化信噪比改善的程度量化信噪比改善的程度2x/2y )dxdylg(20)xylg(20qdb 例如：例如： =100，小信號(hào)，小信號(hào)x0時(shí)，時(shí)，62. 4100)1ln()dxdy(0 x db7 .26)dxdylg(20qdb x 1 0.316 0.1 0.0312 0.01 0.003 輸入信號(hào)電平輸入信號(hào)電平db 0 -10 -20 -30 -40 -50 qdb -13.3 -3.5 5.8 14.4 20

25、.6 24.4對(duì)于對(duì)于 = 0= 0，輸入，輸入信號(hào)必信號(hào)必須大于須大于-18db；而對(duì)于；而對(duì)于 = 100= 100，輸入，輸入信號(hào)只要大信號(hào)只要大于于-36db即可。如圖。即可。如圖?？梢?jiàn)，采用對(duì)數(shù)壓擴(kuò)之可見(jiàn)，采用對(duì)數(shù)壓擴(kuò)之非均勻量化提高了小信非均勻量化提高了小信號(hào)信噪比，大大增加了號(hào)信噪比，大大增加了輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。2. a律壓縮特性（歐洲、中國(guó)）律壓縮特性（歐洲、中國(guó)）aln1axy a1x0 aln1axln1y 1xa1 yx110a11a 6 .87a 3. a律壓縮特性的律壓縮特性的13 折線近似折線近似 考慮到數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)上的方便，目前考慮到數(shù)字電路

26、實(shí)現(xiàn)上的方便，目前a律壓縮特性曲線采用律壓縮特性曲線采用13折線近似。折線近似。 a不同不同壓擴(kuò)特性亦壓擴(kuò)特性亦不同實(shí)際中不同實(shí)際中a =87.6的的壓擴(kuò)特壓擴(kuò)特性性.它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn)它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn),又便于數(shù)字電路又便于數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn).看下圖看下圖. a律壓縮特性的圖如圖律壓縮特性的圖如圖,其它內(nèi)其它內(nèi)容容自己看書(shū)自己看書(shū).214178786858483828181321x1y116164112816543210斜率斜率412112481616圖中圖中,把把x軸的軸的01分為分為8個(gè)不均勻段個(gè)不均勻段,其方法是其方法是:將將01之間之間，一分為二

27、，一分為二,其中點(diǎn)為其中點(diǎn)為 , 1之間作為第之間作為第8段段;剩余的剩余的0 再一分為二，中點(diǎn)為再一分為二，中點(diǎn)為 ，取，取 之間作為第之間作為第7段；段；212121412141再把剩余的再把剩余的0 一分為二，中點(diǎn)為一分為二，中點(diǎn)為 ，取，取 之間之間作為第作為第6段；再把剩余的段；再把剩余的0 一分為二，中點(diǎn)為一分為二，中點(diǎn)為 ，取取 之間作為第之間作為第5段；再把剩余的段；再把剩余的0 一分為二，一分為二，中點(diǎn)為中點(diǎn)為 ，取，取 之間作為第之間作為第4段；段；418181418116116181161161321321依次分下去，最小段依次分下去，最小段0 作為第作為第1段。而段。而

28、y軸的軸的0 1則則均勻地與均勻地與x軸的軸的8段一一對(duì)應(yīng)的段一一對(duì)應(yīng)的8段。從第段。從第1段到第段到第8段分段分別為別為1281。，187878686858584848383828281810 這樣由這樣由8段構(gòu)成的一條折線。該折線與式（段構(gòu)成的一條折線。該折線與式（7.4-13a）及式（及式（7.4-13b）表示的壓縮特性近似了。該）表示的壓縮特性近似了。該8段的斜率段的斜率為為 得得p203表表7-2。第。第1段斜率段斜率 ，第，第2段斜率段斜率 xy161281/81 .1、2段斜率相同段斜率相同,其余不同其余不同,1、2段一條直線。段一條直線。161281/81至于至于x在在-10及

