抽样信号的量化

抽样信号的量化 1．量化原理 （1）量化的概念 ①量化的定义 用M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。 ②量化电平 量化电平是指将抽样值的范围划分成M个区间，用来表示每个区间的M个离散电平。 （2）量化的过程 式中，m(kTs)表示模拟信号抽样值；mq(kTs)表示量化后的量化信号值；qi是在量化区间内的量化后信号的M个可能输出电平；mi－1、mi为量化区间i的端点。 （3）量化的实现 图10-5 量化的实现 其中，m(kTs)是量化器的输入信号；mq(kTs)是量化器的输出信号。 （4）量化的分类 量化分为均匀量化和非均匀量化。 2．均匀量化 （1）均匀量化的定义 均匀量化是指M个抽样值区间是等间隔划分的量化方式。 （2）均匀量化的实现 ①量化间隔 模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为M，则均匀量化时量化间隔为 ②量化区间端点 ③量化输出电平 量化输出电平qi取为量化间隔的中点，即 （3）均匀量化的量化噪声 ①量化噪声的定义 量化噪声是指量化输出电平和量化前信号抽样值的误差。 ②量化噪声的衡量指标 信号功率与量化噪声之比（信号量噪比）用于衡量量化噪声对信号的影响大小。 ③量化噪声的特性 量化电平数越多，量化噪声越小，信号量噪比越高。 （4）均匀量化的平均量噪比 ①量化噪声功率 均匀量化时，量化噪声功率的平均值Nq为 式中，mk为模拟信号的抽样值；mq为量化信号值；为mk的概率密度。 ②信号平均功率 信号mk的平均功率为 ③平均量噪比 可见，量化器的平均输出信号量噪比随量化电平数M的增大而提高；N每增加1位，量化信噪比提高6dB。 3．非均匀量化 （1）非均匀量化的定义 非均匀量化是指M个抽样值区间随信号抽样值的不同而不均匀划分的量化方式。 （2）非均匀量化的特点 ①信号抽样值小时，量化间隔Δν小； ②信号抽样值大时，量化间隔Δν大。 （3）非均匀量化的实现 非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩，再进行均匀量化。 （4）抽样值压缩 定义：抽样压缩是指利用非线性电路将输入电压x变换成输出电压y＝f(x)的压缩方法。 ①A压缩律和13折线压缩 a．A压缩律（简称A律）是指符合下式的对数压缩规律： 式中，x为压缩器归一化输入电压；y为压缩器归一化输出电压；A为常数，它决定压缩程度。 b．13折线压缩特性—A律的近似 图10-6 13折线压缩特性 第一，横坐标x在0～1区间中分为不均匀的8段，除前两段外，每一段折线的斜率不相同； 第二，纵坐标y则均匀的划分成8段； 第三，各段折线的斜率见表10-1。 表10-1 各段折线的斜率 c．A律压缩和13折线压缩法比较 表10-2 A律和13折线法比较 ②μ压缩律和15折线压缩特性 a．μ压缩律特性 式中，x为压缩器归一化输入电压；y为压缩器归一化输出电压；μ＝255。 μ压缩律各段折线的斜率见表10-3。 表10-3 μ律的斜率 b．15折线压缩特性 图10-7 15折线特性 图中横坐标x在0～1区间中分为不均匀的8段，每一段折线的斜率均不相同。 c．13折线和15折线的压缩特性比较 第一，15折线特性给出的小信号的信号量噪比约是13折线特性的2倍。 第二，15折线特性给出的大信号的信号量噪比要比13折线特性稍差。