現(xiàn)代通信概論第二章

2.1電話通信

2.2光纖通信計算機與通信工程學院通信工程系第2章有線通信上次課內容回顧：什么是交換？簡述電路交換（舉例）的基本過程？什么是報文交換（舉例）？分組交換（舉例）與報文交換有什么區(qū)別？電路交換和分組交換的主要區(qū)別有哪些？2.1電話通信電話通信發(fā)展電話通信基礎電話機常用部件語音信號數(shù)字化附：電話機的發(fā)展概況自1876年貝爾在美國波士頓發(fā)明了世界上第一部電話機以來，已有100多年的歷史。這100多年里，出現(xiàn)了各種各樣的電話機。電話機的發(fā)展主要經歷了以下三個階段：人工、機械、電子式

附：電話機的發(fā)展概況1．人工電話機—第一代電話機人工電話機一般指無撥號裝置的電話機，它需要與人工交換機配合使用，其接線、拆線過程由話務員手工完成。電話通話過程需要有直流電源來供電，按電源供給方式分為磁石式和共電式兩種。附：電話機的發(fā)展概況（1）磁石式電話機磁石式電話機是一種比較古老的人工電話機，我國在二十世紀七十年代之前廣泛使用這一機種型。該話機主要由送話器、受話器、手搖發(fā)電機、電鈴、干電池（3V）組成。因手搖發(fā)電機上有兩塊永久磁鐵而得名。磁石式電話機是利用機內的手搖發(fā)電機向人工交換機發(fā)出呼叫信號的，而通話時，送話器所需直流是由機中的3V（2個1.5V干電池）提供的。（2）共電式電話機所謂“共電”，即通話用電源統(tǒng)一由交換機集中提供，也是人工式電話機，仍屬第一代產品。它與磁石式話機的不同之處在于，共電話機取消了機內手搖發(fā)電機和外接電池，而其內部電路與磁石的基本相同。附：電話機的發(fā)展概況附：電話機的發(fā)展概況2．撥號盤式電話機----第二代電話機3．全自動電話機——第三代電話機脈沖按鍵式電話機音頻按鍵式電話機，全稱雙音多頻（DTMF）電話機，也稱雙音頻電話機。是從50年代起為配合程控交換機而發(fā)展起來的一種新型話機。脈沖／音頻兼容按鍵式電話機，在話機側面設有一個轉換開關（P／T）作為選擇2.1.1電話通信基礎一、簡單電話通信系統(tǒng)二、聲學基礎及人類的聽覺特性1．聲音的產生

聲音是由振動著的物體產生的。人發(fā)聲是由于聲帶振動的結果；受話器（聽筒）能發(fā)出聲音，是由于受話器內有一膜片2.1.1電話通信基礎2．聲音的描述振動的振幅、周期和頻率聲波的振幅越大，聽到的聲音也就越大反映在聽覺上，頻率高的聲音則音調高，頻率低的聲音則音調低。三、語聲信號的特性1.語聲信號的頻譜和能量

①語聲的頻率范圍人的說話聲音是復音，一般話音的頻率范圍為80Hz～8kHz。歌唱家的頻譜要寬的多，大概為82～10KHz各種樂器發(fā)聲的頻譜范圍一般要到20～20KHz2.1.1電話通信基礎話音頻率包括基頻及較基頻為高的各種頻率成分（諧波成分）。通?；l部分表征信息，而由音色則可辨認每一種聲音。正因為不同聲源有不同的音色，所以人們才能辨別出不同樂器等聲音。2.1.1電話通信基礎②能量分布(P21)語聲的能量用dB表示

語聲信號低頻部分包含的能量大，高頻部分包含能量小.2.1.1電話通信基礎并且通過實驗可以得出：若除去語聲信號中500HZ以下頻率成分，語聲的平均能量下降60%；若除去1500HZ以上頻率成分，語聲的平均能量只減少12%（但此時信號就不夠清楚了）。2.1.1電話通信基礎2.語聲信號幅度分布特性（P22)語聲信號幅度分布特性，該表達式稱高斯分布：其中：x為信號瞬時幅度值，p(x)表示信號幅度大小出現(xiàn)的概率。語聲信號小信號出現(xiàn)概率大，大信號出現(xiàn)概率小。特別是x=0時，p(x)值最大，這主要是由于通話過程中的停頓和聽對方說話的時間內不發(fā)音所致。