29、及y在在-10的第三象限中的第三象限中,壓縮特性與第一象壓縮特性與第一象限的形狀相同它們以原點(diǎn)為奇對(duì)稱限的形狀相同它們以原點(diǎn)為奇對(duì)稱,所以負(fù)方向也有所以負(fù)方向也有8段直段直線合起來(lái)共有線合起來(lái)共有16個(gè)線段個(gè)線段.由于正向由于正向1、2段和負(fù)向段和負(fù)向1、2段段斜率相同斜率相同,這這4段實(shí)際上為一條直線段實(shí)際上為一條直線,因此正負(fù)雙向的折線因此正負(fù)雙向的折線總共有總共有13條直線段構(gòu)成，故稱其為條直線段構(gòu)成，故稱其為13折線折線. 壓擴(kuò)的公式的壓擴(kuò)的公式的13折線近似計(jì)算表格折線近似計(jì)算表格p203表表7-3中，非常中，非常接近。接近。表表7-3 13折線分段時(shí)的折線分段時(shí)的x值與計(jì)算的值與計(jì)

30、算的x值比較表值比較表y01x01按折按折線分線分段時(shí)段時(shí)的的x01段落段落 1 2 3 4 5 6 7 8斜率斜率16 16 8 4 2 1 1/48182838485868712816 .6016.3014.15179.7193.3198. 112112816413211618141xy11 13折線折線04. 律壓縮特性的律壓縮特性的15折線近似折線近似255 7.5 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制（ pulse code modulation-pcm） 1. pcm調(diào)制的概念調(diào)制的概念 前面已經(jīng)指出，模擬信號(hào)經(jīng)抽樣和量化后得到輸出電前面已經(jīng)指出，模擬信號(hào)經(jīng)抽樣和量化后得到輸出電平序列平序列m

31、q(kts)，才可以將每一個(gè)量化電平用編碼方，才可以將每一個(gè)量化電平用編碼方式傳輸。所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其式傳輸。所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱為譯碼。當(dāng)這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制相反的過(guò)程稱為譯碼。當(dāng)這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇. 脈沖編碼脈沖編碼(pcm)調(diào)制是將模擬信號(hào)抽樣、量化、然調(diào)制是將模擬信號(hào)抽樣、量化、然后使已量化值變換成代碼稱為后使已量化值變換成代碼稱為pcm調(diào)制調(diào)制 。這是這是a/d的第的第3步。步。 2. pcm調(diào)制實(shí)例調(diào)制實(shí)例 圖圖7-19

32、和表和表7-5給出了脈沖編碼調(diào)制的一個(gè)實(shí)例子。給出了脈沖編碼調(diào)制的一個(gè)實(shí)例子。模擬信號(hào)模擬信號(hào)m (t)的最大值的最大值|m (t)| 4 (v)，- 4 v 4 v范范圍，以圍，以rs的速率進(jìn)行抽樣，且抽樣的速率進(jìn)行抽樣，且抽樣值按值按16個(gè)量化電平個(gè)量化電平進(jìn)進(jìn)行均勻行均勻量化，其量化間隔為量化，其量化間隔為0.5 v，因此各個(gè)，因此各個(gè)量化判決量化判決電平依次為電平依次為- 4 ，-3.5，3.53.5，4 4 v ， 16個(gè)量化電平個(gè)量化電平分別為分別為- 3.75 ，-3.25，3.253.25，3.75 3.75 v ，表，表7-5 列出列出了圖了圖7-9所示模擬信號(hào)的抽樣所示模擬

33、信號(hào)的抽樣值和相應(yīng)的量化電平以及二值和相應(yīng)的量化電平以及二進(jìn)制、四進(jìn)制編碼。進(jìn)制、四進(jìn)制編碼。編碼（編碼（ ）：將模擬信號(hào)的抽樣量化值變換成）：將模擬信號(hào)的抽樣量化值變換成二進(jìn)制代碼。二進(jìn)制代碼。抽樣值抽樣值量化量化電平電平量化級(jí)量化級(jí)序號(hào)序號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制 編碼編碼1.32.32.73.21.1-1.2-1.60.1-1.21.252.252.753.251.25-1.25-1.750.25-1.2510121314105485101011001101111010100101010010000101v4) t (m v5 . 0 16m 7.5.1 脈沖編碼調(diào)制原理脈沖編碼調(diào)制原理 1. pc

