语音编码与数字传输

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1、第二章 语音编码与数字传输,杨柳,课程目标,理解模拟信号和数字信号的区别 了解语音信号数字化的过程 掌握PCM30/32路系统的帧结构 了解PCM一次群和高次群的概念,第一节 语音编码,抽样,量化,接收端,编码,信道,解码,低通,发送端,PCM信号,语音信号,语音信号,你知道吗！,模拟信号与数字信号的区别,模拟信号：在和幅度上连续的电信号 数字信号：在时间和幅度上都离散的电信号,数字通信的特点:抗干扰能力强，无噪声积累。便于加密处理。利于采用时分复用实现多路通信。设备便于集成化、小型化。占用频带宽。,模拟语音信号数字化的步骤,抽样： 抽样定理 量化：非均匀量化（A率13折线） 编码：PCM编码

2、（8比特）,2018/9/4,1.4 数字通信基础,8,抽样：将模拟信号在时间上离散化的过程。量化：将模拟信号在幅度上离散化的过程。 编码：编码是指将每个量化后的样值用二进制代码来表示。,一、语音信号数字化,1、抽样,125s,t,t,1、抽样,低通抽样定理（奈奎斯特第二定理） 采样信号的频率必须高于被采样信号频率的2倍以上时，被采样信号才有可能被无失真地恢复。 电话通信系统中语音信号频率：3003400Hz 采样频率不低于6800Hz（34002） 电话通信系统采用的抽样频率为8000Hz 抽样后的信号为在时间离散，幅度连续的PAM（脉冲幅度调制）信号,2、量化：,定义：对幅度进行离散化处理

3、的过程称为量化，实现量化的器件称为量化器 分类： 均匀量化 非均匀量化 (例：百分制和四级分制),Ts,2Ts,3Ts,4Ts,5Ts,6Ts,7Ts,量化值,1,0,1,2,3,4,5,模拟信号波形,均匀量化后 信号波形,例：模拟信号抽样量化,t,x,y,0.5,1.5,2.5,3.5,4.5,-0.5X0.5,Y=0 0.5X1.5,Y=1 1.5X2.5,Y=2 2.5X3.5,Y=3 3.5X4.5,Y=4,量化可以采用类似“四舍五入”的方法，使每个抽样后的幅 值用一个邻近的“整数”值来近似,非均匀量化:量化间隔不等,y,x,压扩倍数,x:信号电平值; y:量化值；,x,x,y,2,1

4、,3,4,均匀量化:量化间隔相等,所有量化级内信号的压扩倍数相同。,不同量化级内信号的压扩倍数不同,0.5,1.5,2.5,3.5,4.5,10,100,1000,斜率表示压扩倍数,实际应用举例,实际应用举例,压扩倍数,斜率不同（折线）表示非均匀量化,斜率相同（直线）表示均匀量化,目前国际上有两种非均匀量化方法：律15折线非线性量化北美、日本采用。A律13折线非线性量化中国、欧洲采用。分为256个量化级。,如果定义最小段长度为，则最大电平幅值为：2048 ,中国、欧洲采用A律13折线PCM量化,信号幅值不均匀地分为八个大段， 每个大段都平均地分为16个小段，故一共分为8*16=128段，在信号

5、幅值的负半周量化方法相同，故共有128*2=256个量化级,日本、北美采用律15折线PCM量化,3、编码：,用一组二进制脉冲来代表已量化的样值幅度。PCM编码使用的是折叠二进制码。编码长度为8比特。,PCM编码规则,A律采用256个量化级时，也就是说，用8位来区分256个量化级,段内码,第一位（a0）为极性码，“0”表示负，“1”表示正。这样正负各有128个量化级。 第二四位（a1 a3）为段落码，表示八个段；段落采用非均匀量化。 第四七位（a4 a7）为段内码，段内采样均匀量化，分16个段。,第二节 PCM数字传输(P23),一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Mult

6、iplexing),3,2,1,c,b,a,B,A,C,1,TDM原理图,1,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,c,b,a,B,A,C,TDM原理图,1,A,A,4,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,c,b,a,B,C,TDM原理图,1,A,a,a,4,D,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,c,b,B,C,TDM原理图,1,A,a,2,2,4,D,d,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Mult

7、iplexing),3,c,b,B,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,B,5,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,c,b,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,b,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,c,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,E,e,3,3,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),c,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,E,e,3,6,C,C,一、时

8、分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),c,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,E,e,3,6,C,F,c,c,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,1,c,b,a,B,A,C,1,A,TDM原理图,2,a,B,b,3,c,c,3,2,1,c,b,a,B,A,C,时隙：在时分复用系统中，每一话路传输一次话音采样编码的时间,帧：复用同一传输线的所有话路各采样一次的时间（即每一话路两次采样的时间间隔），在电话通信系统中，一帧时长恒为125微秒。,多路复用的制式,我国和欧洲采用的是PCM