2.1.1電話通信基礎3.語聲信號的動態(tài)范圍（p22）通常我們把波形的最大幅值與最小幅值之比定義為語聲信號的動態(tài)范圍。動態(tài)范圍一般是將上述比值求對數(shù)后用分貝dB表示

要使語聲比較生動，動態(tài)范圍不能太小。通常電話通信考慮到各種因素的影響后，設備的動態(tài)范圍應滿足不小于40dB。交響樂、戲劇等聲音的動態(tài)范圍可高達60～80dB2.1.1電話通信基礎4.對語聲還原的評價①清晰度(可懂度)：②自然度：2.1.1電話通信基礎5.電話系統(tǒng)中的語聲傳輸頻帶(P23)兼顧清晰度和能量兩個方面，又考慮到提高線路利用率和簡化通信設備1938年國際電聯(lián)的前身國際電報電話咨詢委員會（CCITT）建議采用300～3400Hz的頻帶范圍。因該頻段為低頻信號部分，包含的能量大，且清晰度可達到90％。從此以后，這一建議被世界各國普遍采用，我國各種制式的電話機，工作頻帶均采用300Hz～3400Hz。

2.1.1電話通信基礎2.2.2

電話機的專用部件

電話機要想正常工作，必須有送話器、受話器進行電信號與語音的互相轉換。打電話時需要撥號盤，接電話時要有振鈴器，當然還有一些叉簧、開關、接插件和線繩等輔助器件。一、送話器：在聲波的作用下，能按照聲壓變化規(guī)律，產生相應的變化電流，是一種把聲能轉換成電能的聲電轉換器。最早送話器是炭精送話器。目前在按鍵電話機中常用的送話器:駐極體送話器、動圈式送話器、電磁式送話器和壓電陶瓷送話器。

2.2.2

電話機的專用部件

（1）炭精送話器（P24）2.2.2

電話機的專用部件

（2）駐極體送話器(p26)駐極體也叫永電體，它是一種永久帶電的物體。駐極體送話器的關鍵部件為駐極體振動膜。它是從70年代開始發(fā)展起來的一種新型聲／電轉換器。2.2.2

電話機的專用部件

將一片已經極化帶電的振動膜放到電話機的話筒中，它和話筒的金屬底座板之間就構成了一只電容器。根據(jù)靜電感應原理與駐極體振動膜相對峙的金屬底座板就會感應出大小相等方向相反的電荷。2.2.2

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二、受話器：電/聲轉換部件。受話器按能量轉換原理可分為：電磁式受話器、壓電式受話器和動圈式受話器三種。我國最早開發(fā)生產的受話器是電磁式受話器，后來發(fā)展了壓電式受話器，近幾年來國內許多廠家正在大力發(fā)展高質量的動圈式受話器。下面主要以早期最普遍使用的電磁式受話器為例，介紹一下受話器的工作原理。2.2.2

電話機的專用部件

（1）電磁式受話器(P27)它亦是由四部分組成：永久磁鐵、線圈、電磁鐵及振動膜片。2.2.2

電話機的專用部件

（2）動圈式受話器（P28）動圈式受話器的特點是線圈和振動膜片連在一起，且線圈是套于永久磁鐵與極靴的間隙中。2.2.2

電話機的專用部件

三、撥號盤撥號盤又稱發(fā)號器或選呼設備。撥號盤就是電話機發(fā)出呼叫信號的接口部件。按送出選擇信號方式的不同，撥號盤可分為兩種，一種是機械旋轉式撥號盤，另一種是按鍵式撥號盤。目前普遍使用的撥號盤是按鍵式撥號盤2.2.2

電話機的專用部件

（1）旋轉式撥號盤電流每斷續(xù)一次就送出一個斷續(xù)電流稱為直流撥號脈沖，從而將由交換機供給電話機的直流電流變成與撥號數(shù)字相對應的撥號脈沖，達到把對方電話號碼告訴交換機的目的。（P35）這種以脈沖個數(shù)表示對方電話號碼的撥號方式稱為脈沖撥號方式。脈沖撥號方式2.2.2