34、m通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)抽樣抽樣量化量化編碼編碼信道信道譯碼譯碼低通低通) t (m) t (ms) t (msq 干擾干擾) t (msq) t (m a/d變換變換 量化與編碼的組合稱為模量化與編碼的組合稱為模/數(shù)變換器數(shù)變換器(a/d變換器變換器)；而譯碼與低通濾波器的組合稱為數(shù)而譯碼與低通濾波器的組合稱為數(shù)/模變換器模變換器(d/a變換變換器器)。前者完成由已抽樣序列信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換；。前者完成由已抽樣序列信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換；后者則相反，即完成由數(shù)字信號(hào)到樣值序列信號(hào)的變換。后者則相反，即完成由數(shù)字信號(hào)到樣值序列信號(hào)的變換。如下圖所示如下圖所示pcm通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)。 2.編碼原理編

35、碼原理 從模擬信號(hào)的抽樣量化值到代碼的變換是由編碼器實(shí)從模擬信號(hào)的抽樣量化值到代碼的變換是由編碼器實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)的。 （1）編碼）編碼量化后的信號(hào)變換成代碼的過(guò)程稱為編量化后的信號(hào)變換成代碼的過(guò)程稱為編碼。其相反的過(guò)程稱為譯碼。編碼不僅用于通信，廣泛碼。其相反的過(guò)程稱為譯碼。編碼不僅用于通信，廣泛用于計(jì)算機(jī)，數(shù)字儀表，遙控遙測(cè)等領(lǐng)域。編碼的方法用于計(jì)算機(jī)，數(shù)字儀表，遙控遙測(cè)等領(lǐng)域。編碼的方法也是多種多樣的，按編碼的速度來(lái)分大致可分為兩大類，也是多種多樣的，按編碼的速度來(lái)分大致可分為兩大類，有低速編碼和高速編碼，通信中一般都采用高速編碼。有低速編碼和高速編碼，通信中一般都采用高速編碼。 （2）種類）

36、種類編碼器種類大體上可以歸結(jié)為三種，逐編碼器種類大體上可以歸結(jié)為三種，逐次比較（反饋）型，折疊級(jí)聯(lián)型和混合型。這幾種編碼次比較（反饋）型，折疊級(jí)聯(lián)型和混合型。這幾種編碼器都具有自己的特點(diǎn)，這里學(xué)習(xí)逐次比較（反饋）型。器都具有自己的特點(diǎn)，這里學(xué)習(xí)逐次比較（反饋）型。二進(jìn)制碼型選擇有三種二進(jìn)制碼型選擇有三種.自然二進(jìn)制碼自然二進(jìn)制碼折疊二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼格雷二進(jìn)制編碼格雷二進(jìn)制編碼量化電平量化電平自然二進(jìn)碼自然二進(jìn)碼格雷碼格雷碼折疊二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼15141312111098765432101111111011011100101110101001100001110110010101000011001

37、00001000010001001101110101110111111011100010001010111011000100011000100001111111011011100101110101001100000000001001000110100010101100111折疊二進(jìn)制編碼折疊二進(jìn)制編碼的主要的主要優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a. 編碼過(guò)程簡(jiǎn)單編碼過(guò)程簡(jiǎn)單b. 小信號(hào)時(shí)，其信噪比小信號(hào)時(shí)，其信噪比較高。較高。自然二進(jìn)制碼自然二進(jìn)制碼中：中：00000111代表負(fù)極性，代表負(fù)極性，且且07量化間隔序號(hào)。量化間隔序號(hào)。10001111正極性，且正極性，且815量化間隔序號(hào)。量化間隔序號(hào)。 折疊二進(jìn)碼

38、除了最高位外，其上半部分與下半部分折疊二進(jìn)碼除了最高位外，其上半部分與下半部分的碼型呈倒影關(guān)系的碼型呈倒影關(guān)系折疊關(guān)系折疊關(guān)系.最高位是它表示正負(fù)信號(hào)，最高位是它表示正負(fù)信號(hào)，極性碼。見(jiàn)表。極性碼。見(jiàn)表。（3） 編碼位數(shù)的選擇編碼位數(shù)的選擇 直接影響到信號(hào)解調(diào)質(zhì)量和設(shè)備復(fù)雜程度。直接影響到信號(hào)解調(diào)質(zhì)量和設(shè)備復(fù)雜程度。 根據(jù)實(shí)際測(cè)量，取根據(jù)實(shí)際測(cè)量，取78位碼即可滿足要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)位碼即可滿足要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)n=8。（4）碼位的安排）碼位的安排 我國(guó)采用我國(guó)采用a律律13折線的折線的8位折疊碼。位折疊碼。 c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8用表示編碼。如下表用表示編碼。如下表它的意義。

