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1、实验四 PCM 编、解码实验一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。二、实验内容1. 信号源实验1) 取样脉冲、定时时钟实验2) 同步测试信号源实验2. PCM 单路编码实验1) 极性码编码实验2) 段内电平码编码实验3) 段落码编码实验3. PCM 单路编、译码实验三、基本原理模拟信号数字化可以用数种方式实现。脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得 到了广泛的应用。脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1 所示。模拟信号经滤波后频带 受到了限制。限带信号被抽样后形成PAM信号。PAM信号在时间上是离
2、散化的，但是幅 度取值却是连续变化的。编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进 制码组表示并传送出去。接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤 波器恢复为模拟信号。经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。 (这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。)因此，语言编 码必须设法提高小信号时的信噪比。如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40 一 50dB,又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。 通常，一路信号的抽样频率为8kHz。 这样，当采用线性编码时传输一路 PCM 符号约需 1OO
3、kbit/s 的传信率。 但是非线性编码却可以用7位至8位 的编码使通话质量令人满意，而相应 的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。 因此实用的 PCM 编译码器都是非线 性的。非线性编码器具有特定的压缩特 性，这种特性是为了使编码结果与信 号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A和“律对数线近似。 这两种体制均己成为国际建议。实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线 逼近的对数压缩特性。编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。图1.2中，每一 个折线段各自被划分为 16个分层电平。二相邻段落的分层按步阶1/2
4、递减分段，而每个段 落内的分层都是均匀的。模拟信号经分段分层处理后被编成二进制码组，码组的形式为折叠二进制。在A律13 折线的编码方式中，国际标准规定最大量化输人为 2048 个量化单位，各段量化间隔 A =A =1, A =2, A =64。由于采用非线性编码，码组中每位电平码的权重是变化的。1238以上编码规律可用表1.1、表 1.2详细说明。这里对应模拟信号为正值的情况,若输入为负, 则PCM码字的最高位“符号位”由“1”改为“0”，其他规律不变。表仃T)码位安排量化段序号1 =1 8电平范围(A )段落码a2 a3 a-i段落起始电平lBi(A)量化间隔Ai( A)段内码对应权值(A)
5、B5B6B7B881024-2048111102464512256128641512-10241105123225612864326256-512101256161286432165128-25610012886432168464-128011644321684332-6401032216842216-32001161842110-16000184211. 逐次反馈比较编码 所谓编码就是将抽样后的样值信号变换成二进码序列的方法，用的最多的是逐次反馈 编码方案。图 1.4 是逐次反馈编码方框图。图 1.4 逐次反馈比较编码方框图 编码的工作原理与天平称量物体重量的方法相似。（1） 判定值（权值）
6、的提供与编码方法 逐次反馈编码相当于天平称物，要提供一套大小不同的判定值（砝码）来作标准权值。 当称量（比较）一次后，如果物体重量（相当于信号的抽样值）重于砝码（相当于设备中提供的 判定值）时，下一次称量需保留原砝码外再增加一个砝码（换一个较大的判定值），反之若发 现物体重量轻于砝码重量时，则需更换一个较小的砝码，逐次反馈比较编码方式就是仿此 概念而来的。确定 A 律 13 折线 8 位码的判定值的方法是： 极性码的判决不需要判定值（严格讲，其判定值为零），它根据输入信号（电流值0 的极 性来决定。即I 0 时，a = 1码，s1I 0 ，说明信号为正，a1（极性码）=1第二次比较：样值取绝对
7、值|/J，因为信号的极性已由a1确定，判定值Ik2表示编出a2 码的判定值。Ik2 = 128A，是第14量化段和第5 8量化段的对分点 k 2Ij = 444A Ik2 = 128A, a2 = 1（信号在第 5 8 段）第三次比较：前一次比较结果a2 = 1，表示判定值小了，这次比较时，应使判定值增加。反之，a2 = 0， 要减小判定值。a2 = 1表示信号在第5 8段，而Ik3 = 512A正好是第5 6段和第7 8段的对分点。 2k 3/=444A Ik4 = 256A, a4 = 1（信号在第 6 段）三次比较结果，段落码为101，表示信号在第6段，第6段起点电平 Is6 = 256
8、A, A6 =16A。段内码的判定值的提供，可用下列表示I = I .+ (8A.)a + 4A aR 6Bi i 5 i 6I= I+(8A)a+ (4A)a+ 2A aR 7Bi i 5 i 6 i 7I= I+(8A)a+ (4A)a+ (2A )a+ A aR8Bi i 5 i 6 i 7 i 8(2.27)R8 Bi第五次比较：= I +8A = 256A + 128A = 384AsR 55I | = 444A I = 384A, a = 1第六次比较：按式（2.27），+ 8A + 4A = 256A +128A + 64A = 448AR6B6656|l = 444A I =
9、416A, a =1/R77第八次比较：I = I + 8A a IR8 = 432A, a8 = 1结果编码码字为11011011编码又称逐次渐近型编码。图1.5是以Is = 444A为例画出逐次反馈编码的时间波形 图。四、实验原理 实验电路由定时部分，编、译码部分，同步测试信号源部分，译码功放四大部分组成。 方框原理图如图 1.15。外音2048KHZ8KHz. 64KHzK5 K3 K2P9码输岀2914编码图1.15 PCM编译码实验原理图功放LM386五、实验仪器实验箱PCM 编解码单路实验双踪同步示波器 1 台 数字频率计 1 台 低频信号发生器 1 台 毫伏表 1 台 直流稳压电
10、源 1 台学生自带小型FM收音机（备耳机插孔）六、实验内容准备工作：（注意要严格按照实验步骤接通电源）1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机。2、把实验板电源连接线接好，示波器探头1：10，严禁 1：1。 【实验前请认真阅读八：学生常犯的测量错误】（一） 时钟部分1. 用示波器A线接P，测量晶振波形。B线接P2测量位定时波形应为对称方波。2. 用频率计测量P晶振频率和测量P2位定时频率。（记录测量点P和P2的频率）（二）同步测试信号源部分开关K位置，耳接触3.41. 示波器接P6测量应为正弦波，用频率计测量其频率。P6信号是专门为实验设计的 同步测试信号源。请注意笃的幅度其峰
11、一峰值应小于5V ，否则幅度太大有可能损坏7ppIC2914。（记录测量点P6的频率）2. 测P7波形、调整W2, P7为连续可变的正弦波。然后用毫伏表测量P7的幅度，应 调整到刚好为1000mv （有效值）。3. 示波器A线接P3, B线接p, P34个取样脉冲（单路工作取样脉冲）。有两个对准P7 正弦波峰顶。另两个对准正弦波信号过零点。如果不在此位置上，可调整 W1 。一般由指 导老师调整，建议学生不要调整叫。（画出测量点P3和P7的波形）（三）PCM单路编，译码实验开关位置K接3、4,即选同步测试信号源2KHzK3接2、3送单路编码工作状态K6接1、2功放输出接假负载1.示波器A线接P3, B线接P 9，示波器工作方式（MODE）开关置Chop（断续）位置。在 P3低电位期间，P9输出PCM 8位编码值。改变示波器扫描频率，使荧光屏可以显示到P35 个取样周期。观察码位时，示波器同步信号必须以岂作触发。仔细观察这5 个取样值的编码码型。第一个和第5个取样点的码型是完全一样的。即 完成了正弦波的一个周期。要注意的是，编码器勺输出的是ADI码，即偶位码“0”码变 “1”码，“1”码变“0”码。记录下这5个取样点的码型。a、观察第一位极