電話機的專用部件

（2）按鍵式撥號盤旋轉式撥號盤由于是機械旋轉，存在著兩個主要問題：一是容易出故障，撥號盤因卡住不轉或回轉速度不合標準常常出現(xiàn)錯號；二是回轉需要一段時間，尤其是撥8、9、0等高位號碼時，更費時間。這樣，占用了線路，降低了電話交換設備的有效利用率。2.2.2

電話機的專用部件

按鍵撥號盤也稱電子號盤，由按鍵開關和電子線路組成。它所發(fā)出的信號目前為：雙音多頻信號每當用戶按一個數(shù)字鍵時，電話機便向線路送出兩個音頻正弦信號(雙音)組合成的混合信號。程控交換機根據(jù)頻率數(shù)字分離技術接收鑒別后便能得知用戶所撥電話號碼，如圖2-15所示。2.2.2

電話機的專用部件

按鍵上的每一個數(shù)字鍵（0－9）和符號鍵（＃、*）均分別用高、低兩個正弦波單音頻組合信號來代表

兩個音頻信號分別從4個低頻組的頻率和3個高頻組的頻率中選擇兩個組成的,簡言之“七中取二”。該種撥號方式稱為雙音多頻式撥號方式，簡稱DTMF（DualToneMultipleFrequency）方式。2.2.2

電話機的專用部件

具體話機的按鍵和相應頻率的關系如圖2-10所示：表中高、低頻率共組合成16個雙音碼作為撥號信號，其中A、B、C、D是備用碼。DTMF方式2.2.2

電話機的專用部件

四、輔助器件⒈振鈴器(P31)電子振鈴器是以電子元件組成的電子振鈴器，又稱音調振鈴器或電子鈴。如新式電子電話機中的振鈴器多為音調式振鈴器。音調振鈴器是由振鈴集成電路、電/聲換能器件及外圍電子器件組成。振鈴集成電路的功能是把25Hz振鈴電壓轉換為幾百到上千赫的兩種音頻，并且按一定周期（如10次每秒）輪流送出。2.2.2

電話機的專用部件

2．叉簧完成通話電路和振鈴電路與外線的接通、斷開轉換功能，它實際上也是一種開關。通話回路由“斷開”到“閉合”的狀態(tài)改變，能被交換機掃描識別。于是以這種方式，便可通知交換機相應用戶要打電話。2.2.2

電話機的專用部件

3．手柄、開關、接插件、線繩手柄又叫聽柄，它是裝送、受話器的地方。手柄用線繩與機座連為一體，完成通話任務。新式電話機使用了多種開關，以實現(xiàn)功能和性能的轉換。這些開關體積小，便于安裝。電話機中常用的開關有撥動式和按壓式兩種。接插件在電話機中完成各種部件之間的連接。線繩有兩條，分別稱為Ⅱ線繩和Ⅳ線繩，2.2.2

電話機的專用部件

語音信號數(shù)字化1、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成(1)非電/電轉換和電／非電轉換器非電／電轉換：若信源發(fā)出的信息是連續(xù)的模擬信息，如語聲，經非電/電(聲/電)轉換，連續(xù)變化的語聲就變成了模擬語音電信號，而后進入一次編碼器。電／非電轉換器：模擬信號經電／非電(電/聲)轉換后，恢復成語聲。（2）一次編碼/一次譯碼（信源編/譯碼）一次編碼：A/D變換，把模擬信號變換成數(shù)字信號。一次譯碼：D/A變換，把模擬信號變換成數(shù)字信號。（3）加密器\解密器：有時通信需要保密，則對一次編碼輸出的數(shù)字信號，可根據(jù)用戶的要求進行加密處理，加密器：把密電碼通過加密器加到信息碼流中去，改變原來信碼流碼元排列順序，所以加密器又叫擾亂器或搗亂器。解密器：即去掉密碼恢復原來信碼流碼元順序。（4）二次編碼/二次譯碼（信道編/譯碼）完成自動檢錯和糾錯功能，即差錯控制編譯碼的功能。

由于信道傳輸特性的不理想和噪聲的影響，數(shù)字信號在傳輸過程中往往會產生差錯，即誤碼（“1”誤成“0”，或“0”誤成“1”）現(xiàn)象。這種差錯，原則上是可以控制的，它是通過差錯控制編碼等手段來實現(xiàn)的。差錯控制基本原理：舉例發(fā)：明天14：00~16：00開會收：明天10：00~16：00開會收到這個錯誤通知后由于無法判斷其正確與否發(fā)：明天下午14：00~16：00開會