39、它的意義。c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8極性碼極性碼段內(nèi)碼段內(nèi)碼段落碼段落碼1 正正 0 0 0 0 0 0 00 負(fù)負(fù) 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 128級(jí)量化級(jí)量化21xy0 .10 極性碼 幅度碼 c1 段落碼 段內(nèi)碼c1=1 ”+” c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8c1=0 ”-”23=8個(gè)量化段24=16個(gè)均勻量化等級(jí)量化電平量化電平編號(hào)編號(hào)量化量化電平值電平值pcm編碼編碼分層分層電平值電平值段段 落落終點(diǎn)值終點(diǎn)值間隔數(shù)間隔數(shù) 段內(nèi)量化間隔段內(nèi)量化間隔段段落落128113201

40、6 1056 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 02048 1024 2048 16 64 10.5 1 0 0 0 0 0 0 01 0 16 16 101716.5 1 0 0 1 0 0 0 017 16 32 16 113333 1 0 1 0 0 0 0 034 32 64 16 2 24966 1 0 1 1 0 0 0 068 64 128 16 4 365132 1 1 0 0 0 0 0 0136 128 256 16 8 481264 1 1 0 1 0 0 0 0 272 256 512 16 16 597528 1 1 1 0 0 0 0 05

41、44 512 1024 16 32 67最小量化單位最小量化單位=歸一化值的歸一化值的1/2048(7=64 )(6=32 )(5=16 )(4=8 )(3=4 )(2=2 )(1=1 )(0=1 ) 非均勻量化與均勻量化作一比較。假設(shè)以非均勻量化非均勻量化與均勻量化作一比較。假設(shè)以非均勻量化時(shí)的最小量化間隔（第時(shí)的最小量化間隔（第1、2段落的量化間隔）作為均勻段落的量化間隔）作為均勻量化時(shí)的量化間隔，那么從量化時(shí)的量化間隔，那么從13折線的第一段到第八段所折線的第一段到第八段所包含的均勻量化數(shù)分別為包含的均勻量化數(shù)分別為16、16、32、64、128、 在在13折線中第一、二段最短，只有歸一

42、化動(dòng)態(tài)范圍折線中第一、二段最短，只有歸一化動(dòng)態(tài)范圍值的值的1/128，再將它等分，再將它等分16個(gè)小段每一小段長(zhǎng)度為個(gè)小段每一小段長(zhǎng)度為（1/128）（1/16）= =1/2048這就最小的量化間這就最小的量化間隔隔,它僅有歸一化動(dòng)態(tài)范圍值的它僅有歸一化動(dòng)態(tài)范圍值的1/2048，第八段最長(zhǎng)它是，第八段最長(zhǎng)它是歸一化值的歸一化值的1/2 ，將它等分，將它等分16個(gè)小段后得每一小段長(zhǎng)個(gè)小段后得每一小段長(zhǎng)度為度為1/32。其它段同樣方法計(jì)算，這是非均勻量化的。其它段同樣方法計(jì)算，這是非均勻量化的情況。情況。256、512、1024，總共有，總共有2048個(gè)均勻量化區(qū)間，或個(gè)均勻量化區(qū)間，或稱量化單位

43、，而非均勻量化時(shí)只有稱量化單位，而非均勻量化時(shí)只有128個(gè)量化間隔。因個(gè)量化間隔。因此均勻量化的此均勻量化的1/16。 均勻量化需要編均勻量化需要編11位碼，非均勻量化只要編位碼，非均勻量化只要編7位碼。位碼。可見(jiàn)，在保證小信號(hào)區(qū)間量化間隔相同的條件下，可見(jiàn)，在保證小信號(hào)區(qū)間量化間隔相同的條件下， 7位位非線性編碼與非線性編碼與11位線性編碼等效。所以非線性編碼設(shè)備位線性編碼等效。所以非線性編碼設(shè)備簡(jiǎn)化，所需傳輸系統(tǒng)帶寬減小。簡(jiǎn)化，所需傳輸系統(tǒng)帶寬減小。（5）段落碼與段內(nèi)碼、起始電平的關(guān)系）段落碼與段內(nèi)碼、起始電平的關(guān)系(看下表看下表) （1）編碼器的任務(wù)，就是要根據(jù)輸入的樣值脈沖編）編碼器的

