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1、实验三实验三 PCM 编解码编解码实验实验一、 实验原理抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。抽样定理指出，一个频带受限信号 m(t)，如果它的最高频率为 fh，则可以唯一地由频率等于或大于 2fh的样值序列所决定。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。通常将语音信号通过一个 3400 Hz 低通滤波器（或通过一个 3003400Hz
2、的带通滤波器） ，限制语音信号的最高频率为 3400Hz，这样可以用频率大于或等于 6800 Hz 的样值序列来表示。实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为 3400Hz 的语音信号，通常采用 8KHz 抽样频率。这样可以留出一定的防卫带（1200Hz） 。当抽样频率 fs低于 2 倍语音信号的最高频率 fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量。在抽样定理实验中，采用标准的 8KHz 抽样频率，并用函数信号发生器产生一个信号，通过改变函数信号发生器的频率，观察抽样序列和重建信号，检验抽样定理的正确性。PAM 电路模块各测试点安排如下：1、 TP701
3、：输入模拟信号2、 TP702：经滤波器输出的模拟信号3、 TP703：抽样序列4、 TP704：恢复模拟信号PCM 实验电路工作原理如下：PCM 编译码器模块，由语音编译码集成电路 U502（MC145540） 、运放U501（TL082） 、晶振 U503（20.48MHz）组成。PCM 编译码模块将来自用户接口模块 2 的模拟信号进行 PCM 编译码，该模块采用MC145540 集成电路完成 PCM 编译码功能。该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过复接解复接模块中的开关 KB03 将其配置成直接 PCM 模式，使其具有以下功能：1、对来自接口模块 2 发支路的模拟信号进行 PCM 编
4、码输出；2、将输入的 PCM 码字进行译码，并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块 1。在 PCM 编译码模块中，发送信号经 U501A 运放后放大后，送入 U502 的 2 脚进行PCM 编码。编码输入时钟为 BCLK（256KHz） ，编码数据从 U502 的 20 脚输出（DT_ADPCM） ，FSX 为编码抽样时钟（8KHz） 。译码之后的模拟信号经运放 U501B 放大缓冲输出，送到用户 1 接口模块中。PCM 编译码模块中的各跳线功能如下：1、 跳线开关 K501 是用于选择输入信号，当 K501 置于正常位置时，选择来自用户2 接口单元的话音信号；当 K501 置于测试位置时选择
5、测试信号。测试信号从该模块的 TP001 模拟测试端口输入。2、跳线器 K504 是用于设置 PCM 译码器的输入数据选择，当 K504 置于右端时译码数据来自 MC145540 的编码模块；当 K504 置于左端时译码数据来复接解复接模块。在 PCM 模块中，各测试点的定义如下：1、 TP501：发送模拟信号测试点2、 TP502：PCM 发送码字3、 TP503：PCM 编码器输入/输出时钟4、 TP504：PCM 编码抽样时钟5、 TP505：PCM 接收码字6、 TP506：接收模拟信号测试点二、 实验目的1、了解语音编码的工作原理，验证 PCM 编译码原理；2、熟悉 PCM 抽样时钟
6、、编码数据和输入/输出时钟之间的关系；3、了解 PCM 专用大规模集成电路的工作原理和应用；4、熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法；三、 实验仪器1、JH50014 实验箱一台2、20MHz 双踪示波器一台3、函数信号发生器一台4、音频信号传输损伤测试仪一台四、 实验步骤（一）（一）PAM 实验实验1.自然抽样脉冲序列测量 （1） 准备工作：由于由于 PAM 实验用的抽样信号由复接解复接模块提供，因此首先用实验用的抽样信号由复接解复接模块提供，因此首先用10 针排线连接排针插槽针排线连接排针插槽 JK501 和和 JKB01，以获取抽样信号，以获取抽样信号；将复接解复接模块中的 KB04
7、设置在右端（自然抽样状态） ；将输入信号选择开关 K501 设置在右端以输入测试信号。将低通滤波器选择开关 K702 设置在滤波位置，为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为 2001000Hz、输出电平为 2Vp-p 的测试信号送入信号 PCM/PAM 模块的测试端口 TP001 和接地端 TP002。（2） PAM 脉冲抽样序列观察：用示波器同时观测正弦波输入信号（TP701）和抽样脉冲序列信号（TP703） ，观测时以 TP701 做同步。调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序列与输入测试信号基本同步。测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。（3） P
8、AM 脉冲抽样序列重建信号观测：TP704 为重建信号输出测试点。保持测试信号不变，用示波器同时观测重建信号输出测试点和正弦波输入信号，观测时以TP701 输入信号做同步。2.平顶抽样脉冲序列测量 （1） 准备工作：与自然抽样脉冲序列测量准备工作不同之处是将复接解复接模块内的抽样时钟模式开关 KB04 设置在左端进行平顶抽样。（2） PAM 平顶抽样序列观察：方法同 1 测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果做比较。（3） 平顶抽样重建信号观测：方法同 1 测量，请同学自拟测量方案。与自然抽样测量结果对比分析平顶抽样的测试结果。3.信号混迭观测 （1） 准备工作：同 PAM
9、 脉冲抽样实验；（2） 注意：将跳线开关 K702 设置在 2-3 位置（无输入滤波器） 。调整函数信号发生使器正弦波输出频率为 7.5KHz 左右、电平为 2Vp-p 的测试信号送入信号测试端口 TP001 和 TP002（地） 。（3） 用示波器观测重建信号输出波形。缓慢变化测试信号输出频率，注意观察输入信号与重建信号波形的变化是否对应一致，分析解释测量结果。（二）（二）PCM 实验实验1.准备工作：由于由于 PCM 实验用的时钟信号由复接解复接模块的实验用的时钟信号由复接解复接模块的 UB03 提供，因此首先提供，因此首先用用 10 针排线连接排针插槽针排线连接排针插槽 JK501 和和
10、 JKB01，以获取时钟信号，以获取时钟信号；加电后，将复接解复接模块中的跳线开关 KB03 置于左端 PCM 编码位置，此时 MC145540 工作在 PCM 编码状态。2.PCM 串行接口时序观察（1）输出时钟和帧同步时隙信号观测：用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等） 。（2）抽样时钟信号与 PCM 编码数据测量：用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编
11、码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。3.PCM 编码器（1）方法一：（A） 准备：将跳线开关 K501 设置在测试位置，用函数信号发生器产生一个频率为 1000Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入该模块的信号测试端口 TP001 和 TP002（地） 。（B） 用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。分析为什么采用一般的示波器不能进行有效的观察。4.PCM 译码器（1）准备：跳线开关 K501 设
12、置在测试位置、K504 设置在右端自环工作位置，此时将 PCM 输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。用函数信号发生器产生一个频率为 1000Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入信号测试端口TP001 和 TP002（地） 。（2）PCM 译码器输出模拟信号观测：用示波器同时观测解码器输出信号端口（TP506）和编码器输入信号端口（TP501） ，观测信号时以 TP501 做同步。定性的观测解码信号与输入信号的关系：质量、电平、延时。5.PCM 频率响应测量：将测试信号电平固定在 2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号电平。观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。6.PCM 动态范围测量：将测试信号频率固定在 1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。五、实验报告（1）记录实验波形和数据 （2）叙述 PCM 编解码的基本步骤 （3）叙述 PCM 的优缺点 （4）量化有没有反变换？对通信有何影响？从实验中看对波形影响有多大？ （5）PCM 通信中为什么需要同步？需要哪些同步？实验中可不可以省去同步过程？ （6）对 PCM 可有什么改进，举出改进方式的例子。