收：明天下午10：00~16：00開會

即可判斷出其中“10：00”發(fā)生了錯誤。這時，收者可以告訴發(fā)端再發(fā)一次通知，這就是檢錯重發(fā)。發(fā)：明天下14：00~16：00兩個小時開會收：明天下10：00~16：00兩個小時開會

不但能判斷出錯誤，同時還能糾正錯誤。差錯控制編碼的基本原理：

為了能判斷傳送的信息是否有誤（檢錯），又能糾正錯誤（糾錯），可以在傳送時增加必要的附加判斷數(shù)據(jù)（冗余碼）；（這些附加數(shù)據(jù)在不發(fā)生誤碼的情況之下是完全多余的，但）如果發(fā)生誤碼，即可利用被傳信息數(shù)據(jù)與附加數(shù)據(jù)之間的特定關系來實現(xiàn)檢錯和糾錯。說明：無論檢錯和糾錯，都有一定的識別范圍如上例中，若開會時間錯為“16：00--18：00”，則無法實現(xiàn)檢錯與糾錯，因為這個時間也同樣滿足附加數(shù)據(jù)的約束條件，這就應當增加更多的附加數(shù)據(jù)(即冗余)。具體講：

為了使信源代碼具有檢錯和糾錯能力，應當按一定的規(guī)則在信源編碼的基礎上增加一些冗余碼元(又稱監(jiān)督碼)，使這些冗余碼元與被傳送信息碼元之間建立一定的關系，發(fā)信端完成這個任務的過程就稱為誤碼或差錯控制編碼。在收信端，根據(jù)信息碼元與監(jiān)督碼元的特定關系，實現(xiàn)檢錯或糾錯，輸出原信息碼元，完成這個任務的過程就稱誤碼控制譯碼(或解碼)。為此，在發(fā)送端需要增加一個二次編碼器，而在接收端相應地需要一個二次解碼器。所以二次編碼又稱差錯控制編碼，是為防止傳輸中產生誤碼而采取的差錯控制編碼方法。

總結：差錯控制編碼根據(jù)功能不同可分為：

檢錯碼：只能發(fā)現(xiàn)差錯糾錯碼：既能發(fā)現(xiàn)差錯也能自動糾正差錯糾刪碼：具備識別錯碼和糾正錯碼的功能，而且當錯碼超過糾正范圍時可把無法糾錯的信息刪除。信源編碼和信道編碼在數(shù)字通信中，根據(jù)不同的目的，編碼分為信源編碼和信道編碼兩大類。為了提高數(shù)字信號的有效性以及為了使模擬信號數(shù)字化而采用的編碼稱為有效性編碼或信源編碼；為了提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼稱為可靠性編碼或信道編碼。所以上述一次編碼屬于信源編碼范疇；二次編碼屬于信道編碼的范疇。（4）調制器/解調器

調制：將輸入數(shù)字信號變換成適合于信道傳輸?shù)男问?，使信號能較好的通過信道到達接收端。

例：信源所發(fā)出的原始信號（基帶信號），一般為低頻率的信號低頻信號要以無線電方式進行通信，必須要通過調制將其加載到更高頻率的載波上，才能有效地發(fā)往天空。說明：具體的數(shù)字通信系統(tǒng)并非一定要按上圖所示那樣包括所有的方框，應視具體情況而定。若信息源發(fā)出的信號已經是數(shù)字信號，則無需A/D和D/A轉換；不需要保密時，就不用加密器和解密器。傳輸話音信息時，既使有少量誤碼，也不影響通信質量，一般不需加二次編解碼在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，不需要調制和解制部分。1、信源編/譯碼模擬信號數(shù)字化技術：將信源輸出的模擬信號轉換成數(shù)字信號。例如：語音、圖像（語音信號是一維的，圖像信號是多維的）語音編碼：語音信號數(shù)字化；脈沖編碼調制(PCM)和增量調制（△M）被廣泛應用。圖像編碼：圖像信號數(shù)字化。幅度和時間離散化外，還須在空間上也同時離散化（隱含在時間離散化中）。對于彩色圖像，還需要將給定色度空間的三基色（或三原色，如紅，綠，藍）值也進行離散化。上次課內容回顧：語音信號還原的評價。（兩個指標）電話語音信號的頻率范圍。（CCITT）簡單點對點電話通信系統(tǒng)組成框圖及各部分作用。點對點數(shù)字通信系統(tǒng)組成框圖及各部分作用。差錯控制基本原理：舉例發(fā)：明天14：00--16：00開會收：明天10：00--16：00開會收到這個錯誤通知后由于無法判斷其正確與否發(fā)：明天下午14：00--16：00開會

