實驗一-PCM與ADPCM語音被壓縮編碼

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗一 PCM與ADPCM語音壓縮編碼學(xué)院 光電學(xué)院 專業(yè) 網(wǎng)絡(luò)工程 姓名 陳炯爍 學(xué)號 8 一、 實驗?zāi)康?、了解PCM的基本原理和方法；2、了解ADPCM的基本原理；3、了解語音壓縮編碼的基本原理和過程。二、 預(yù)備知識1、PCM的基本原理和方法；2、ADPCM的基本原理；三、 實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機(jī) 一臺；四、 實驗原理目前國際上普遍采用容易實現(xiàn)的A律13折線壓擴(kuò)特性和律15折線的壓擴(kuò)特性。我國規(guī)定采用A律13折線壓擴(kuò)特性。本實驗中的PCM采用的是A律13折線PCM。由預(yù)備知識可知，A率對數(shù)壓縮特性定義為： 在CCITT建議中，A=87.

2、56。在具體實現(xiàn)時壓縮曲線c(x)用13段折線來近似，量化電平數(shù)L=256，即編碼位數(shù)R=8。因為對語音的采樣頻率為8kHz，這樣，A率13折線的PCM輸出數(shù)據(jù)流速率為64kb/s。下圖為A律13折線的壓縮示意圖：負(fù)電平部分的壓擴(kuò)特性和正電平部分的壓擴(kuò)特性是對稱的 ，所以上圖只畫出了正電平壓擴(kuò)特性。這種量化方式相比于線性量化，當(dāng)信號為小信號時，其信噪比較高（尤其是語音信號）。從圖上可以看到，整個歸一化電平區(qū)間被分為8個小區(qū)間，每個區(qū)間的斜率和起點電平如下表：折線段落12345678斜率161684211/21/4區(qū)間起點01/1281/641/321/161/81/41/2正電平部分的第一段和

3、第二段的斜率都是16，負(fù)電平部分的第一段和第二段的斜率也都是16，所以本來劃分的16折線段實際為13折線段。PCM編碼對一個采樣值量化編碼后得到的是8比特的編碼，下圖是這8比特的碼位安排：可見，編碼的第一位C1為極性碼，正電平為1，負(fù)電平為0。C2C4為段落碼，表示信號絕對值處在哪個段落，3位碼的8種可能狀態(tài)分別代表8個段落的起點電平。C5C8為段內(nèi)碼，段內(nèi)碼共4位，并且段內(nèi)采用均勻量化的方式，故共有2416個均勻量化級。但因段落長度不等，故不同段落間的量化級是非均勻的。小信號時，段落短，量化間隔??；反之，量化間隔大。13折線中的第一、 二段最短，只有歸一化的1/128，再將它等分16小段，每

4、一小段長度為。 這是最小的量化級間隔，它僅有輸入信號歸一化值的1/2048，記為，代表一個量化單位。第八段最長，它是歸一化值的1/2，將它等分16小段后，每一小段歸一化長度為 ， 相當(dāng)于64個最小量化間隔，記為64。其余各段的最小量化間隔的計算以此類推。下圖是13折線PCM的各段落段落內(nèi)量化間隔，段落起始終點值，量化間隔等參數(shù)的表： 段落序號電平范圍段落碼段落起始電平量化間隔段內(nèi)碼對應(yīng)權(quán)值81024 2048111102464512256128647512 10241105123225612864326256 512101256161286432165128 25610012886432168

5、464 128011644321684332 6401032216842216 32001161842110 16000018421此外，4位段內(nèi)編碼可以采用自然二進(jìn)制編碼，也可以采用格雷碼或折疊二進(jìn)制碼。 ADPCM編碼原理參見本章預(yù)備知識。本次實驗分為兩個部分。一部分是對一正弦信號進(jìn)行A律13折線PCM編碼的演示，另一部分是通過麥克風(fēng)錄制語音并延時回放，從主觀感覺PCM，32kADPCM，16kADPCM的效果。本實驗中，我們采用了Motorola的MC芯片來實現(xiàn)64K A律PCM編碼、32K ADPCM和16K ADPCM編碼。在實驗箱上，與之相關(guān)的硬件測試點包括PCMCLK, PCMF

6、SR, PCMTX, PCMRX，見下圖示（右下角）。與MC的工作方式、時序圖等相關(guān)信息，請參考MC的數(shù)據(jù)手冊。五 實驗步驟1、通過串行口將實驗箱和電腦連接，給實驗箱上電。將與實驗箱相連的電腦上的學(xué)生平臺程序打開。在主界面上雙擊“傳統(tǒng)語音壓縮信源編碼”實驗圖標(biāo)，進(jìn)入此實驗界面。2、正弦信號通過A律13折線PCM編碼的演示實驗：首先在信源編碼試驗界面的左邊選中量化方法為“A率”，然后點擊“正弦信號量化演示”。試驗界面的右邊將會出現(xiàn)正弦通過A律13折線PCM編碼的波形示意。信號第一路是原始輸入模擬正弦信號，第二路是PCM編碼以后的正弦信號的量化值，第三路是量化過程中因量化而造成的量化值和真實值的誤

