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1、第 7 章 模拟信号的数字传输 7.1 抽样定理抽样定理7.2 模拟信号的脉冲调制模拟信号的脉冲调制7.3 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）7.4 增量调制增量调制7.5 改进型增量调制改进型增量调制7.6 自适应差分脉冲编码调制（自适应差分脉冲编码调制（ADPCM） 7.1 抽样定理抽样定理抽抽抽抽样样的概念的概念的概念的概念 抽抽样是把是把时间上上连续的模的模拟信号信号变成一系列成一系列时间上离散的抽上离散的抽样值的的过程。相反，在接收端能否由程。相反，在接收端能否由此抽此抽样值序列重建原信号，正是抽序列重建原信号，正是抽样定理所要解决定理所要解决的的问题。 所所谓抽抽样，就是每隔一定
2、的，就是每隔一定的时间间隔隔T T，抽取模，抽取模拟信号的一个瞬信号的一个瞬时幅度幅度值( (样值) )。 抽抽样由抽由抽样门完成，抽完成，抽样脉冲脉冲s s（t t）控制抽）控制抽样门的的闭合或者断开。合或者断开。 7.1 抽样定理抽样定理7.1 抽样定理抽样定理抽样的分类抽样的分类抽样的分类抽样的分类1.自然抽样自然抽样图图7-1 自然抽样自然抽样7.1 抽样定理抽样定理(b)x(t)x(t)t0Ts2.平顶抽样平顶抽样 图图7-2 平顶抽样平顶抽样7.1 抽样定理抽样定理3.理想抽样理想抽样图图7-3 理想抽样理想抽样7.1 抽样定理抽样定理7.1 抽样定理抽样定理低通信号的抽样定理低通
3、信号的抽样定理低通信号的抽样定理低通信号的抽样定理 抽样定理是模拟信号数字化的理论基础。其内容是：一个频带限制在0到f以内的低通信号x(t)，如果以fs2fx的抽样速率进行均匀抽样，则x(t)可以由抽样后的信号x(t)完全地确定。 而最小抽样速率fs=2fx称奈奎斯特速率。1/2fx这个最大抽样间隔称奈奎斯特间隔。 7.1 抽样定理抽样定理抽样脉冲序列：抽样脉冲序列：抽样后的输出信号：抽样后的输出信号：7.1 抽样定理抽样定理抽样脉冲序列的傅氏变换：抽样脉冲序列的傅氏变换：因为：因为：所以：所以：卷积7.1 抽样定理抽样定理s(t)dT (t)S( f )(a)3Ts2TsOTsTs2Ts3T
4、sfmfmODT ( f )2fsfsOfs2fs(b)(c)(d)tftOf图图7-4 7-4 理想抽样理想抽样（a）低通模拟信号波形 (b) 低通模拟信号频谱 (c) 周期单位冲激脉冲波形(d) 周期单位冲激脉冲频谱； (e) 抽样信号波形； (f) 抽样信号频谱 图图7-5抽样频率对抽样频率对X()频谱频谱的影响的影响 抽样频率抽样频率fs的选取对信号恢复会有什么影响的选取对信号恢复会有什么影响?下下面分三种情况加以讨论。面分三种情况加以讨论。 (1) 若选取fs=2fm，则相邻周期的频谱间互不重叠，如图 7-5(b)所示。频率间隔为fs ，经过理想低通滤波器，理论上可以由抽样信号恢复原
5、信号，但需要无限陡峭截止边缘的滤波器， 这种理想低通滤波器是无法实现的。 (2) 若选取fs2fm，即欠抽样欠抽样，则相邻周期的频谱将发生频谱重叠，称为混叠， 如图7-5(d)所示。因此不能从ST(f)中准确地分离出信号s(t)的频谱S(f)， 某些信息将会丢失。 7.1 抽样定理抽样定理(3) 若选取fs2fm，即过抽样，如图7-5(c)所示，用一个截止频率为fm的理想低通滤波器就能准确地从抽样信号中恢复出原信号。因此，在实际工作中，常选取 fs 2.2fm。例如话音信号的最高频率限制在3400 Hz，这时满足抽样定理的最低频率应为 fsmin=6800Hz，为了防止抽样混叠，需要留有一定的
6、过渡带宽(又称保护带)，ITUT规定话音信号的抽样频率为8000 Hz，这样就留有80006800=1200Hz作为滤波器的过渡带宽，这样就可以降低对滤波器的要求。 7.1 抽样定理抽样定理图图 7-6 PAM、PDM、PPM信号波形信号波形 7.2 脉冲调制脉冲调制图图 7-6 PAM信号的频谱信号的频谱7.3 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）图图 7-17 脉冲编码调制的系统原理框图脉冲编码调制的系统原理框图 抽样抽样是将信号的时间离散，量化量化是将瞬时幅度离散，编码编码是用二进制码组表示电平量化值7.3 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）7.3 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）
