PCM編碼和解碼仿真

1、實驗實驗 4 4：PCM PCM 編碼與解碼仿真編碼與解碼仿真PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 組長：鮑中文成員：徐 超 孫 源 薛樹勇 王鑫杰 邵曉飛實驗題目：實驗題目：PCM 編碼與解碼仿真編碼與解碼仿真組員分工情況：組員分工情況： 講解：王鑫杰講解：王鑫杰 仿真：鮑中文仿真：鮑中文 信息采集：孫源信息采集：孫源 PPT PPT 制作：徐超制作：徐超 薛樹勇薛樹勇 邵曉飛邵曉飛 一、實驗目的一、實驗目的

2、二、實驗原理二、實驗原理 三、實驗內(nèi)容和步驟三、實驗內(nèi)容和步驟 四、實驗問題四、實驗問題 五、實驗誤差分析五、實驗誤差分析 六、實驗總結六、實驗總結PCM 編碼與解碼仿真目錄 1掌握 PCM 的編碼原理和 Matlab Simulink 仿真方法 2掌握 PCM 的解碼原理和 Matlab Simulink 仿真方法一、實驗目的一、實驗目的 隨著微電子技術的發(fā)展和計算機的應用和普及，數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)越性日益明顯。因此，以PCM為代表的編碼調(diào)制技術極受重視。PCM的優(yōu)點是的優(yōu)點是：抗干擾性強，失真小，傳輸特性穩(wěn)定，遠距離再生中繼時噪聲不積累，而且可以采用有效編碼、糾錯編碼和保密編碼來提高系統(tǒng)通信的有

3、效性、可靠性和保密性。二、實驗原理 另外，由于數(shù)字信號可以存儲，并能進行時間標度的變換，所以可以實現(xiàn)時間與信號功率的互換。由于PCM可以把各種消息（如聲音、圖像、數(shù)據(jù)等）都變換成數(shù)字信號進行傳輸，因此可以實現(xiàn)傳輸和交換一體化的綜合通信方式，而且還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理一體化的綜合信息處理，故它能較好地適應信息化社會對通信的要求。PCM的缺點是：的缺點是：傳輸帶寬寬、系統(tǒng)較復雜。但是，隨著數(shù)字技術的飛躍發(fā)展，這些缺點已不重要。因此，PCM是一種使用十分廣泛的通信方式。PCM 編碼與解碼編碼與解碼原理圖原理圖模擬信號輸入抽樣保持量化編碼PCM信號信號 輸出(a) (a) 發(fā)送端發(fā)送端PCM信號

4、信號輸入解碼低通濾波模擬信號輸出（b b）接收端）接收端 PCM系統(tǒng)原理如圖所示。在發(fā)送端，對輸入的模擬信號m（t）進行抽樣、量化和編碼。編碼后的PCM信號是一個二進制數(shù)字序列，其傳輸方式可以采用數(shù)字基帶傳輸，也可以是對載波調(diào)制后的帶通傳輸。在接收端，PCM信號經(jīng)譯碼后還原為量化值序列（含有誤差），再經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，便可得到重建的模擬信號m（t）。 Simulink PCM 編碼和解碼組成的 Matlab Simulink 仿真框圖三、實驗內(nèi)容和步驟 1 1 仿真框圖中各部分的簡介仿真框圖中各部分的簡介1.1.信源 在通信系統(tǒng)中假定我們僅用來傳送語音信號,因語音信號的頻帶范圍為 30

5、0Hz3400Hz ,為了更好的體現(xiàn)人的語音的頻率的變化以及觀察所采用的系統(tǒng)對語音頻帶范圍內(nèi)的信號恢復程度,我們采用了 chirp 函數(shù)。chirp 函數(shù)是其頻率時間線性增長的函數(shù),在雷達系統(tǒng)中這樣的信號稱為線性調(diào)頻信號,并用專用詞匯Chrip 表示。 1.2.模擬低通濾波器 按照采樣定理的要求選擇采樣頻率,即s 2c ,但考慮到信號的頻譜不是銳止的,最高截止頻率以上還有較小的高頻分量,為此可選s = (324) c 。另外可以在采樣之前加一保護性的低通濾波器,濾去高于s/ 2 的一些無用的高頻分量,以及其他的一些雜散信號,因此在采樣前加入一低通濾波器。 1.3.矩形脈沖序列 由于產(chǎn)生和傳輸單

