【學(xué)習(xí)】第四章模擬信號的數(shù)字傳輸

1、通信原理課件通信原理課件第四章第四章 模擬信號的數(shù)字傳輸模擬信號的數(shù)字傳輸4.1 4.1 引言引言4.2 4.2 抽樣抽樣4.3 4.3 量化量化 4.4 4.4 編碼編碼4. 5 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng) 4.6 4.6 語音壓縮編碼語音壓縮編碼4.7 4.7 圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼 通信原理課件通信原理課件4.1 引言引言 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-1 PCM通信系統(tǒng)原理圖通信系統(tǒng)原理圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-2 PCM信號形成過程示意圖信號形成過程示意圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信

2、原理課件通信原理課件通信原理課件4.2 抽樣抽樣所謂抽樣是把時間上連續(xù)的模擬信號變所謂抽樣是把時間上連續(xù)的模擬信號變成一系列時間上離散的樣值序列的過程，成一系列時間上離散的樣值序列的過程，如圖如圖4-3所示。所示。圖圖4-3 抽樣的輸入與輸出抽樣的輸入與輸出 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-4 理想抽樣的原理圖理想抽樣的原理圖通信原理課件通信原理課件一、低通信號的抽樣定理一、低通信號的抽樣定理通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-5 理想抽樣信號波形及其頻譜理想抽樣信號波形及其頻譜通信原理課件通信原理課件

3、圖圖4-6 抽樣的恢復(fù)抽樣的恢復(fù)通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例4.2.1通信原理課件通信原理課件寬平穩(wěn)隨機(jī)信號的抽樣定理寬平穩(wěn)隨機(jī)信號的抽樣定理通信原理課件通信原理課件二、帶通信號的抽樣定理二、帶通信號的抽樣定理通信原理課件通信原理課件例例4.2.2 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-8 帶通信號的最小抽樣頻率帶通信號的最小抽樣頻率 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-9 PAM、PDM、PPM信號波形信號波形通信原理課件通信原理課件一、自然抽樣一、自然抽樣通信原理課件通信原理課件圖圖4-10 自然抽樣信號及其頻譜自然抽樣信號及其

4、頻譜通信原理課件通信原理課件比較理想抽樣和自然抽樣的異同比較理想抽樣和自然抽樣的異同 通信原理課件通信原理課件二、平頂抽樣二、平頂抽樣平頂抽樣又稱為瞬時抽樣，從波形上看，它與自然抽樣的不同平頂抽樣又稱為瞬時抽樣，從波形上看，它與自然抽樣的不同之處在于抽樣信號中的脈沖均具有相同的形狀之處在于抽樣信號中的脈沖均具有相同的形狀頂部平坦的矩形頂部平坦的矩形脈沖，矩形脈沖的幅度即為瞬時抽樣值，如圖脈沖，矩形脈沖的幅度即為瞬時抽樣值，如圖4-114-11（a a）所示。在實(shí)）所示。在實(shí)際應(yīng)用中，平頂抽樣信號采用脈沖形成電路（也稱為際應(yīng)用中，平頂抽樣信號采用脈沖形成電路（也稱為“抽樣保持電抽樣保持電路路”）

5、來實(shí)現(xiàn)，得到頂部平坦的矩形脈沖。）來實(shí)現(xiàn)，得到頂部平坦的矩形脈沖。平頂抽樣平頂抽樣PAMPAM信號在原理上可以看作由理想抽樣和脈沖形成電信號在原理上可以看作由理想抽樣和脈沖形成電路產(chǎn)生，如圖路產(chǎn)生，如圖4-114-11（b b）所示。）所示。 通信原理課件通信原理課件圖圖4-11 平頂抽樣信號與產(chǎn)生原理平頂抽樣信號與產(chǎn)生原理通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件 圖圖4-12 平頂抽樣信號的恢復(fù)平頂抽樣信號的恢復(fù) 通信原理課件通信原理課件 4.3 量化量化通信原理課件通信原理課件圖圖4-13 量化的輸入和輸出量化的輸入和輸出通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-14