7、 量化的物理过程可通过图719表示的例子加以说明，其中x(t)是模拟信号，抽样速率为fs=1/Ts，抽样值用“”表示。第k个抽样值为x(kTs)，m1mQ表示Q个电平(这里Q=7)，它们是预先规定好的， 相邻电平间距离称量量化化间间隔隔， 用“”表示。xi表示第i个量化电平的终点电平，那么量化应该是 7.3.1 7.3.1 量化量化量化量化图图 7-19量化的物理过程量化的物理过程1. 均匀量化均匀量化 1) 量化特性量化特性 图图 7-20 两种常用的均匀量化特性两种常用的均匀量化特性 (c)量化器xxq(a)xxq5232121252322323xxq523252322323222) 量化
8、误差功率量化误差功率 (1)量化误差量化误差 图图 7-21 量化误差曲线量化误差曲线 (2) 量化误差功率量化误差功率 设设输输入入模模拟拟信信号号x概概率率密密度度函函数数是是fx(x)，x的的取取值值范范围围为为(a, b)， 且设不会出现过且设不会出现过载量化，则量化误差功率载量化，则量化误差功率Nq为为 其其中中Q为为量量化化电电平平数数，mi为为第第i个个电电平平，可可表表示示为为mi=(xi-1+xi)/2 (i=1, 2, , Q)，xi为第为第i个量化间隔的终点，可表示为个量化间隔的终点，可表示为xi=a+i。 一一般般来来说说，量量化化电电平平数数Q很很大大，很很小小，因因
9、而而可可认认为为在在量量化化间间隔隔内内fx(x)不不变变，以以pi表表示示，且且假假设设各各层层之之间间量量化化噪噪声声相相互独立，则互独立，则Nq表示为表示为 (7-22)3) 量化信噪比量化信噪比 量量化化信信噪噪比比是是衡衡量量量量化化性性能能好好坏坏的的指指标标， 式式(7-21)给给出出量量化化噪噪声声功功率率，按按照照上上面面给给出出的的条条件件，可可得得出出量量化化信信号号功功率率Sq为为 (7-23) 例例 7-2 在在测测量量时时往往往往用用正正弦弦信信号号来来判判断断量量化化信信噪噪比比。若若设设正弦信号为正弦信号为x(t)=Amcost，则则 ，若若量量化化幅幅度度范范
10、围围为为-V+V，且且信信号号不不过过载载(即即AmV)，用用k位位二二进进制制码码表表示示量量化化电平，则量化信噪比为电平，则量化信噪比为 当当Am=V时，得到正弦测试信号量化信噪比为时，得到正弦测试信号量化信噪比为 (4) 均匀量化的缺点均匀量化的缺点 如上所述，均匀量化时其量化信噪比随信号电平的减小而下降。产生这一现象的原因就是均匀量化时的量化级间隔为固定值，而量化误差不管输入信号的大小均在(/2, /2)内变化。故大大信信号号时时量量化化信信噪噪比比大大，小小信信号号时时量量化化信信噪噪比比小小。对于语音信号来说，小信号出现的概率要大于大信号出现的概率，这就使平均信噪比下降。同时，为了
11、满足一定的信噪比输出要求，输输入入信信号号应应有有一一定定范范围围(即即动动态态范范围围)， 由于小信号信噪比明显下降，也使输入信号范围减小。要改善小信号量化信噪比，可以采用量化间隔非均匀的方法，即非均匀量化。 2. 非均匀量化非均匀量化 图图 7-22 非均匀量化原理非均匀量化原理 1） 律与律与A律压缩特性，归一化压缩特性表律压缩特性，归一化压缩特性表示式分别为示式分别为A律： 律：2) 数字压扩技术数字压扩技术 (1) 数数字字压压扩扩技技术术。 这这是是一一种种通通过过大大量量的的数数字字电电路路形形成成若若干干段段折折线线， 并并用用这这些些折折线线来来近近似似A律律或或律律压压扩扩
12、特特性性，从从而而达达到到压压扩目的的方法。扩目的的方法。 用用折折线线作作压压扩扩特特性性，它它既既不不同同于于均均匀匀量量化化的的直直线线，又又不不同同于于对对数数压压扩扩特特性性的的光光滑滑曲曲线线。虽虽然然总总的的来来说说用用折折线线作作压压扩扩特特性性是是非非均均匀匀量量化化的的， 但但它它既既有有非非均均匀匀量量化化(不不同同折折线线有有不不同同斜斜率率)， 又又有有均均匀匀量量化化(在在同同一一折折线线的的小小范范围围内内)。有有两两种种常常用用的的数数字字压压扩扩技技术术：一一种种是是13折折线线A律律压压扩扩，它它的的特特性性近近似似A=87.6的的A律律压扩特性。压扩特性。
