均匀量化与A律PCM非均匀量化实验.docx

实验一均匀量化与A律PCM非均匀量化实验一、 实验目的1、 掌握均匀量化与非均匀量化的特点及其优缺点；2、 掌握均匀量化中的量化间隔、量化误差、量化信噪比等概念；2、掌握A律PCM非均匀量化、A律13折线压扩特性等概念二、 实验预习要求1、 复习《数字通信原理》第二章2.2节一一均匀量化与PCM非均匀量化;2、 学习 MATLAB 软件的使用；3、 认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤三、 实验原理量化是将时域离散幅度连续的脉冲幅度调制信号（PAM）进行变换为幅度离散取值信 号的过程利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化量化过程是 一个近似表示的过程，无限个数值的模拟信号用有限个数值的离散信号近似表示，将产生量 化误差（量化前后信号之差），通常用量化噪声功率进行表示量化过程如图1-1 所示量化器Q输出L个量化值y ,k = 1,2, ,Ly称为重建电平或量化电平当输入量化器 kk的模拟信号抽样值x位于区间［x ,x ］时，量化器输出电平为y ,即1-1)k k+1 ky = Q{x < x < x } k = 1,2, , Lk k k+1为分层电平或判决阈值x — x ， 若A = Ak+1 k k，即量化间隔相等，则为均匀量化，对于均匀量化：量化间隔Ak非过载情况，其量化误差|q <2。

均匀量化输出与输入关系为均匀阶梯关系在非过载区内,量化值随信号变化，且iq A当信号不过载时，量化噪声max 2 2b2=12 迟 pk a 2k=1a 2 y= p12 kk = 1A212U 23N 21-4)因此，均匀量化器在非过载区内的量化噪声功率与信号统计特性无关，只与量化间隔有关， 当过载电平U—定时，仅与量化电平数N有关。

非均匀量化：采用非均匀量化改善小信号的量化信噪比非均匀量化特点：量化间隔Ak非固定值，对于小信号，量化间隔变小，则量化噪声功率下降，量化信噪比提高；对于大信 号，量化间隔增大，则量化噪声功率提高，但信号功率比较大，故量化信噪比可以保持恒定非均匀量化在不增大量化电平数 N 的条件下，使信号在较宽的动态范围内使量化信噪比达 到指标，采用对数压扩进行实现A 律对数压缩特性：Ax1 + ln A1 + ln Ax、1 + ln A0 < x

五、实验内容1、利用 MATLAB 软件，给出均匀量化器输入输出关系图，并改变输入信号与均匀量化器的输入值范围，重新进行仿真均匀量化器输入输出关系图实例如图1-1 所示图 1-1 均匀量化器输入输出关系图实例7/////2、利用MATLAB软件，给出均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图,并改变输入信号与均匀量化器的输入值范围，重新进行仿真均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例如图1-2所示均匀量化器输出信号量化均方误差图 1-2 均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例3、利用MATLAB软件，给出A律PCM非均匀量化器输入输出关系图，并改变输入信 号、非均匀量化器的输入值范围、PCM编码位数等参数，重新进行仿真A律PCM非均匀 量化器输入输出关系图实例如图 1-3 所示图1-3 A律PCM非均匀量化器输入输出关系图实例4、利用MATLAB软件，给出A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时 间的关系图，并改变输入信号、非均匀量化器的输入值范围、 PCM 编码位数等参数，重新 进行仿真A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例如图1-4 所示。

图1-4 A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例六、参考程序代码1、均匀量化：clc;clear all;a=randn(1,500); %产生均值为0，方差为1的高斯分布随机值信号(1 行500列)n=8; %PCM 编码位数N=2An;b=-3:0.01:3; %量化器输入值范围[sqnr,a_quan,code]=u_pcm(a,N);[sqnr,a_quan1,code1]=u_pcm(b,N);sqnr %信号的量化信噪比(dB)a(1:5) %输入值a_quan(1:5) %量化值code(1:5,:) %码字q=a-a_quan;MSE=10*logl0(abs(q(:)).A2); % 均方量化误差(dB)figure(1);plot(b,a_quan1); %量化器输入输出波形图xlabel(输入值')；ylabel (均匀量化器输出值')；hold on;grid on;title (均匀量化器输入输出关系图')；figure(2);i=[1:500]；plot(i,MSE)； %量化误差波形图xlabel ('离散时间')；ylabel(量化均方误差(dB)');hold on； grid on;title('均匀量化器输出信号量化均方误差')；2、A律PCM非均匀量化：clc；clear all；a=randn(1,500)； %产生均值为0，方差为1 的高斯分布随机值信号(1行500列) b=-3:0.01:3 %量化器输入值范围n=8； %PCM 编码位数N=2An;A=87.6；[sqnr,a_quan,code]=Alaw_pcm(a,N,A); [sqnr,a_quan1,code1]=Alaw_pcm(b,N,A);sqnr %信号的量化信噪比(dB)a(1:5) %输入值a_quan(1:5) %量化值code(1:5,:) %PCM 编码码字q=a-a_quan;MSE=10*logl0(abs(q(:)).A2); % 均方量化误差(dB)figure(1);plot(b,a_quan1); %量化器输入输出波形图xlabel(输入值')；ylabel ('非均匀量化器输出值')；hold on;grid on;title('A律PCM非均匀量化器输入输出关系图')；figure(2);i=[1:500]；plot(i,MSE)； %量化误差波形图xlabel ('离散时间')；ylabel(量化均方误差(dB)');hold on;grid on;title（'A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差'）；七、实验报告要求1、 叙述均匀量化与非均匀量化的特点及其优缺点；2、 掌握均匀量化中的量化间隔、量化误差、量化信噪比等概念；3、 分析均匀量化、A律PCM非均匀量化的输入输出关系，均匀量化、A律PCM非均匀量 化输出信号量化均方误差与离散时间的关系；4、 对改进实验内容有什么建议？。