7、差的波形圖。界面的中間為A律13折線的正電平部分的壓擴(kuò)示意圖。將鼠標(biāo)放在右邊第一路輸入模擬正弦信號的曲線上，13折線圖示意圖上會即時給出鼠標(biāo)所在位置的正弦信號的輸入未量化電平值，量化電平值，量化誤差值，以及去掉極性的7位量化編碼；同時折線上的圓形標(biāo)點會隨之移動，指示當(dāng)前量化電平在13折線上的位置。試驗時請注意：點擊波形窗口的“all”按鈕，將波形顯示方式切換到用帶圓圈的豎直線的顯示方式，才能正確直觀地觀察到試驗結(jié)果。同時可以點擊波形圖右邊的“”，“”擴(kuò)展或壓縮波形；點擊“”“”向左或向右移動波形。然后，改變量化方式為“均勻”，然后點擊“正弦信號量化演示”。再次觀察界面右邊的三個波形，比較均勻量

8、化和前面A率13折線PCM量化方式得到的量化信號以及量化誤差的不同。364K PCM、32K ADPCM、16K ADPCM語音主觀聽覺感受實驗：實驗界面左半部通過移動通信實驗箱上Motorola的MC芯片從主觀聽覺方面來感受的64K A律PCM編碼、32K ADPCM和16K ADPCM編碼的語音質(zhì)量。在界面左邊最上部可以選擇外部輸入信號的來源，包括“直流”和語音兩種方式，本處請選擇“語音”。然后可以分別選擇三種語音編碼方式中的任一種：64K A律PCM編碼、32K ADPCM編碼、16K ADPCM編碼。最后在實驗箱上相應(yīng)的音頻接口接上耳機(jī)和麥克風(fēng)。用戶此時可以講話，麥克風(fēng)錄取實時語音，該

9、語音通過不同方式的語音編碼，然后環(huán)回進(jìn)行語音解碼，用戶可以聽到語音的延時幾秒的回放。此處可以由兩個同學(xué)一起進(jìn)行，一人用麥克風(fēng)在一端講話，另一人用耳機(jī)在另一端收聽語音。在此實驗中注意對比三種不同速率語音質(zhì)量。64K A律PCM編碼32K ADPCM編碼16K ADPCM編碼結(jié)論：通過對比64K A律PCM編碼、32K ADPCM和16K ADPCM編碼的語音，發(fā)現(xiàn)64K A律PCM編碼的語音質(zhì)量最好無雜音，32K ADPCM次之，16K ADPCM編碼的語音質(zhì)量最差可聽到雜音。4. 時序波形觀察在A率64K PCM、32K ADPCM、16K ADPCM三種工作方式下，用示波器觀察MC上的幀同步

10、信號(MPCMFSX)，時鐘信號(MPCMCLK)，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信號(MPCMTX, MPCMRX)的時序波形?？梢杂蓵r序波形判斷出下列三組（每組兩幅圖片）波形分別屬于哪種工作方式。我們以第一組兩幅信號波形為例，該組信號是64K PCM 的時序波形。用示波器的兩個探針分別測試試驗箱上的MPCMFSX和其中MPCMCLK兩個探測點，鎖定波形得到第一組第一幅波形。其中，幀同步信號(MPCMFSX，示波器 CH1)和時鐘信號(MPCMCLK，示波器 CH2)。鎖定示波器上的波形，可以觀察到，MPCMFSX高電平期間，PCM信號每一個CLK發(fā)送或接受一比特的信息，此處MPCMFSX高電平期間共有8個

11、CLK周期，而幀同步信號MPCMFSX的頻率是8K Hz，因此該P(yáng)CM信號的發(fā)送和接收信號速率是64K bit/s。MPCMFSX與MPCMCLK時序圖第一組第二幅波形是幀同步信號(MPCMFSX，示波器 CH1)和發(fā)送或接收數(shù)據(jù)信號(MPCMTX或MPCMRX)。用第一路示波器觀察MPCMFSX，第二路觀察發(fā)送或接收數(shù)據(jù)信號(MPCMTX或MPCMRX)。鎖定波形，然后大家可以觀察在一個幀同步信號高電平期間（CH1），發(fā)送或接受數(shù)據(jù)信號(MPCMTX或MPCMRX)是否傳送了8bit信息，并可以讀取該八比特信息。MPCMFSX與MPCMRX/MPCMTX時序圖 同理，可以觀察第二組，第三組信號波形，并得到該組信號的數(shù)據(jù)速率