44、任務(wù)，就是要根據(jù)輸入的樣值脈沖編出相應(yīng)的出相應(yīng)的8位二進(jìn)代碼，除第一位極性碼外，其它位二進(jìn)代碼，除第一位極性碼外，其它7位二位二 3.逐次比較型編碼的原理逐次比較型編碼的原理段落號(hào)段落碼c2c3c4段落碼對(duì)應(yīng)的起始電平段內(nèi)電平碼對(duì)應(yīng)的電平c5 c6 c7 c8段內(nèi)量化間隔1000016 8 4 2220011616 8 4 2230103232 16 8 4440116464 32 16 885100128128 64 32 16166101256256 128 64 32327110512512 256 128 6464811112041024 512 256 128128進(jìn)代碼是通過(guò)逐次比

45、較確定的進(jìn)代碼是通過(guò)逐次比較確定的。(2)逐次比較型逐次比較型pcm編碼器原理編碼器原理整流器整流器保持電路保持電路比較器比較器恒流源恒流源7/11變換變換7bit記憶記憶電路電路pam輸入輸入極性碼極性碼 c1wisi本地譯碼本地譯碼1iiws 0iiws 8765432ccccccc極性極性判決判決2m8m1b11b產(chǎn)生產(chǎn)生11種種權(quán)值電流權(quán)值電流樣樣值值電電流流 si權(quán)權(quán)值值電電流流 wi1024 、 512 、 256 、 128 、 64 、 32 、 16 8 、4 、2 、 1 權(quán)權(quán)值值電電流流 wi 逐次比較編碼器它有整流器、保持電路、比較器及逐次比較編碼器它有整流器、保持電路

46、、比較器及本地譯碼電本地譯碼電路等組成。路等組成。 比較器通過(guò)比較器通過(guò)樣值樣值電流電流is和標(biāo)準(zhǔn)電流和標(biāo)準(zhǔn)電流iw進(jìn)行比較，從進(jìn)行比較，從而對(duì)輸入信號(hào)抽樣值實(shí)現(xiàn)非線性量化和編碼。每比較一而對(duì)輸入信號(hào)抽樣值實(shí)現(xiàn)非線性量化和編碼。每比較一次輸出一位二進(jìn)代碼，且當(dāng)次輸出一位二進(jìn)代碼，且當(dāng)is iw時(shí)，出時(shí)，出“1”碼；反之碼；反之出出“0”碼。由于碼。由于13折線法中用了折線法中用了7位二進(jìn)代碼來(lái)代表段位二進(jìn)代碼來(lái)代表段落和落和 預(yù)先規(guī)定為一些作為標(biāo)準(zhǔn)的電流（或電壓）稱為權(quán)預(yù)先規(guī)定為一些作為標(biāo)準(zhǔn)的電流（或電壓）稱為權(quán)值電流，用符號(hào)值電流，用符號(hào)iw表示表示。 iw的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù)與編碼位數(shù)有關(guān)。與編碼

47、位數(shù)有關(guān)。當(dāng)樣值脈沖到來(lái)后，用當(dāng)樣值脈沖到來(lái)后，用逐步逼近的方法有規(guī)律地用標(biāo)準(zhǔn)逐步逼近的方法有規(guī)律地用標(biāo)準(zhǔn)電流電流iw去和去和樣值脈沖樣值脈沖比較，每比較一次出一位碼，直到比較，每比較一次出一位碼，直到iw和抽和抽樣值樣值is逼近為止。逼近為止。段內(nèi)碼，所以對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)的抽樣值需要進(jìn)行段內(nèi)碼，所以對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)的抽樣值需要進(jìn)行7次比較。次比較。每次所需的標(biāo)準(zhǔn)電流每次所需的標(biāo)準(zhǔn)電流iw均由本地譯碼電路提供。均由本地譯碼電路提供。 本地譯碼電路包括記憶電路、本地譯碼電路包括記憶電路、7/11變換電路和恒流源。變換電路和恒流源。記憶電路用來(lái)寄存二進(jìn)代碼，因除第一次比較外，其余記憶電路用來(lái)寄存二進(jìn)代

