[工学]第二章 格式化和基带调制.ppt

第二章 格式化和基带调制格式化n格式化(formatting)：信号处理的最基本步 骤,其目的是使消息(源信号)适合于数字处理 2.1 基带系统2.1 基带系统n数字信息：不再格式化n文本信息：转换成二进制数n模拟信息：经过采样，量化，编码过程而 被格式化n格式化的结果均为二进制数据2.2 格式化文本数据(字符编码)n常用的标准格式：n美国信息交换标准码(ASCII)n十进制交换码(EBCDIC)n博多码n霍尔瑞斯码2.3 消息，字符和码元n数字化传输时，字符序列首先被编码成比特序列 ，称为比特流(bit stream)或基带信号(baseband signal).n然后从有限的码元组或M= 个码元的字符表中 ，将k比特的码组组合成新的数字或码元n使用码元集大小为M的系统称为M进制系统(M- ary system)2.3.1 消息，字符和码元的例子2.4 格式化模拟信息n2.4.1 采样定理n模拟波形以及采样信号之间的联系由采样过程确 定最常用的时采样保持(sample-and hold)n采样过程的输出：脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation, PAM)n持续的输出间隔可以由一个幅度经输入波形样值 获取的脉冲序列来描述。

2.4.1 采样定理n采样定理：频谱不超过fm赫兹的带限信号可以 由其等间隔采样值唯一确定，采样间隔为：n 称为奈奎斯特频率2.4.1.1 冲激采样n考虑使用一系列单位冲激函数进行理想采 样对x(t)的采样过程可视为将x(t)与单位冲 激序列相乘2.4.1.1 冲激采样可见，在时域对连续时间信号进行冲激串采样，就相当于在频域将连续时间信号的频谱以 为周期进行延拓2.4.1.2 自然采样n自然采样： 中每个脉冲的顶部都保持了 脉冲时间内响应的模拟部分的形状2.4.1.2 自然采样2.4.2 混叠2.4.2 混叠2.4.2 混叠2.4.2 混叠2.5 脉冲编码调制（PCM）nPulse Code Modulationn在现代通信系统中以PCM为代表的编码调制技术 被广泛应用于模拟信号的数字传输除PCM外， DPCM和ADPCM的应用范围更广nPCM的主要优点是：抗干扰能力强；失真小；传 输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声 不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和保 密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性 另外，PCM还可以在一个信道上将多路信号进 行时分复用传输。

nPCM编码通过抽样、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 PCM的量化方式均匀量化与非均匀量化n为便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的 整数次幂，有利于采用二进制编码表示n采用均匀量化时，其抗噪声性能与量化级数有关 ，每增加一位编码，其信噪比增加约6dB，但实 现的电路复杂程度也随之增加，占用带宽也越宽 因此实际采用的量化方式多为非均匀量化，通 常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化n在保持信号固有的动态范围前提下，在量化前将 小信号进行放大而对大信号进行压缩通常的压 缩方法有13折线A律和μ律两种标准，国际通信中 多采用A律采用信号压缩后，用8位编码实际可 以表示均匀量化11位编码时才能表示的动态范围 ，能有效提高小信号时的信噪比非均匀量化n对小信号采用小的量化间隔，对大信号 采用大的量化间隔，这样可以用较少的 位数编码n对大信号来说，虽然绝对量化误差较大 ，但是因为：n（1）大信号出现的机会不多n（2）信噪比（相对误差）与小信号是一 致的，所以对总的话音质量影响不大n非均匀量化也是一种压缩µ律压扩与A律压扩nm 律(m -Law)压扩(G.711)主要用在北美和日本等 地区的数字通信中。

x 为输入信号，规格化为－1= x =1 m 为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最 小量化间隔之比，取100 = m = 500µ律压扩与A律压扩0 = |x| = 1/A1/A = |x| = 1A律(A-Law)压扩(G.711)主要用在欧洲和中国大陆 等地区的数字通信中对于采样频率为8 kHz，样本精度为13位、14位或者16位的 输入信号，使用m 律压扩编码或者使用A律压扩编码，经过 PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出的数据率为64 kb/s这个数据就是CCITT推荐的G.711标准差分脉冲编码调制（DPCM)n关键在于预测器与量化器的设计量化器预测器xkeke’kx’kx’’k-自适应预测逆量化器自适应量化阶 e’’k产生误差差分脉冲编码调制（DPCM)逆量化器预测器e’ke’’kx’kx’’k译码过程预测方程式线性预测：如果ai是常数，则为时不变线性预测，否则 为自适应线性预测最简单的预测方程：最简单的DPCMx0121123344x’’0012112334e011-1011010增量调制(△M)增量调制 (delta modulation，DM) 是一种预测编码技术，是对 实际的采样信号与预测的采样信号之差的极性进行编码，将 极性变成“0”和“1”这两种可能的取值之一。

如果实际的采样信 号与预测的采样信号之差的极性为“正”，则用“1”表示；相反 则用“0”表示DM编码系统又称为“1位系统”自适应增量调制(ADM)nCVSD（连续可变斜率增量调制）：如果编码器的输出连续出现三个相同的值，量 化阶就加上一个大的增量；反之，就加一个小 的增量自适应脉冲编码调制（APCM ） nAPCM是一种根据输入信号幅度大小自动改变 量化阶大小的一种波形编码技术自适应差分脉冲编码调制• 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）综合了 APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性自适应差分脉冲编码调制nADPCM是利用样本与样本之间的高度相关性 和量化阶自适应来压缩数据的一种波形编码技 术，CCITT为此制定了G.721推荐标准，这个 标准叫做32 kb/s ADPCM在此基础上还制定 了G.721的扩充推荐标准G.723，使用该标准 的编码器的数据率可降低到40 kb/s和24 kb/s nG.721 的输入信号是G.711 PCM代码，它的数 据率为64 kb/s而G.721 ADPCM的输出是用 4位表示的差分信号，它的采样率仍然是8 kHz ，它的数据率为32 kb/s，这样就获得了2∶1的 数据压缩。

子带－自适应差分脉冲编码调制n 。