《均匀量化与a律pcm非均匀量化实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《均匀量化与a律pcm非均匀量化实验（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1均匀量化与均匀量化与 A 律律 PCM 非均匀量化实验非均匀量化实验一、实验目的一、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、实验预习要求二、实验预习要求1、复习数字通信原理第二章 2.2 节均匀量化与 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
2、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。2图 1-1 量化过程示意图量化器 Q 输出 L 个量化值。称为重建电平或量化电平。当输入量化,1,2,kykLLky器的模拟信号抽样值位于区间时，量化器输出电平为，即x1,kkxxky（1-1）11,2, kkkyQ xxxkLL为分层电平或判决阈值。kx均匀量化：量化间隔，若，即量化间隔相等，则为均匀量化，对于1kkkxx k 非过载情况，其量化误差。均匀量化输出与输入关系为均匀阶梯关系。在非过载区2
3、q内，量化值随信号变化，且，在过载区内，量化值不随信号变化，保持在最大量化2q值，且量化误差包含非过载量化噪声与过载量化噪声。设过载量化电平 U，在非过载区，量化电平数（量化级数）N，且 N 个量化电,U U平可以用 n 位二进制码组进行编码。则均匀量化的量化间隔为2nN （1-2,1,2, kUkNN L2）量化误差（量化噪声）：，量化噪声一般用均匀误差进行度量。设输入信号( )qxQ x的概率密度为，则量化噪声为x( )Xpx（1-222( ) ( )( )qXE xQ xxQ xpx dx3） 在均匀量化的量化间隔内，每个量化间隔内的量化电平均取值在各区间的中点，在量化范围内，其最大量化
4、误差，在过载区内量化误差。当信号不过载时，量化噪max2q2q声（1-222 22 2 111 1212123NNkk kkUppN 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 一定时，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 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k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
5、到指标，采用对数压扩进行实现。 A 律对数压缩特性：3（1-101ln( )1ln111lnAxxAAf xAxxAA 5） 国际标准中取 A=87.6。对数压缩特性曲线如图 1-2 所示。在小信号段，A 律对数非均匀量 化信噪比优于均匀量化信噪比约 24dB。对数压缩特性的折线近似如图 1-3 所示，具体如表 1-1 所示。图 1-2 A 律对数压缩特性图 1-3 A 律对数压缩特性的 13 折线近似 表 1-1 A 律 13 折线压缩特性4PCM 编码采用折叠二进制码（FBC） 。8 位 PCM 编码规则：量化等级：256，最小量化间隔：，最大量化间隔：。其中，每段非均匀分641 2048
6、 割数 16。电平量化值及对应的 PCM 编码码字如表 1-2 所示。 表 1-2 电平量化值及对应的 PCM 编码码字四、实验仪器四、实验仪器Windows NT/2000/XP/Windows 7/VISTA； MATLAB V6.0 以上。 五、实验内容五、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。5-3-2-10123-3-2-10123信 信 信信 信 信 信 信 信 信 信信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信图 1-1 均匀量化器输入输出关系图实
7、例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。050100150200250300350400450500-110-100-90-80-70-60-50-40-30信 信 信 信信 信 信 信 信 信 (dB)信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信图 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63、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
8、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。-3-2-10123-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81信 信 信信 信 信 信 信 信 信 信 信A信 PCM信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信图 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
9、方误差与离散时间的关系图实例如图 1-4 所示。050100150200250300350400450500-60-50-40-30-20-10010信 信 信 信信 信 信 信 信 信 (dB)A信 PCM信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信图 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7六、参考程序代码六、参考程序代码1、均匀量化：、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=2n;b=-3:0.01
10、: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*log10(abs(q(:).2); %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
11、;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;8grid on;title(均匀量化器输出信号量化均方误差);2、A 律律 PCM 非均匀量化：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=2n;A=87.6;sqnr,a_quan,code=Alaw_pcm(a,N,A);sqnr,a_quan1,code1=Alaw_pcm(b,N,A);s
12、qnr %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*log10(abs(q(:).2); %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);9hold 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？
