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实用文档 实验 2 PCM 编译码实验 一、实验目的 理解 PCM 编译码原理及 PCM 编译码性能； 熟悉 PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟间的关系； 熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。 二、实验原理 抽样信号的量化原理 模拟信号抽样后变成在时间离散的信号后，必须经过量化才成为数字信号。 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种。 把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化，每个量化区间的量化电 平均取在各区间的中点，如下图所示。 图 2-1 均匀量化过程示意图 均匀量化的主要缺点是无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此， 当信号 m(t ) 较小时，则信号量化噪声功率比也很小。这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，那么，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化的方法。 非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化 间隔Dv 也小；反之，量化间隔就大。非均匀量化与均匀量化相比，有两个突出的优点：首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中往往是这样）时，非均匀量化 器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率 的均方根值基本上与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改 善了小信号时的信噪比。 非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。现在广泛采用两种对数 压缩，美国采用?压缩律，我国和欧洲各国均采用 A 压缩律。本实验中 PCM 编码方式也是采用 A 压缩律。A 律压扩特性是连续曲线，实际中往往都采用近似于 A 律函数规律的 13 折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现，如下图所示。 图 2-2 13 折线特性 表 2-1 列出了 13 折线时的 x 值与计算得的 x 值的比较。 表 2-1 A 律和 13 折线比较 y 0 1 8 2 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 1 x 0 1 128 1 60.6 1 30.6 1 15.4 1 7.79 1 3.93 1 1.98 1 按折线分段 的 x 0 1 128 1 64 1 32 1 16 1 8 1 4 1 2 1 段落 1 2 3 4 5 6 7 8 斜率 16 16 8 4 2 1 1 2 1 4 表中第二行的 x 值是根据 A ? 87.6 计算得到的，第三行的 x 值是 13 折线分段时的值。可见，13 折线各段落的分界点与 A ? 87.6 曲线十分逼近，同时 x 按 2 的幂次分割有利于数字化。 脉冲编码调制的基本原理 量化后的信号是取值离散的数字信号,下一步是将这个数字信号编码。通常把从模拟信号抽样、量化，编码变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）。 在 13 折线法中，无论输入信号是正是负，均用 8 位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值。其中，用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量 化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的 8 种可能状态来分别代 表 8 个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的 16 种可能状态来分别代表每一段落的 16 个均匀划分的量化级。这样处理的结果，使 8 个段落被划分成 27＝128 个量化级。段落 码和 8 个段落之间的关系如表 2-2 所示，段内码与 16 个量化级之间的关系见表 2-3。上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。 段落序号段落码811171106101510040113010 段落序号 段落码 8 111 7 110 6 101 5 100 4 011 3 010 2 001 1 000 量化级 段内码 15 1111 14 1110 13 1101 12 1100 11 1011 10 1010 9 1001 8 1000 7 0111 6 0110 5 0101 4 0100 3 0011 2 0010 1 0001 0 0000 PCM 编码硬件实现 完成 PCM 编码的方式有多种， 最常用的是采用集成电路完成 PCM 编译码， 如TP3057.TP3067 等，集成电路的优点是电路简单，只需几个外围元件和三种时钟即可实现， 不足是无法展示编码的中间过程，这种方法比较适合实际通信系统。另一种 PCM 编码方式是用软件来实现，这种方法能分离出 PCM 编码的中间过程，如：带限、抽样、量化、编码的完整过程，对学生理