均勻與非均勻量化

1、實(shí)驗(yàn)二均勻、非均勻量化與編碼實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解均勻與非均勻董化編碼的原理與過(guò)程2. 掌握兩種不同量化編碼方式的特點(diǎn)并能加以比較3. 進(jìn)一步熟悉mat I ab在通信方面的應(yīng)用理論依據(jù)通原理論課中的標(biāo)量董化原理，包括均勻量化和以PCM為例的非均勻量化（對(duì)數(shù)量化）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容IS仿真理論及系統(tǒng)框圖四. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、均勻量化(曲線(xiàn)名稱(chēng)見(jiàn)各自曲線(xiàn)圖)(1)n=8（2）非均勻量化發(fā)送端： 接收端非均勻董化（對(duì)數(shù)量化）原理框圖U律壓擴(kuò)特性（本實(shí)驗(yàn)以U律為例）2、模塊說(shuō)明實(shí)臉程序設(shè)計(jì)依照量化編碼原理可大體分為采樣.量化.編碼、作圖及相關(guān)顯示幾部分。采樣：本實(shí)驗(yàn)利用正弦函數(shù)的若千點(diǎn)（17個(gè)）。量化：根搖不同的輸

2、入值.可以得到在不同量化級(jí)數(shù)下（量化級(jí)數(shù)n=8, 16, 64）的結(jié) 果，算法是程序的核心之一。編碼：對(duì)董化結(jié)果進(jìn)行二進(jìn)制編碼，本例進(jìn)行自然編碼，另一個(gè)算法核心。作圖與顯示：做出不同量化級(jí)數(shù)下量化曲線(xiàn)、量化誤差曲線(xiàn)：顯示量化信噪比、及部分 釆樣點(diǎn)的編碼結(jié)果。3、語(yǔ)句分析詳細(xì)的分析見(jiàn)程序注釋3468質(zhì)姑愴號(hào)及月化由線(xiàn)<r» 1 11 1. 1 DSf化佑呢t1 0!> 18 42B30 15U"1J 0 0<. JI.I.Q 八Da06D.4D200609e10(2) n=16K<i及旨化出線(xiàn)9UnIu D I CIfDOOi>LLOdIIOC&

3、gt;ezzc=:1¾)S>I O I <>ILL，> I I I ()IlLl>oOOOOQV 9 br- rw D Cr 9 8Ktei及£化由線(xiàn)雖化值及城碼顯云<.IMIloIIIII<1110.<10 11)<>37 1207 >. d ( C U I I U?U1 U3 b I 1 1 t.Jhl-.八2、非均勻量化(U率對(duì)數(shù)量化)(1)n=8Bffei 號(hào)及fts-e琴W虧*tfgte及i碼顯示e盤(pán)化 1S¾ti=7.1<1 1 1<1 1 1<1 1 1(1 1 1I

4、<1 1 1<1 1 141 1 1 >D 1 11 D 0.(0 0»6E U n5O236(2)n=16s.½ 號(hào)及 gffi238曆化連蓋曲妙B5SIW雖化這及城碼顯云(3)6 0-O . <1111<1111(1111<1111<1111 虧化恰呢1：.t. 1. .l.4.1.<I(>DlIl10 0 0弋(0 0八n=6423昱化誤蓋曲線(xiàn)量化值及i碼顯禾050.42 IOJ 2J 4 5 D O OODOO 馬禦tw.<.1.IJIIIIl.QIIlll J<IlIII.rI1 Il-LlO<

5、;<S1Sbt-24 25B7I1110!0IllOIUCr>DlIlI1IOOOO01 a丨一"6 8-D-O5B9IQnum2、數(shù)據(jù)分析與說(shuō)明：(1) n=8, 16, 64的均勻董化曲線(xiàn)對(duì)于均勻量化，董化級(jí)數(shù)越大，量化值與原始值約接近，董化誤差越小，即量化效 果越好。(2) n=8, 16, 64的均勻董化信噪比對(duì)于均勻量化，量化級(jí)數(shù)越大，量化信噪比越大(3) n= 8, 16, 64的非均勻量化曲線(xiàn)對(duì)于非均勻量化，量化級(jí)數(shù)越大，量化值與原始值約接近，董化誤差越小，即量化 效果越好。(4) n=8, 16, 64的非均勻量化信噪比對(duì)于非均勻量化，量化級(jí)數(shù)越大，量化信