收：明天下午10：00--16：00開會

即可判斷出其中“10：00”發(fā)生了錯誤。這時，收者可以告訴發(fā)端再發(fā)一次通知，這就是檢錯重發(fā)。發(fā)：明天下14：00--16：00兩個小時開會收：明天下10：00--16：00兩個小時開會

不但能判斷出錯誤，同時還能糾正錯誤。1、基本概念脈沖編碼調制（PCM）：

PulseCodeModulation

對模擬信號的瞬時抽樣值量化、編碼，以將模擬信號轉換為數(shù)字信號的方法。PCM過程包含采樣、量化、編碼三個步驟。語音信號數(shù)字化方法：脈沖編碼調制（PCM）2、PCM系統(tǒng)的組成（1）模／數(shù)變換

抽樣：把模擬信號在時間上離散化。即使模擬信號變?yōu)槌闃用}沖序列又稱脈沖幅度調制（PAM）信號。

量化：將抽樣得到的信號在幅度上離散化；即把PAM信號在幅度上離散化，變?yōu)榱炕担ü灿蠳個量化值）。

編碼：用相應的二進碼來表示N個量化值。（2）信道部分：包括傳輸線及再生中繼器（3）數(shù)／模變換解碼：編碼反過程，解碼后還原為PAM信號。低通：由PAM信號恢復或重建原模擬信號。PCM單路抽樣、量化、編碼波形圖：Step1抽樣

模擬信號數(shù)字化的第一步：抽樣將模擬信號在時間上進行離散化的過程。在語音信號的波形范圍內，以一定的時間間隔提取模擬信號瞬時幅度值。

這樣就把連續(xù)的話音信號變成了一個個分離的、等距離的電脈沖，即時間上連續(xù)的模擬語音信號處理成了在時間上離散的信號。抽樣后所得出的一系列在時間上離散的抽樣值被稱為樣值序列，或PAM信號。Step1抽樣1.抽樣的描述連續(xù)信號在時間上離散化的抽樣過程如圖所示：抽樣過程具體描述：對于某一時間連續(xù)信號f(t)，僅取?(to)、?(t2)、?(t3)、……?(tn)等樣值。于是信號?(t)就變成了時間離散信號?S(t)，完成了對?(t)信號的抽樣過程。

Step1抽樣抽樣是由抽樣門完成圖中用脈沖（開關）信號sT(t)（等間隔的幅度為1的脈沖信號）來控制開關K—抽樣門的通斷。每間隔△T時間控制開關閉合一次，就可以實現(xiàn)對信號f(t)的抽樣。模擬信號m(t)時間上離散化

樣值序列s(t)Step1抽樣2.抽樣的具體實現(xiàn)在電路上可通過乘法器來實現(xiàn)，如圖所示。用數(shù)學公式可描述為：fs(t)＝f(t)×sa(t)。

3.抽樣定理抽樣的可行性：若在發(fā)送端要把一段模擬語聲信號傳到對方，不一定要傳信號上的每一點抽樣的原則：保證接收端從樣值序列不失真地恢復出原始信號。時間上連續(xù)的信號通過抽樣變成了時間上離散的信號，為保證信息的正確傳遞，則要求離散后的樣值序列不能丟失原來信號的信息；換句話說把f(t)變成fs(t)，要求對fs(t)作適當處理后，能無失真恢復原信號f(t)。

Step1抽樣奈奎斯特準則（抽樣定理）

設連續(xù)時間信號f(t)，其最高截止頻率為fm，若用時間間隔Ts≤1/(2*fm)的開關信號s(t)對f(t)抽樣，則f(t)可被抽樣后的離散信號fs(t)唯一地確定。抽樣定理告訴我們：只要按抽樣定理的周期進行抽樣，就能由離散樣值序列重建原始模擬信號。