48、碼，因除第一次比較外，其余各次比較都要依據(jù)前幾次比較的結(jié)果來(lái)確定標(biāo)準(zhǔn)電流各次比較都要依據(jù)前幾次比較的結(jié)果來(lái)確定標(biāo)準(zhǔn)電流iw值。因此，值。因此，7位碼組中的前位碼組中的前6位狀態(tài)均應(yīng)由記憶電路位狀態(tài)均應(yīng)由記憶電路寄存下來(lái)。寄存下來(lái)。 7/11變換電路就是前面非均勻量化中談到的變換電路就是前面非均勻量化中談到的數(shù)字壓縮器。因?yàn)椴捎梅蔷鶆蛄炕臄?shù)字壓縮器。因?yàn)椴捎梅蔷鶆蛄炕?位非線性編碼等效位非線性編碼等效于于11位線性碼，而比較器只能編位線性碼，而比較器只能編7位碼，反饋到本地譯碼位碼，反饋到本地譯碼電路的全部碼也只有電路的全部碼也只有7位。因?yàn)楹懔髟从形弧Ｒ驗(yàn)楹懔髟从?1個(gè)基本權(quán)值電個(gè)基本權(quán)值

49、電流支路，需要流支路，需要11個(gè)控制脈沖來(lái)控制，所以必須經(jīng)過(guò)變換個(gè)控制脈沖來(lái)控制，所以必須經(jīng)過(guò)變換,把把7位碼變成位碼變成11位碼，其實(shí)質(zhì)就是完成非線性和線性之間位碼，其實(shí)質(zhì)就是完成非線性和線性之間的變換。恒流源用來(lái)產(chǎn)生各種標(biāo)準(zhǔn)電流值。為了獲得各的變換。恒流源用來(lái)產(chǎn)生各種標(biāo)準(zhǔn)電流值。為了獲得各種標(biāo)準(zhǔn)電流種標(biāo)準(zhǔn)電流iw，在恒流源中有數(shù)個(gè)基本權(quán)值電流支路。，在恒流源中有數(shù)個(gè)基本權(quán)值電流支路?；镜臋?quán)值電流個(gè)數(shù)與量化間隔數(shù)有關(guān)，上面的基本的權(quán)值電流個(gè)數(shù)與量化間隔數(shù)有關(guān)，上面的128個(gè)量個(gè)量 例例7.5.1 設(shè)輸入信號(hào)抽樣值為設(shè)輸入信號(hào)抽樣值為+1270個(gè)量化單位，采個(gè)量化單位，采用逐次比較型編碼將它

50、按照用逐次比較型編碼將它按照13折線折線a律特性編成律特性編成8位碼。位碼。解：設(shè)碼組的解：設(shè)碼組的8位碼分別用位碼分別用c1c2c3c4c5c6c7c8表示。表示?；g隔需要編化間隔需要編7位碼，它要求位碼，它要求11個(gè)基本的權(quán)值電流支路，個(gè)基本的權(quán)值電流支路，每個(gè)支路均有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)。每次該哪個(gè)開(kāi)關(guān)接通組成每個(gè)支路均有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)。每次該哪個(gè)開(kāi)關(guān)接通組成比較用的標(biāo)準(zhǔn)電流比較用的標(biāo)準(zhǔn)電流iw，由前面的比較結(jié)果經(jīng)變換后得到，由前面的比較結(jié)果經(jīng)變換后得到的控制信號(hào)來(lái)控制。的控制信號(hào)來(lái)控制。 （1） 確定極性碼確定極性碼c1：因輸入信號(hào)抽樣值為正，故極：因輸入信號(hào)抽樣值為正，故極段落1234567

51、8起點(diǎn)電平016326412825651210242x20242526272829210比較結(jié)果為比較結(jié)果為is iw ，所以，所以 c2=1。它表示輸入信號(hào)。它表示輸入信號(hào)抽樣抽樣值處于值處于8個(gè)段落中的后四段（個(gè)段落中的后四段（58段）。段）。c3用來(lái)進(jìn)一步用來(lái)進(jìn)一步確定它屬于確定它屬于56段還是段還是78段。因此，段。因此，標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選擇處于處于8個(gè)個(gè)段落的段落的前四段還是后四段的。故輸入比較器的前四段還是后四段的。故輸入比較器的標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選擇為標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選擇為iw=128個(gè)量化單位。現(xiàn)在輸入信號(hào)個(gè)量化單位?，F(xiàn)在輸入信號(hào)抽樣值抽樣值is=1270個(gè)量化單位，大于標(biāo)準(zhǔn)電流，故