9、30/32帧结构制式 日本和北美采用的是PCM24帧结构制式,二、PCM30/32帧结构（P25） 中国电话通信系统的时分复用方式,帧结构,偶帧TS0,奇帧TS0,0,0,0,0,a,d,c,b,a,d,c,b,a,d,c,b,F0,F1,F15,F2,帧同步信号,帧告警信号,复帧同步和复帧告警,1时隙线路和17时隙线路,2时隙线路和18时隙线路,15时隙线路和31时隙线路,a、b、c、d不同时为0,A1/A2:帧/复帧失步告警 （“0”正常；“1”：告警）,1帧=125s,PCM30/32基群（一次群）特征,一帧的时长为125S 一个时隙八比特(即一个数字化PCM语音编码) 一帧包含32时隙

10、 一个时隙的比特速率（带宽）为64kbps 基群的速率（带宽）为2.048Mbps，简称2M口 一个时隙为3.9S 每比特的传输速率为488nS 一个复帧的时长为2mS 第0个时隙为同步、告警时隙，第16个时隙为复帧同步、复帧告警、线路信号时隙，这样一条PCM30/32中共有30个话路时隙,三、定时和同步(P26),时分多路复用的关键在于准确地把各路信号安置在规定时隙中； 32路系统采用的是统一插入法； 位同步：码元同步；防止滑码和重复接收帧同步：保证收发话路同步复帧同步：保证话路状态信号同步网同步：保证全网交换机时钟系统同步,1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0,1 0 1 1 1

11、 0 1 0,1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0,滑码,重复接收,正常读取,四、PCM一次群和高次群(P27),2018/9/4,1.4 数字通信基础,37,零次群（DS0） 64kb/s 一次群（DS1） 2.048Mb/s 30路 二次群(DS24DS1) 8.448Mb/s 120路 三次群(DS34DS2) 34.368Mb/s 480路 四次群(DS44DS3) 139.262Mb/s 1920路 五次群(DS54DS4) 564.99 Mb/s 7680路,3.我国数字复接系列,回顾课程目标,理解模拟信号和数字信号的区别 了解语音信号数字化的过程 掌握PCM

12、30/32路系统的帧结构 了解PCM一次群和高次群的概念,二、PCM30/32帧结构（P25） 中国电话通信系统的时分复用方式,帧结构,1,1,0,0,1,0,1,偶帧TS0,奇帧TS0,1,1,A1,1,1,1,1,TS0,TS16,0,0,0,0,a,d,c,b,a,d,c,b,a,d,c,b,1,1,A2,1,a,c,b,d,a,c,b,d,a,c,b,d,F0,F1,F15,F2,帧同步信号,帧告警信号,复帧同步和复帧告警,1时隙线路和17时隙线路,2时隙线路和18时隙线路,15时隙线路和31时隙线路,a、b、c、d不同时为0,A1/A2:帧/复帧失步告警 （“0”正常；“1”：告警）

13、,1帧=125s,不同帧的TS16的内容不同,本章结束,谢谢！,五、多路复接和串/并、并/串转换 （P35）,PCM0,PCM2,PCM7,PCM1,1、多路复接原理(P35),思考：复用后的时隙号如何来计算呢？,公式：复用后时隙号复用前总PCM数复用前时隙号复用前PCM线号(注意：时隙号、PCM线号都从“0”开始),复用前时隙号,复用后时隙号,2、 串/并转换,PCM0,串行母线,并行母线,思考：串/并转换后的时隙号如何来计算呢？,答：时隙号不变,3、 并/串转换,思考：串/并转换后的时隙号如何来计算呢？,答：时隙号不变,PCM0,串行母线,8条串行母线分别传送一次编码的8个比特,0,1,2

14、,7,5,4,3,6,并/串 转 换器,并行母线,4、 多路复接串/并转换,思考：串/并转换后的时隙号如何来计算呢？,答：不用考虑串/并转换，与单纯多路复用的计算方法相同,TS0,TS8,TS248,TS0,TS31,TS31,TS0,TS0,串行母线,并行母线,5、 时分复用信息速率的换算关系,6、总结,在交换机内部采用的是多路复用+串并转换的方式； 复用的目的：提高PCM的复用度，节省设备（硬件）资源；串并转换的目的：降低数码率； 串行传送时，一个时隙传送8bit；并行传送时，对于每一条并行线，一个时隙传送1bit； N路复用前的码率为A，则复用后串行码率为N*A;并行码率为N*A/8; 并/串转换，是针对每一时隙的信号而言的，所以转换后时隙的序号不改变； 复用后的时隙号计算公式为：TsN*X+Y(N条PCM复用，第Y条PCM的第X时隙复用后的时隙号为Ts,X,Y编号从0开始）。,