Step1抽樣4．語音信號抽樣周期語聲信號的頻率為300--3400Hz，則最高截止頻率fm=3400Hz。

根據(jù)抽樣定理，抽樣周期：TS≤1/(2fm)=1/(2*3400)≈1/(2*4000)=125μs（為計算方便）。抽樣頻率：?S=1/TS=1/125μs=8KHz的抽樣頻率（即抽樣頻率）

對300--3400Hz的電話語聲信號8000次/s抽樣，則抽樣后的樣值序列可完整的恢復原來的語聲信號。

Step1抽樣Step2量化

量化：把幅度連續(xù)變化的樣值序列變換為幅度取值為有限個的離散樣值序列的過程就是量化。1.量化的必要性模擬信號經抽樣后得到了樣值序列。各抽樣值沿時間坐標軸t是離散分布的，但每個抽樣值沿幅度坐標軸的變化是隨原模擬信號幅度連續(xù)變化的。因此，它很難用有限位數(shù)的數(shù)字信號來表示，為此需要對樣值序列進一步處理，使它成為在幅度上是有限種取值的離散樣值序列。Step2量化2.量化方法：用分層方法可實現(xiàn)量化。把信號變化的動態(tài)范圍劃分為若干個區(qū)間（層），只要某樣值信號落在某個區(qū)間內，就取該區(qū)間內預先規(guī)定的某個參考電平（如該區(qū)間的中間值）作為量化值。Step2量化劃分的區(qū)間有多少個，量化值就有多少個。于是就用近似的方法將無限個樣值變成了有限個量化值。問題：量化級N＝8的量化器，量化值總共有多少種？劃分的區(qū)間有多少個，量化值就有多少個

幾個概念量化級：量化區(qū)間稱為量化級，或量化間隔。()量化電平：區(qū)間內預先規(guī)定的某個參考電平，也稱量化值。量化誤差：抽樣值與量化值之差，也稱為量化噪聲。Step2量化相對量化誤差：量化誤差/量化值最大相對量化誤差：最大量化誤差/量化值量化信噪比：衡量量化噪聲對信號影響的指標。S/D（dB）=10lg(信號平均功率/量化噪聲功率）（dB）說明：量化中分級的多少可根據(jù)要求而定，因為量化結果與樣值的實際情況總會有偏差，級數(shù)分得越多量化誤差越小，通信質量越高，但設備結構和電路就越復雜，目前大多分為256級。

（話音信號傳輸要求，要求量化信噪比≥26dB）Step2量化Step2量化3、量化的分類：均勻量化：量化間隔相等的量化。非均勻量化：量化間隔不相等的量化。（1）均勻量化：量化間隔相等例如：某信號f(t)的幅度變化范圍為0.5--8.5V，采樣10次，其值分別為f(t0)--f(t9)Step2量化Step2量化由上表可知，對于均勻量化，在量化區(qū)內，因為大小信號的量化間隔相同（△u＝1），信號無論大小其最大量化誤差相同均為：＝0.5v，不會因信號幅度的改變而改變。信號樣值幅度越大，相對量化誤差越小，量化信噪比越大；信號樣值幅度越小，相對量化誤差越大，量化信噪比越小。均勻量化的特點：小信號的量化信噪比小，大信號的量化信噪比大。Step2量化均勻量化的缺點：均勻量化方式對傳輸大信號極為有利，對傳輸小信號不利。語聲信號的幅度分布特性為：大信號出現(xiàn)的概率小，小信號出現(xiàn)的概率大；因此，均勻量化對傳輸語聲信號是不利的。具體表現(xiàn)是通話時聲音越小時，傳到對方越小甚至被噪聲所淹沒。解決上述問題的方法減小量化間隔，增大量化級數(shù)將量化區(qū)間分得更細一些，即△u要小，量化分層數(shù)N要多。于是編碼位數(shù)就會相應增加，結果將導致編碼及編碼器復雜，信道利用率降低。編碼復雜信道利用率下降非均勻量化Step2量化Step2量化（2）非均勻量化①非均勻量化的目的、思想目的：減小小信號時的量化誤差，提高小信號時的量化信噪比。—-使信噪比趨于一致。由最大相對量化誤差公式：產生均勻量化的“小信號量化信噪比小”現(xiàn)象的原因：是由均勻量化時的量化間隔△u是固定值，它不隨信號幅度的變化而變化。小信號相對量化誤差大，大信號相對量化誤差小。思想：信號幅度區(qū)間小時，量化間隔△u小些，即分層細一些；信號幅度區(qū)間大時，量化間隔△u大些，即分層粗一些；以使大小信號相對量化誤差（量化信噪比）趨于一致。②非均勻量化的實現(xiàn)方法：采用壓縮擴張技術來實現(xiàn)對抽樣信號非均勻量化。Step2量化由最大相對量化誤差公式：為達到使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，可采取一種等效途徑：首先通過人為變換，對樣值進行處理χ→y，即y=f(x)以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。然后再對處理后的y樣值區(qū)間進行均勻量化以保證量化間隔△u′一致（△u變?yōu)椤鱱′）。