52、第一次個(gè)量化單位，大于標(biāo)準(zhǔn)電流，故第一次性碼為性碼為 c1=1； （2）確定段落碼）確定段落碼c2 c3 c4：13折線中，正半部分的折線中，正半部分的8個(gè)段落以個(gè)段落以1/2048為單位的每個(gè)段落的起點(diǎn)電平如表為單位的每個(gè)段落的起點(diǎn)電平如表7-9所示。由于段落碼中的所示。由于段落碼中的c2是用來(lái)表示輸入信號(hào)抽樣值是用來(lái)表示輸入信號(hào)抽樣值 由以上三次由以上三次比較得段落碼為比較得段落碼為“111”，輸入信號(hào)，輸入信號(hào)抽樣抽樣值值is=1270個(gè)量化單位應(yīng)屬于第八個(gè)量化單位應(yīng)屬于第八段。段。為為iw=512個(gè)量化單位。第二次比較結(jié)果為個(gè)量化單位。第二次比較結(jié)果為isiw ，故，故 同理，確定同理

53、，確定c4的標(biāo)準(zhǔn)電流的標(biāo)準(zhǔn)電流為為iw=1024個(gè)量化單位。個(gè)量化單位。第三次比較結(jié)果為第三次比較結(jié)果為isiw ，故，故c4=1。 （3）確定）確定段內(nèi)碼段內(nèi)碼c5 c6c7 c8：由編碼原理已經(jīng)知道：由編碼原理已經(jīng)知道,段內(nèi)碼是在已經(jīng)段內(nèi)碼是在已經(jīng)確定確定輸入信號(hào)所處段落的基礎(chǔ)上輸入信號(hào)所處段落的基礎(chǔ)上,用來(lái)用來(lái)表示輸入信號(hào)處于該段落的哪一量化間隔。表示輸入信號(hào)處于該段落的哪一量化間隔。c5 c6c7 c8的取值與的取值與量化間隔之間的關(guān)系見(jiàn)表量化間隔之間的關(guān)系見(jiàn)表7-8。樣值樣值is=1270個(gè)量化單位應(yīng)屬于第八個(gè)量化單位應(yīng)屬于第八段。段。 上面已經(jīng)確定上面已經(jīng)確定輸入信號(hào)處于第八輸入信

54、號(hào)處于第八段段,該段中的該段中的16個(gè)個(gè)量量化間隔均為化間隔均為64個(gè)量化單位個(gè)量化單位,故故確定確定c5的標(biāo)準(zhǔn)電流的標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選為應(yīng)選為c3=1。它表示輸入信號(hào)它表示輸入信號(hào)屬于屬于78段。段。量化間隔段內(nèi)碼15141312111098765432101111111011011100101110101001100001110110010101000011001000010000第四次比較結(jié)果為第四次比較結(jié)果為isiiw w，故，故c c5 5=0=0。它說(shuō)明。它說(shuō)明輸入輸入信號(hào)抽樣值應(yīng)處于第八段中的信號(hào)抽樣值應(yīng)處于第八段中的0 07 7量化間隔。量化間隔。 同理，確定同理，確定c c6 6的

55、標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選為的標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選為個(gè)量化單位（量化間隔）段落起點(diǎn)電平153664810248wi個(gè)量化單位（量化間隔）段落起點(diǎn)電平128064410244wi第五次比較結(jié)果為第五次比較結(jié)果為isiiiw w，故，故c c7 7=1=1。說(shuō)明。說(shuō)明輸入信號(hào)應(yīng)處于輸入信號(hào)應(yīng)處于第八段中的第八段中的2 23 3量化間隔。量化間隔。 最后，確定最后，確定c c8 8的標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選為的標(biāo)準(zhǔn)電流應(yīng)選為個(gè)量化單位（量化間隔）段落起點(diǎn)電平121664310243wi第七次比較結(jié)果為第七次比較結(jié)果為isiiw w，故，故c c8 8=1=1。說(shuō)明。說(shuō)明輸入信號(hào)應(yīng)處于輸入信號(hào)應(yīng)處于第八段中第八段中3 3量化間隔。量化