6、噪比越大(5) 對(duì)于相同董化級(jí)的均勻與非均勻量化特性均勻量化的量化誤差分布比較均勻，而非均勻量化的量化誤差隨信號(hào)幅度變化: 在大幅度處大，在小幅度處小。當(dāng)n較小時(shí)，均勻量化的董化信噪比大于非均 勻量化，但是當(dāng)n較大時(shí)，均勻量化的董化信噪比小于非均勻量化五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，我們直觀的發(fā)現(xiàn)了與通原理論課一樣的結(jié)論。無(wú)論是均勻量化 還是非均勻量化其董化信噪比的是隨著量化級(jí)數(shù)的增大而增大。而均勻量化與非均勻董 化相比，前者是先簡(jiǎn)單，后者相對(duì)復(fù)雜，但更適合小信號(hào)出現(xiàn)概率校大的信號(hào)，有實(shí)際 應(yīng)用背景。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)在利用老師給出的核心部分后相對(duì)簡(jiǎn)單，再加之對(duì)mat

7、Iab的掌握有了一定提 鬲完成得比上次順利。其中對(duì)matIab編程的規(guī)范性有了進(jìn)一步的強(qiáng)化，無(wú)論是注釋 的規(guī)范性還是程序的靈活性都有了提鬲。七、思考題1、答：釆用奈圣斯特抽樣頻率為2fh,量化級(jí)數(shù)為n,則每碼元比特?cái)?shù)為Iog2,董化后的信號(hào)帶寬為2wlog2n。2、答：非均勻PCM的量化信噪比之所以?xún)?yōu)于均勻PCM的董化信噪比是因?yàn)樗哂休^大的動(dòng)態(tài)范國(guó)，結(jié)合實(shí)際語(yǔ)聲信號(hào)的特點(diǎn)：大信號(hào)出現(xiàn)概率小.小信號(hào)出現(xiàn)槪率大，非均勻量化的壓擴(kuò)特性恰好適應(yīng)這一條件。3、答：以n=8為例通過(guò)程序算出：祈者a 后者a均勻量化量化信噪比為非均勻量化量化信噪比為均勻量化量化信噪比為非均勻童化量化信噪比為雖然以上數(shù)據(jù)均為

8、不定值，但大小相對(duì)關(guān)系不會(huì)改變： 即：前者a均勻董化量化信噪比優(yōu)于非均勻董化量化信噪比后者a非均勻董化量化信噪為優(yōu)于均勻董化量化信噪比原因是前者a為服從正態(tài)分布，樣值比較均勻，適合均勻量化而后者a的各個(gè)元素跳躍較大，分布不均，適合動(dòng)態(tài)范國(guó)較大的非均勻量化附錄：源程序：仁均勻量化N=2105L=26; M 二 N/L;%釆樣點(diǎn)數(shù)a=sin(0:2*pi/M：2*pi);% 取樣點(diǎn)n =input(,化級(jí)數(shù)=');%初始化，n為量化級(jí)數(shù) if iSemPty(n),n=8;endamax=max (abs (a);a_quan=a/amax; % 歸化 b_quan=a_quan;d=2/

9、n;%#化間隔q=d.*0:n-lJq=q- (n-1 )/2) *d; % 化電平%進(jìn)行量化for i=1:na_quan(f ind(q(i)-d/2<=a_quan) & (aquan<=q(i) +d2) =.定位第 i 個(gè)董化 間隔碼子q(i). *ones(1, Iength(f ind(q(i)-d2<=aquan)&(a_quan<=q(i) +d2) ;%賦值 為相應(yīng)的量化電平b_quan (fi nd (a_quan=q (i) =(i-1)* OneS (1, Iength (f ind (a_qUan=q (i); enda_qu

10、an=a_quan*amax; %恢復(fù)原值(量化后)nu=ce i I (I og2 (n) ;%編碼COde=ZerOS (Iength(a), nu);for i=1:Iength(a)for j=nu: T : 0%從離向低編碼if (f iX (b_qUan (i)/(2 j) =1)COde(i, (nu-j)=1;b_quan (i)=b_quan(i)-2j;endendendSqnr=20* I Ogl 0 (norm (a) /norm (a-a_quan);%求量化信噪比t=(0:2*pi/N:2*pi);aq=sin(0:2*pi/N:2*pi)計(jì)算所有釆樣點(diǎn)的量化值，為

11、作圖服務(wù) aq_quan=aq/amax; % 歸一化aq=d.*0:n-1Jaq= (-1) /2) *daq j%,化電平for i=1:naq_quan (f i nd (q (i) -d/2<=aq_quan) & (aq-quan<=q (i) ÷d2) =. . %定位第 i 個(gè) 量化間隔碼子q(i). *ones(1, Iength(f ind(q(i)-d/2<=aq_quan)&(aq_quan<=q(i)+d2) ;%賦 值為相應(yīng)的量化電平endfigured)%作原始信號(hào)及量化曲線(xiàn)Set (1, ,position1, 1