6、位沖激函數(shù)難以實現(xiàn),因此實際中通常采用矩形脈沖抽樣,根據(jù)CCITT （國際電報電話咨詢委員會）標準,留一定的防衛(wèi)帶則采樣頻率 f s = 8000Hz , T = 1/8000 = 125s 用占空比為 50 %的矩形脈沖序列。 1.4.相乘器 通過相乘器使語音信號與矩形脈沖相乘從而獲得時域離散信號,此即信號的抽樣過程。 1.5.A 率壓縮 由于實現(xiàn)困難,因此工程上通常用十三折曲線來近似地表示 A 律曲線。 1.6.均勻量化和編碼 根據(jù)語音信號的統(tǒng)計結果:在信號動態(tài)范圍40dB 的情況下信噪比不應低于 26dB。因此用 8 位量化器,量化間隔為 125s。1.7.編碼器 編碼器是將量化后信號編

7、成適合信道傳輸?shù)男盘枴?.8.解碼器 將從信道接受到信息進行解碼 A 率解壓： 對解碼后的信號量化值進行擴展,得到重建信號。 零階保持器(Zero-Order Hold): 零階保持完成將重建信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)信號。 浮點示波器(Floating Scope)： 將產(chǎn)生的信號波形顯示出來。在本實驗中將原信號波形與恢復后的信號波形同時顯示在同一濾波器中,這樣可以直觀的比較信號的恢復程度。2. 用示波器用示波器scope觀察輸入的觀察輸入的chirp信號和編信號和編碼器輸出的信號碼器輸出的信號圖2-1圖2-2輸入Chirp信號輸出的信號波形是正弦波，而經(jīng)過編碼器輸出的信號波形是一個部分失真的矩形脈沖波

8、（二進制數(shù)字序列）。圖2-1是模擬信號，圖2-2是數(shù)字信號。問題2.1 觀察輸入的 Chirp 信號和編碼器輸 出的信號波形，可以發(fā)現(xiàn)什么特點？哪幅是模擬信號？哪幅圖是數(shù)字信號？3.用浮點示波器用浮點示波器floating scope觀察輸入的觀察輸入的chirp信號和解碼器輸出的信號信號和解碼器輸出的信號圖3-1圖3-2輸入Chirp信號輸出的信號波形是正弦波，而經(jīng)過解碼器輸出的信號波形是一個矩形脈沖波（量化值序列），解碼器把PCM信號還原成量化后的原樣值信號，也就是進行D/A變換圖3-1是數(shù)字信號圖3-2是模擬信號。問題3.1 觀察輸入的 Chirp 信號和解碼器輸出的信號波形，可以發(fā)現(xiàn)什

9、么點哪幅圖是模擬信號？哪幅圖是數(shù)字信號？PCM（pulse code modulation）是模擬信號變換為數(shù)字信號的一種調(diào)制方式（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）。也就是把連續(xù)的輸入信號變換為時間域和振幅上都離散的量，然后再把它變?yōu)榇a進行傳輸。四、實驗問題問題4.1 什么是 PCM？ 它有什么作用？模擬信號數(shù)字化一般要經(jīng)過三個步驟：（1）抽樣，就是以相等的間隔時間來抽取模擬信號的樣值，使連續(xù)的信號變成離散的信號。（2）量化，就是把抽取的樣值變換為最接近的數(shù)字值，表示抽取樣值的大小。（3）編碼，就是把量化的數(shù)值用一組二進制的數(shù)碼來表示。問題4.3 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號一般要經(jīng)過幾個步驟？ 在數(shù)字通信中，信息源

10、給出的信號是模擬信號，經(jīng)過抽樣（模擬信號被抽樣后，成為抽樣信號，也就是時間上離散，取值上連續(xù)的離散模擬信號）、量化（使抽樣信號變成量化信號，時間和取值都是離散的數(shù)字信號，故量化信號已經(jīng)是數(shù)字信號了，它也可以看成是多禁止的數(shù)字脈沖信號）其轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。問題4.4 在數(shù)字通信中，為什么要進行抽樣和量化？什么是抽樣、量化和編碼？ 抽樣是把連續(xù)時間模擬信號轉(zhuǎn)換成離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號； 量化是把離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間離散幅度的數(shù)字信號； 編碼是將量化后的信號編碼形成一個二進制碼輸出。 由于實際取樣脈沖不可能是理想的沖激函數(shù)而引入的孔徑失真;由于無窮內(nèi)插公式和許多高頻分量而混入了插入噪聲;以及因解碼端再生取樣脈沖時而導致的定時抖動失真等。表現(xiàn)在恢復的圖像成階梯形,而不圓滑。五、實驗誤差分析 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源經(jīng)過抽樣、量化、編碼實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字傳輸。 在前面章節(jié)學習過，只有信源中每個符號以等概率獨立出現(xiàn)時，信源的熵（平均信息量）最大。采用編碼的方法可以改變概率和符號出現(xiàn)的及減少符號之間的相關性（增加獨立性），從而提高符號的