56、間隔。 經(jīng)上述七次比較，編出的經(jīng)上述七次比較，編出的8位碼為位碼為1111001111110011。它表示。它表示 輸入輸入，抽樣值于第抽樣值于第8段段3量化間隔，其量化電平為量化間隔，其量化電平為=1024+364+3264+32（中間值）（中間值）=1248=1248個(gè)個(gè)量化單位，量化單位，故故量化量化誤差等于誤差等于1270-1248=22個(gè)個(gè)量化單位量化單位. 7位非線性碼的相位非線性碼的相對(duì)應(yīng)的線性碼組變化規(guī)律為：對(duì)應(yīng)的線性碼組變化規(guī)律為： 由由7位非線性碼變?yōu)槲环蔷€性碼變?yōu)?1位線性碼時(shí)，當(dāng)段內(nèi)碼是自然位線性碼時(shí)，當(dāng)段內(nèi)碼是自然二進(jìn)制編碼時(shí)，可用下列方法：當(dāng)段落碼為二進(jìn)制編碼時(shí)，可

57、用下列方法：當(dāng)段落碼為2l時(shí)，則時(shí)，則11位線性碼中的第位線性碼中的第l+1位（最右邊位（最右邊1位為第一位）為位為第一位）為1，如，如段落碼為段落碼為111代表代表1024，即，即210 ，對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)的11位碼中，位碼中，第第11位為位為1，然后把段內(nèi)碼緊跟在這個(gè)，然后把段內(nèi)碼緊跟在這個(gè)1后面，并且前后后面，并且前后補(bǔ)補(bǔ)0足足11位碼即可。位碼即可。0011111112210后跟段內(nèi)碼，位為ll 例，采用例，采用13折線折線a律編碼，設(shè)最小量化級(jí)為律編碼，設(shè)最小量化級(jí)為1個(gè)單位個(gè)單位,已知已知抽樣脈沖值為抽樣脈沖值為+635個(gè)單位。那么求編碼碼組個(gè)單位。那么求編碼碼組c （用折迭（用折迭碼

58、）碼） ，11線性碼組，量化電平值和量化誤差。線性碼組，量化電平值和量化誤差。解：解：1編碼碼組編碼碼組c12345678 （1）極性碼：因?yàn)椋O性碼：因?yàn)?6350 c0 c1 1=1=1 ( (2) )段落碼：段落碼：因?yàn)橐驗(yàn)?635128 c128 c2 2=1=1 635512 c512 c3 3=1=1 6351024 c1024 c4 4=0 =0 第第7 7段段( (3) )段內(nèi)碼：段內(nèi)碼：因?yàn)橐驗(yàn)?12+832=76832=768 635768c608c8=1所以輸出碼組所以輸出碼組(用自然二進(jìn)制表示用自然二進(jìn)制表示)為：為：11100011 用折疊二進(jìn)碼表示為用折疊二進(jìn)碼表示

59、為11100100 2. 11位碼組位碼組： 因?yàn)橐驗(yàn)?12+432=640 635576c7=1 110是第是第7段，起點(diǎn)電平段，起點(diǎn)電平512，即，即29 ，所以，所以001111101229后跟段內(nèi)碼，位為ll位線性碼）（11001001100004.量化誤差等于量化誤差等于635-624=11個(gè)個(gè)量化單位。量化單位。段落碼產(chǎn)生流程段落碼產(chǎn)生流程c2：決定前四段與后四段：決定前四段與后四段c3：決定：決定0-1、2-3、4-5、6-7段段c4：決定：決定0、1、2、3、4、5、6、7段段y1c7 iwis8ii iwis4ii iwis12ii 0c5 1c5 yniwis2ii iwi

60、s6ii iwis10ii iwis14ii iwisii iwis3ii iwis5ii iwis7ii iwis9ii iwis11ii iwis13ii iwis15ii nnnyyynnnnyyy0c6 1c6 0c6 1c6 0c7 1c7 0c7 1c7 1c7 0c7 0c7 0c8 1c8 0c8 1c8 0c8 1c8 0c8 1c8 1c8 1c8 1c8 1c8 0c8 0c8 0c8 0c8 iwi段落起始電平段落起始電平i對(duì)應(yīng)段落的量化間隔對(duì)應(yīng)段落的量化間隔段內(nèi)碼編碼流程段內(nèi)碼編碼流程 常用的常用的譯碼器大致可分為三種類型譯碼器大致可分為三種類型:電阻網(wǎng)絡(luò)型、級(jí)電阻網(wǎng)