達到大小信號量化信噪比趨于一致的目的。目前國際上有兩種不同的標準：A律十三折13折線A律主要用于英、法、德等歐洲各國的PCM設備中，我國也采用A律13折線。μ律十五折線15折線μ律主要用于美國、日本和加拿大等國的PCM設備中。Step2量化13折線A律壓擴曲線Step2量化Step2量化A律13折線的生成：13折線A律是從非均勻量化的基點出發(fā)，設法用許多折線來逼近A律對數(shù)壓擴特性的。設在直角坐標系中，x軸和y軸分別表示輸入信號和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最大取值范圍都是＋1～－1，即都是歸一化的。歸一化的壓縮器輸入電壓

x=壓縮器的輸入電壓/壓縮器可能的最大輸入電壓歸一化的壓縮器輸出電壓y=壓縮器的輸出電壓/壓縮器可能的最大輸出電壓Step2量化段號輸入信號x=（-1～1）區(qū)間長度LX87654321[1/2，1][1/4，1/2][1/8，1/4][1/16，1/8][1/32，1/16][1/64，1/32][1/128，1/64][0，1/128]1/21/41/81/161/321/641/1281/128

為達到非均勻量化的目的，A律13折線分兩步生成：

第一步，把x軸的區(qū)間［－1，1］不均勻地分成16大段，正半軸8大段，負半軸8大段。Step2量化Step2量化

第二步，將以上8個不均勻大段的每一段，再均勻地分成16等份，每一等份代表一個量化級。Step2量化

因此，將x軸的0～1的變化域分成了16×8＝128個非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進行非均勻量化；另外，對-x軸也作同樣的分段處理，則x軸坐標共有256個非均勻量化級。