12、0, 50, 300, 200)PIOt (t, s i n (t)gr id Onax i s (0,2*p i, *amax, *ama×)title('原始信號(hào)及量化曲線(xiàn)')Xlabel Ct')ylabel C原始信號(hào)及量化信號(hào)值text (2, 1, 'sin(t)')ho Id OnPlOt(匕 aq_quan,r,)figure (2) %做量化誤差曲線(xiàn)(對(duì)所有采樣點(diǎn))Set(2, - position1, 350,50,300,200)PI Ot (t, aq_qUan-S i n (t)gr id Onax i s(0, 2*

13、p i, -2*amaxn, 2*amaxn)title('量化誤差曲線(xiàn)')Xlabel ('t')ylabel C量化誤差值')figure (3) %做前十個(gè)取樣點(diǎn)的量化值曲線(xiàn)及表示量化信噪比(量化信噪比的計(jì)算依據(jù)一個(gè)周期內(nèi)所有取樣點(diǎn)，并非前十個(gè))Set (IJPOSitiOr, 20, 60, 300, 200)Stem (a_quan)gr id Onax i s(0, -amax, amax)title(,量化值及編碼顯示JXlabel(,num,)ylabel ('量化值及編碼顯示')for k=1:MCODA=num2str

14、(COde(k,:);text (k, a_quan (k), CODA)text*amax,'量化信噪比=')text, *amax, num2str(Sqnr)end2、非均勻量化N=210jL=26; M 二 N/L;%采樣點(diǎn)數(shù)aa=sin(0:2*pi/M:2*pi) 取樣點(diǎn) u=255;n=input(,化級(jí)數(shù)=');%初始化,n為量化級(jí)數(shù)if iSemPty(n),n=8;enda=mulaw (aa, U);amax=max (abs (a);a_quan=a/amax; % 歸一化 b_quan=a_quan;d=2nj%化間隔q=d.*0:n-1Jq=

15、q- (nT) /2) *d; % 化電平%進(jìn)行量化for i=1:na_quan (f i nd (q (i) -d/2<=a_quan) & (a_quan<=q (i) +d2) = . 定位第 i 個(gè)量化 間隔碼子q(i). *ones (1, Iength (f i nd (q (i) -d/2<=a_quan) & (a_quan<=q (i) +d2) ; % 賦值 為相應(yīng)的量化電平b_quan (f ind (a_quan=q (i) =(i-1) . * OneS (1, Iength (f ind (a_qUan=q (i); end

16、a_quan=a_quan*amax; %恢復(fù)原值(董化后)nu=ce i I (I og2 (n) 編碼COde=ZerOS(Iength(a), nu);for i=1:Iength(a)for j=nu ：-1:0%從離向低編碼if (f iX (b_quan (i)/(2 j) =1)COde(i, (nu-j)=1;b_quan (i)=b_quan(i)-2j;endendendaa_qUan=i nVmU I aw (a_qUan, U);Sqnr=20* I Ogl 0 (norm (aa)norm (aaaa_quan) ;%求董化信噪比t=(0:2*pi/N:2*pi);a

17、aq=s in (0:2*pi/N:2*pi) ;%計(jì)算所有采樣點(diǎn)的量化值，為作圖服務(wù) aq=mulav(aaq, U);aq_qUan=aq amax; % 歸一化aq=d.*0:n-1Jaq= (-1) /2) *d-aq j%,化電平for i=1:naq_quan (f i nd (q (i) -d/2<=aq_quan) & (aq-quan<=q (i) ÷d2) =. . %定位第 i 個(gè) 量化間隔碼子q(i). *ones(1, Iength(f ind(q(i)-d/2<=aq_quan)&(aq_quan<=q(i)+d2)

18、;%賦值為相應(yīng)的量化電平endaaq_quan=i nvmuI aw (aq_quan,U);figured)%作原始信號(hào)及量化曲線(xiàn)Set (1, -position1, 10, 50, 300, 200)PIOt (t, s i n (t)gr id Onax i s(0, 2*pi, *amax, *ama×)title('原始信號(hào)及量化曲線(xiàn))Xlabel ('t')ylabel C原始信號(hào)及量化信號(hào)值')text (2, 1, ,sin(t)')ho Id OnPIOt (t, aaq_quan, , r,)figure (2) %做董化誤差曲線(xiàn)(對(duì)所有釆樣點(diǎn))Set (2, -position-, 350,50,300,200)PIot(t, aaq_quansin(t)gr id Onax i s (0,2*p i,*amax, *amax)title('量化誤差曲線(xiàn))Xlabel Ct')ylabel C量化誤差值')figure (3) %做前十個(gè)取樣點(diǎn)的量化值曲線(xiàn)及表示