基于pcm编解码电路研究 X页.docx

实训报告课 程：电视技术实训项目：编解码电路!!■电气电子工程学院13级应用电子技术（3+2） —班 杨宗欣23号成 绩:指导教师:日 期：2014年11月 日节课大连职业技术学院网中PCM编解码电路研究1概述PCM： Pulse Code Modulation的缩写，即：脉冲编码调制卩CM是用于将一个模拟 信号（如话音）嫁接到一个64kbps的数字位流上，以便于传输卩CM将连续的模拟信号 变换成离散的数字信号，在数字音响中普遍采用的是脉冲编码研制方式，即所谓的PCM （PULSE CODE MODULATION）oPCM编码是Pulse Code Modulation的缩写，乂叫脉冲编码调制，它是数字通信的 编码方式之一，其编码主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使 其离散化，同吋将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同吋将抽样值按一组二进制码 来表示抽样脉冲的幅值PCM编码的最大的优点就是音质好，最大的缺点就是体积大 我们常见的Audio CD就采用了 PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息PCM方式是由取样，量化和编码三个基本环节完成的音频信号经低通滤波器带 限滤波后，由取样，量化，编码三个环节完成PCM调制，实现A/D变化，形成的PCM 数字信号再经纠错编码和调制后，录制在记录媒介上。

数字音响的记录媒介有激光唱片 和盒式磁带等放音吋，从记录媒介上取出的数字信号经解调，纠错等处理后，恢复为 PCM数字信号，由D/A变换器和低通滤波器还原成模拟音频信号将CD—PCM数字信号变换还原成模拟信号的解码器一称为CD—PCM解码器2 PCM的特点与前景PCM是为了用数字方式传输或存储模拟信号，对模拟信号进行数字化的一种方法 PCM被广泛用于通信中的语音传递和利用无线电传输的遥测系统中它把模拟信 号变为一系列在时间和幅度丄都离散化的数字信号，然后再进一步把己离散的信号以一 定的编码方法将其变为二进制代码其编码过程分为抽样、量化、压缩、编码儿个步骤在PCM中，波形的每个样本独立进行编码然而，以奈奎斯特速率或更高速率采 样的绝大多数信号（包括语音信号），其和邻的样本之间呈现明显的相关性，换言之， 相邻采样幅度间的平均变化较小所以，利用采样中多余度的编码方案将使语音信号的 码率降低一种简单的解决方法就是对相邻样木之差编码而不是对样木木身编码，由于相邻样 本之差比实际样本幅度小，所以表示差信号需要较小的位数这种普通方法的一种改进 方案是用前面的n个样本根据一定的规律来预测半前的样本，然后将预测值与实际值的 误差进行量化后传输，在根据误差信号，采用和发送端相同的预测方法恢复出原始信号。

特点是保真度高，解码速度快，缺点是编码后的数据量大我们常见的audio cd就采用了 PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息3PCM接口分类［5]3.1话音中继接n (FXO)当你希望进行呼叫：拿起机(FXO装置)FXS埠将检测你是否己经进入摘机 状态拨号码，该号码将作为双音多频(DTMF)数字被传送到FXS端口内向呼叫：FXS端口接受呼叫，然后向附着的FXO装置发送振铃电压铃响：尽快摘机以便进行呼叫应答结束呼叫：通常FXS端口依靠连接的FXO装置来结束呼叫3.2话音终端接口 (FXS)FXS英文全称为Foreign Exchange Station,外部交换站它是一种话音接口，是数 字交换系统和POTS之间的一个线路端连接它模拟PABX的分机接口(或中 心局的用户接口)，可实现一部普通机与一部多路复用器的连接简单的说它是直 接与普通模拟机、机、I卩相连的接口3.3 数据接口 (RS-232 串口)使用三根音频线，分别为收(Rx)、发(Tx)、地(GND),信号线与地线(信号地线, 非公共接地)之间有12V以内的直流电压，用万用表可直接测量3.4模拟四线接口 (4w E/M)使用六根音频线，分别为收(Rx)两根、发(Tx)两根、E/M各-根，信号线与地线(信 号地线，非公共接地)之间只有微弱的交流电压，用万用表难以测量出来。

4 PCM编解码原理4.1语音信号的数字化⑷语音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编 码三个过程⑶4.1.1抽样抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以丄的频率提取样值，变为在吋间轴上离散的 抽样信号的过程例如，话音信号带宽被限制在0.3〜3.4kHz内，用8kHz的抽样频率(fs), 就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号对一个止弦信号进行抽样获得的抽样信 号是•-个脉冲幅度调制(PAM)信号对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来 的模拟信号抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号低通连续信 号抽样定理内容：一个频带限制在 赫内的吋间连续信号，若以的间隔对它进行等间隔 抽样，则将被所得到的抽样值完全确定语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制(PAM) 信号4.1.2量化把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化 即：抽样信号虽然是吋间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范 围内，可有无限多个值显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的为 了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定 取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。