13、 另另一一种种是是15折折线线律律压压扩扩，其其特特性性近近似似=255的的律律压压扩扩特特性性。 13折折线线A律律主主要要用用于于英英、法法、德德等等欧欧洲洲各各国国的的PCM 30/32路路基基群群中中，我我国国的的PCM 30/32路路基基群群也也采采用用A律律13折折线线压压缩缩律律。15折折线线律律主主要要用用于于美美国国、加加拿拿大大和和日日本本等等国国的的PCM-24路路基基群群中中。 CCITT建建议议G.711规规定定上上述述两两种种折折线线近近似似压压缩缩律律为为国国际际标标准准，且且在在国国际际间间数数字字系系统统相相互互联联接接时时，要要以以A律律为为标标准准。因因此
14、这里仅介绍此这里仅介绍13折线折线A律压缩律压缩特性。特性。 (2) 13折线折线A律的产生律的产生 13折折线线A律律是是从从非非均均匀匀量量化化的的基基点点出出发发，设设法法用用许许多多折折线线来来逼逼近近A律律对对数数压压扩扩特特性性的的。设设在在直直角角坐坐标标系系中中，x轴轴和和y轴轴分分别别表表示示输输入入信信号号和和输输出出信信号号，并并假假定定输输入入信信号号和和输输出出信信号号的的最最大大取取值值范范围围都都是是+1至至-1，即即都都是是归归一一化化的的。 先先把把x轴轴的的区区间间(0，1)不不均均匀匀地地分分成成8段。段。图图 7-23 x轴分成不均匀轴分成不均匀8段示意
15、图段示意图 输输入入信信号号的的取取值值范范围围0至至1总总共共被被划划分分为为168=128个不均匀的量化级。个不均匀的量化级。 用用这这种种分分段段方方法法就就可可对对输输入入信信号号形形成成一一种种不不均均匀匀量量化化分分级级，它它对对小小信信号号分分得得细细，最最小小量量化化级级(第第一一、二二段段的的量量化化级级)为为(1/128)(1/16)=1/2048，对对大大信信号号的的量量化化级级分分得得粗粗，最最大大量量化化级级为为1/(216)=1/32。一一般般最最小小量量化化级级为为一一个个量量化化单单位位，用用表表示示，可可以以计计算算出出输输入入信信号号的的取取值值范范围围0至
16、至1总总共共被被划划分分为为2 04。 对对y轴轴也也分分成成8段段，不不过过是是均均匀匀地地分分成成8段段。y轴轴的的每每一一段段又又均均匀匀地地分分成成16等等份份，每每一一等等份份就就是是一一个个量量化化级级。于于是是y轴轴的的区区间间(0，1)就就被被分分为为128个个均均匀匀量量化化级级， 每个量化级均为每个量化级均为1/128。 将将x轴轴的的8段段和和y轴轴的的8段段各各相相应应段段的的交交点点连连接接起起来来，于是就得到由于是就得到由8段直线组成的折线。段直线组成的折线。图图7-24 13折线折线7.3.2 编码和译码编码和译码1）编码的码字与码型）编码的码字与码型 PCM中一
17、般采用二进制码。中一般采用二进制码。对对Q个量化电平，个量化电平，用用k位二进制表示，每一个组合就是一个码字位二进制表示，每一个组合就是一个码字。在在点对点之间通信或短距离通信中，采用点对点之间通信或短距离通信中，采用k=7位码已位码已基本能满足质量要求。而对于干线远程的全网通基本能满足质量要求。而对于干线远程的全网通信，一般要经过多次转接，信，一般要经过多次转接， 要有较高的质量要求，要有较高的质量要求，目前国际上多采用目前国际上多采用8位编码位编码PCM设备。设备。 码型指的是把量化后的所有量化级，按其码型指的是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应量化电平的大
18、小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。在的码字，这种对应关系的整体就称为码型。在PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码进制码和反射二进制码(又称格雷码又称格雷码)。 表表7-1 4位二进制码码型位二进制码码型2) 码位的安排码位的安排 目前国际上普遍采用目前国际上普遍采用8位非线性编码。例如位非线性编码。例如PCM 30/32路终端机中最大输入信号幅度对应路终端机中最大输入信号幅度对应4 096个量化单位个量化单位(最小的量化间隔称为一个量化单位最小的量化间隔称为一个量化单位)， 在在4 096单位的输单位的输