對于y（或-y）軸的0～1的變化域被均勻地分成8大段，每大段再均勻地分成16等份，故y軸同樣也被分成128×2＝256個等份段號

輸出信號Ｙ=（-1～1）區(qū)間長度Lｙ87654321[7/8，1][6/8，7/8][5/8，6/8][4/8，5/8][3/8，4/8][2/8，3/8][1/8，2/8][0，1/8]1/81/81/81/81/81/81/81/8Step2量化Step2量化將x軸坐標和y軸坐標作以上分段處理后，再將相應大段的坐標交點連接起來，得到16段折線段，由于正方向1、2段與負方向1、2段具有相同的斜率，因此可連在一起作為一段，于是16段折線從形狀上變成了13段折線段號輸入信號x=（-1～1）區(qū)間長度LX輸出信號Ｙ=（-1～1）區(qū)間長度Lｙ斜率k段號87654321[1/2，1][1/4，1/2][1/8，1/4][1/16，1/8][1/32，1/16][1/64，1/32][1/128，1/64][0，1/128]1/21/41/81/161/321/641/1281/128[7/8，1][6/8，7/8][5/8，6/8][4/8，5/8][3/8，4/8][2/8，3/8][1/8，2/8][0，1/8]1/81/81/81/81/81/81/81/81/41/21248161612345612345678[0，-1/128][-1/128，-1/64][-1/64，-1/32][-1/32，-1/16][-1/16，-1/8][-1/8，-1/4][-1/4，-1/2][-1/2，-1]1/1281/1281/641/321/161/81/41/2[0，-1/8][-1/8，-2/8][-2/8，-3/8][-3/8，-4/8][-4/8，-5/8][-5/8，-6/8][-6/8，-7/8][-7/8，-1]1/81/81/81/81/81/81/81/8161684211/21/489101112137Step2量化該折線被稱為A律13折線。Step2量化Step3編碼圖3-3中，量化級共有6級，所以可用“3”位二進制“0”和“1”的不同組合來表示。編碼：是用相應的數(shù)字信號碼組表示模擬信號的量化的抽樣值的過程。常用編碼方法:常用的編譯碼是根據(jù)A律13折線非均勻量化間隔的劃分直接對樣值編碼，稱為非均勻編碼（在編碼過程中實現(xiàn)了非均勻量化），接收端再進行非均勻解碼，即直接非均勻編解碼法。Step3編碼譯碼：與編碼的作用相反，是把數(shù)字信號碼組還原成對應模擬信號的量化的抽樣值過程。編碼由編碼器完成，譯碼由譯碼器完成。Step3編碼1.編碼的位數(shù)和碼位的安排編碼后的一個碼組中需要有幾位二進制碼，與量化時的級數(shù)有關。所以現(xiàn)在使用的PCM系統(tǒng)中，編碼位數(shù)的選擇取決于PCM量化級數(shù)。例：通過上述A律13折線的生成可知，A律13折線正軸有8個大的量化段，每個量化段又均勻分成16等份，每一份稱為一個量化級。對-x軸也作同樣的分段處理。量化級數(shù)N＝2（正負極性）×8（段）×16（等份）＝256，所以需8位二進制碼。第1位二進制碼a1：稱為極性碼，表示樣值信號極性的正負（如“1”表示正，“0”表示負）3位二進制碼a2a3a4：稱為段落碼，表示8大段落4位二進制碼a5a6a7a8：稱為段內碼，表示每一大段的16等份a1，a2a3a4，a5a6a7a8

極性碼段落碼段內碼Step3編碼Step3編碼2.編碼的碼型編碼碼型:編碼的碼型指的是把模擬信號抽樣值量化后的所有量化級，按其量化值的大小次序排列起來，并列出各自對應的碼組，這個整體稱為碼型。PCM通常采用二進制碼進行編碼，利用二進制碼組編碼時，常用的碼型有三種：一般二進碼循環(huán)碼(格雷碼)折疊碼

上述將模擬信號取樣、量化、再將量化所得離散幅值用一組二進制碼表示（即編碼）的過程，就是所謂脈沖編碼調制（PCM）過程。在PCM通信系統(tǒng)中，一路帶寬為4kHz的模擬語音信號是如何變成64kbit/s的數(shù)字語音信號的？抽樣：8kHz速率的取樣；非均勻量化：每個樣值又非均勻量化為256個不同量化級中的一個；編碼：每個量化值再編碼為8位折疊二進制碼碼速為：8000×8=64kbit/sStep3編碼上次課內容回顧：PCM含義、過程。抽樣定理（Nyquist奈奎斯特準則）。量化的目的。非均勻量化的思想、目的、實現(xiàn)方法。4kHz模擬語音信號經過PCM數(shù)字化后碼速率是多少？如何得來的？數(shù)字傳輸技術數(shù)字基帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字傳輸技術數(shù)字信號：數(shù)字終端設備直接產生（如計算機、電傳機等）A/D轉換后不同的信道具有不同的頻率特性。數(shù)字信號在信道中的表現(xiàn)形式取決于信道，不同的信道要求的信號形式不同。無線信道：（自由空間），只能傳輸較高頻率的信號。有線信道：（電纜或光纖信道），能傳輸?shù)男盘柺菑牧泐l開始的。通常數(shù)字信號的傳輸方法有兩種：基帶傳輸頻帶傳輸（又稱載波傳輸、調制傳輸）。1.數(shù)字基帶信號從波形上看，數(shù)字信號一般是由不同電壓極性（如＋5V或－5V）表示的矩形脈沖(其頻率成分從零頻開始一直擴展到很高頻率）矩形脈沖的固有頻寬稱做基本頻帶，即基帶，上述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字基帶信號。（如PCM等）數(shù)字基帶傳輸2.基帶傳輸將未經調制變換的基帶信號直接送往信道中傳輸?shù)膫鬏敺绞胶唵握f來，就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。如在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，可以讓基帶信號直接進行傳輸。如短距離的脈沖編碼調制（PCM）局間中繼、局域網計算機間的數(shù)據(jù)傳送常采用基帶傳輸方式。