量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，半然有所失真，且不再是模拟信号 这种量化失真在接收端还原模拟信号吋表现为噪声，并称为量化噪声量化噪声的大小 取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声 也越小量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值量化误差在接收端表现为噪声，称 为量化噪声量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高， 频带越宽为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行 量化非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得 小，幅度大的区间量化间隔取得大非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的p律压扩，一种是欧洲和 我国采用的A律压扩在PCM-30/32通信设备中，采用A律13折线⑴的分段方法，具体是：Y轴均匀分 为8段，每段均匀分为16份，每份表示一个量化级，则Y轴一共有16x8=128个量化 级X轴采用非均匀划分来实现非均匀量化的H的，划分规律是每次按二分之一来进 行分段13折线示意图如下：V图1 A律13折线由于分成128个量化级，故有7位二进制码(27=128),又因为丫轴有正值和负值 之分，需加一位极性码，故共有8位二进制码。

4.1.3编码量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度 分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布若将有限个量化 样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一•个十进制数字代码(例如，赋予 样值0的十进制数字代码为0),在码前以“ + ”、“ 一 ”号为前缀，来区分样值的正、负, 则量化后的抽样信号就转化为按抽样吋序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信 号简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编 码根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长这种把 量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码话音PCM的抽样频率为8kHz,每个量化样值对应一•个8位二进制码，故话音数字 编码信号的速率为8bitsX8kHz=64kb/so量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减 小量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码因此，量化噪声随二进 制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小自然界中的声音非常 复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。

PCM通过 抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码在实际的PCM设备小，量化和编码是一起进行的通信小采用高速编码方式编码器分为逐次反馈型、折叠级联型和混合型三种，在PCM-30/32通信设备中通常采用逐次反馈型的编码器4.2时分复用冏所谓时分复用，是将某一信道按吋间加以分割，各路信号的抽样值依一定的顺序占用某一吋间间隔（也成吋隙），即多路信号利用同一信道在不同的吋间进行各自独立 的传输时分复用的特点：（1 ）复用设备内部各通路的部件基木通用（2 ）要求收、发两端同吋工作，要求有良好的同步系统时分复用的目的：个信道传输多路信号，即若干路信号可以采用吋分复用方式以 一定的结构形式复接成一路高速率的复合数字信号一群路信号数字复接包括bit复接和码组复接PCM-30/32路通信设备是采用码组复接的吋分复用系统PCM-30/32路系统的帧结构如下图所示Abcdabcd—CH2 f—CHHAhcdabcd■ W5fJ CH50f图2 PCM-30/32路系统的帧结构图中帧周期T= 1/8000秒=125us,将其平均分成32个吋隙，每个吋隙的吋间间隔为 125/32 = 3.91us,每一吋隙传送8位编码，每个码的吋间间隔为3.91us/8=488ns,每帧 共传送32X8 = 256位码字。

在30/32路PCM系统中，帧结构中第一个吋隙TS0用于传送帧同步信号，TS16 用于传送话路信令，故只有30个吋隙用于传送话音信号，所以只能提供30个话路半 采用共路信令传送方式吋，必须将16帧再构成一个更大的帧，称为复帧复帧的重复 频率为500Hz,周期为2msoH前数字都采用PCM方式对PCM系统，国际上采用PDH （准同步）复接 技术此技术有两种制式，一种是北美和日本采用的24路话音信号复接成--个基群的T 制，速率是1554kbit/sL种是欧洲和我国采用的30/32路话音信号复接成一-个基群的E 制，速率为2048kbit/so为了进一步提高信道利用率，国际电联规定四个基群复接成一 个二次群，四个二次群复接成一个三次群，四个三次群复接成一个四次群PDH系列存在诸如传输速率、帧结构和光纤接口等无世界性规范，逐级复用插入分支不灵活等问题，不能适应现代电信网的发展需要国际电联于1988-1993年提出并完善了同步数字系列(SDH)其复用结构如下图:图3复用结构在SDH中，其基础传输信号是同步传输模块(STM)o STM-1的传输速率为 155520kbit/s,STM-N 的传输速率为 NX 155520kbit/s,目前N 的取值为 1、4、16 和 64。

4.4频分多路复用频分多路复用C7](frequency-division multiplexing, FDM)这种方法是把传输信道的频 带分成好几个窄带，每个窄带传送一路信号例如，一个信道的频带为1400 Hz,把这 个信道分成 4 个子信道(subchannels)： 820〜990 Hz, 1230〜1400 Hz, 1640〜1810 Hz 和 2050〜2220 Hz,相邻子信道间相距240 Hz,用于确保子信道之间不相互干扰每对用 户仅占用其中的一个子信道这是模拟载波通信的主要手段5 PCM的应用5.1 PCM设备在小灵通中的应用很多认。