6、 量化過程及量化誤差量化過程及量化誤差通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例4.3.1 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件一、模擬壓擴(kuò)法一、模擬壓擴(kuò)法通信原理課件通信原理課件圖圖4-15 非均勻量化的模擬壓擴(kuò)法非均勻量化的模擬壓擴(kuò)法通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-16 壓縮器和擴(kuò)張器的特性壓縮器和擴(kuò)張器的特性通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件1、A律壓擴(kuò)特性律壓擴(kuò)特性通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-17 A律壓縮特性律壓縮特性通信原理

7、課件通信原理課件2、律壓擴(kuò)特性律壓擴(kuò)特性 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-18 律壓縮特性律壓縮特性通信原理課件通信原理課件二、直接非均勻編解碼法二、直接非均勻編解碼法通信原理課件通信原理課件為簡便起見，以為簡便起見，以5折線壓縮特性為例來說明如折線壓縮特性為例來說明如何對抽樣值進(jìn)行直接非均勻編碼。何對抽樣值進(jìn)行直接非均勻編碼。5折線如圖折線如圖 4-20所示，壓縮特性是關(guān)于原點(diǎn)奇對稱的，圖中只所示，壓縮特性是關(guān)于原點(diǎn)奇對稱的，圖中只畫出了第一象限的折線，考慮到第三象限內(nèi)的折畫出了第一象限的折線，考慮到第三象限內(nèi)的折線，合起來共線，合起來共5段折線。段折線。通信原理課件

8、通信原理課件通信原理課件通信原理課件4.4 編碼編碼通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件4.4.2 A律律13折線編碼折線編碼一、一、A律律13折線的壓縮特性折線的壓縮特性通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4-21 A律律13折線壓擴(kuò)特性折線壓擴(kuò)特性通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件二、二、A律律13折線的碼字安排折線的碼字安排通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例4.4

9、.1 通信原理課件通信原理課件例例4.4.2 通信原理課件通信原理課件4.4.3. 逐次比較型編解碼原理逐次比較型編解碼原理通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例4.4.3 通信原理課件通信原理課件二、二、A律律13折線解碼器折線解碼器通信原理課件通信原理課件圖圖4-24 解碼器的原理圖解碼器的原理圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例4.4.5 通信原理課件通信原理課件 4.5 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)如上所述，如上所述，PCM的產(chǎn)生包

10、含抽樣、量化、的產(chǎn)生包含抽樣、量化、編碼三個步驟。它的功能是完成模編碼三個步驟。它的功能是完成模/數(shù)變換，數(shù)變換，實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，抽樣過程中，在滿足抽樣定理時，抽樣過程中，在滿足抽樣定理時，PCM系系統(tǒng)能夠做到無失真的重建。而量化過程始統(tǒng)能夠做到無失真的重建。而量化過程始終存在量化誤差，只不過誤差的大小可以終存在量化誤差，只不過誤差的大小可以通過選擇合適的量化方法和量化級數(shù)來控通過選擇合適的量化方法和量化級數(shù)來控制。制。4.5.1 脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（PCM）原理）原理通信原理課件通信原理課件圖圖4-25 PCM系統(tǒng)的原理圖系統(tǒng)的

11、原理圖通信原理課件通信原理課件4.5.2 PCM信號的碼元速率和帶寬信號的碼元速率和帶寬通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例4.5.1 通信原理課件通信原理課件4.5.3 PCM系統(tǒng)的抗噪聲性能分析系統(tǒng)的抗噪聲性能分析通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件4.6 語音壓縮編碼語音壓縮編碼通常，人們把話路速率低于通常，人們把話路速率低于64kb/s的語的語音編碼方法，稱為語音壓縮編碼技術(shù)。常音編碼方法，稱為語音壓縮編碼技術(shù)。常見的語音壓縮編碼有差值脈沖編碼調(diào)制見的語音壓縮編碼有差值脈沖編碼調(diào)制（DPCM）、自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制）、自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）、增量調(diào)制（）、增量調(diào)制（DM或或M）、自）、自適應(yīng)增量調(diào)制（適應(yīng)增量調(diào)制（ADM）、參量編碼、子帶）、參量編碼、子帶編碼（編碼（SBC）等。）等。通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖4