通信原理 第六章讲解
38页1、2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,1,6.6.2 差分脉冲编码调制(DPCM) 6.6.3 增量调制( ) TDM(补充) 6.8 数字音频传输和数字音频记录 6.9 JPEG 图像编码标准,第6章 信源与信源编码,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,2,一、DPCM,PCM系统的问题:在PCM系统中,在对信息信号抽样以后,通过使用标量量化器,分别将每个抽样值独立地量化。这说明,先前的抽样值并不对新抽样值的量化产生影响。 然而,当一个带宽限制随机过程以奈奎斯特速率或更高速率抽样时,抽样值通常是互相关的随机变量,除非随机过程的频谱在带宽范围内是平坦的(如白噪声)。 这表示先前的抽样值含有关于下一个抽样值的信息,而这些信息可以用来提高系统的性能。,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,3,DPCM的基本思想 DPCM:差分脉冲编码调制 DPCM是PCM系统的改进形式。 它对两个相邻抽样值的差值进行量化。由于两个相邻抽样值的互相关性很大,而它们的差值变化很小,因而只需较少的比特数进行量化就可以达到一定程度的性能。,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,4
2、,DPCM系统,Q:均匀量化或非均匀量化 T:延迟器,延迟为一个抽样间隔,发送端,接收端,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,5,基于发送端框图,可得 且 量化器(Q)输入端和输出端之间的量化误差:,即:,+,-,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,6,如果对 和 选择一样的初始条件,即:,在接收端有:,上式表明, 和其量化值之间的量化误差, 和其量化值之间的量化误差相等。 然而, 的变化范围与 的变化范围相比要小得多,因此可以用较少的比特数进行量化。,将该结果代入(B)式,可得:,通过比较(A)式(C)式,所有的n下,有:,+,+,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,7,因为 选择 ,(零初始状态),可得: 因此,要想得到 和 ,只须计算 的 累加值。 如果使用脉冲代替抽样值,则累加器将变为积 分器。, 简单形式-实现,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,8,简化的DPCM 系统模型为:,+,-,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,9,性能分析,抽样频率 信号频率 量化比特数,在DPCM(话音)传输系统中,通常采用4比特量化。因此:
3、典型的数据速率(话音):,对于频率为 的正弦信号,有:,量化信噪比:,取决于,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,10,二、增量调制(M:Delta modulation),增量调制是简单的DPCM方案。 增量调制原理,如下图所示 :,量化,编码,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,11,M系统,+,-,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,12,在设计增量调制系统时,步长是一个十分重要的参数。如果值很大,则调制器很快适应输入信号的快速变化,但同时在输入信号变化缓慢时会导致过分大的量化噪声。这种情况如下图所示:,量化台阶 :,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,13,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,14,假定输入的正弦信号为:,故,斜率表示为,为避免(斜率)过载失真,我们选择步长为:,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,15,调制系统的性能,2)不同的信号(频率 fk )分量性能有差异。,注意:,代价,传输速率(带宽)的增加,1) 系统性能随抽样频率呈3次方关系。,3)DPCM的特例:,2019/11/12,山东大学 曹叶文
4、 教授,16,如上所述,过大的步长会导致粒状噪声,而过小的步长则会导致斜率过载失真。,自适应M,自适应M的思想: 根据输入信号的变化(快慢)来改变步长。如果输入信号变化很快,则选择较大的步长,这样输出就能够很快地跟踪输入信号,因此不会导致斜率过载失真。当输入信号比较平坦时(变化较慢),选择较小的步长值以防止粒状噪声的产生。,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,17,三、时分复用(TDM),时分复用: 多用户在时域上共享信道的通信方式。在TDM系统中,用户需周期性的占用公共信道的一小部分时隙,用来传输信息。如下图所示:,TDM:Time division multiplexing,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,18,N:共享信道的(时分)用户数。 :每隔时间段 重新分配一个时隙给用户,称为帧周期。 (例,PCM系统的抽样间隔) :时间槽( ),是一个时隙的时间长度, 即, 在给定的时间槽 处,用户 i 传输它相应的用户信息。,TDM的参数:,2019/11/12,山东大学 曹叶文 教授,19,S1(t),S2(t),两路模拟信号的TDM示意图,Tf,tc,注意帧
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