19、入幅度范围内，被分成入幅度范围内，被分成256个量化级，因此须用个量化级，因此须用8位码表位码表示每一个量化级。用于示每一个量化级。用于13折线折线A律特性的律特性的8位非线性编码位非线性编码的码组结构如下：的码组结构如下： 极性码极性码 段落码段落码 段内码段内码 M1 M2M3M4 M5M6M7M8 图 318 段落码与各段的关系 表72 段落码表表 7-4 段内码段内码 表表 7-5 A律律13折线码与其对应电平折线码与其对应电平 3) 编码原理编码原理 例例 7-3 已知抽样值为已知抽样值为+635，要求按要求按13折线折线A律编出律编出8位码。位码。 表表 7-6 A律律13折线非线
20、性码与线性码间的关系折线非线性码与线性码间的关系 4) PCM信号的码元速率和传输信道带宽信号的码元速率和传输信道带宽 由由于于PCM要要用用k位位二二进进制制代代码码表表示示一一个个抽抽样样值值，因因此此传传输输它需要的信道带宽将比信号它需要的信道带宽将比信号x(t)的带宽大得多。的带宽大得多。 (1) 码码元元速速率率。设设x(t)为为低低通通信信号号，最最高高频频率率为为fx，抽抽样样速速率率fs2fx，如如果果量量化化电电平平数数为为Q，采采用用M进进制制代代码码，每每个个量量化化电电平平需需要要的的代代码码数数为为k=logMQ, 因因此此码码元元速速率率为为kfs。一一般般采采用用
21、二进制代码，二进制代码，M=2, k=lbQ，则，则fb=fslbQ。 (2) 传传输输PCM信信号号所所需需的的最最小小带带宽宽。抽抽样样速速率率的的最最小小值值fs=2fx，因因此此最最小小码码元元传传输输速速率率为为fb=2fxk， 此此时时所所具具有有的的带带宽有两种：宽有两种： (理想低通理想低通传输传输) (升余弦传输升余弦传输) 以以常常用用的的k=8，fs=8 kHz为为例例，采采用用升升余余弦弦传传输输特特性性BPCM=88000=64 kHz，显显然然比比直直接接传传输输模模拟拟信信号号的的带带宽宽(4kHz)要大得多。要大得多。 2. 译码原理译码原理 图图 7-27 1
22、3折线折线(律律)译码器方框图译码器方框图 7.4 增量调制增量调制() 7.4.1 简单增量调制简单增量调制 低比特率时量化信噪比高于低比特率时量化信噪比高于PCM；抗误码性能好；抗误码性能好；编译码设备简单。编译码设备简单。只用一位二进制进行编码。反映相邻抽样值的相对变化。只用一位二进制进行编码。反映相邻抽样值的相对变化。 1. 编码的基本思想编码的基本思想 假假设设一一个个模模拟拟信信号号x(t)(为为作作图图方方便便起起见见，令令x(t)0)，我我们们可可以以用用一一时时间间间间隔隔为为t，幅幅度度差差为为的的阶阶梯梯波波形形x(t)去去逼逼近近它它， 如如图图7-28所所示示。只只要
23、要t足足够够小小，即即抽抽样样频频率率fs=1/t足足够够高高， 且且足足够够小小，则则x(t)可可以以相相当当近近似似于于x(t)。我我们们把把称称作作量量阶阶， t=Ts称称为为抽抽样间隔样间隔。 阶梯波：上升一个量阶编码阶梯波：上升一个量阶编码1，下降一个量阶编码，下降一个量阶编码0；锯齿波：正斜率编码锯齿波：正斜率编码1，负斜率编码，负斜率编码0；两种波形：两种波形：图 323 用阶梯或锯齿波逼近模拟信号 2. 译码的基本思想译码的基本思想 图 729 简单M译码原理图 3. 简单增量调制系统框图简单增量调制系统框图 图图 7-30M系统系统原理框图原理框图 (1) 放放大大和和限限幅
24、幅电电路路。相相减减器器在在这这里里用用多多级级放放大大和和限限幅幅电电路路代代替替， 放放大大器器输输入入端端加加上上x(t)和和-x0(t)，起起到到相相减减的的作作用用，经经过过放放大大e(t)=kx(t)-x0(t)；为为了了判判决决器器更更好好工工作作，e(t) 经经放放大大限限幅幅变变成成正正负负极极性性电电压压，只只要要x(t)-x0(t)0，d点点为为一一较较大大的的近近似似固固定定的的正正电电平平，反反之之x(t)-x0(t)0，d点点为为一一较较大大的的近近似似固固定定的的负负电电压压。图图7-31中中画画出出了了a、 b、 c、 d各各点点的的波波形。形。 图图 7-31
25、 简单增量调制各点波形简单增量调制各点波形(a)x(t)，x0(t)的波形；的波形；(b)-x0(t)的波形的波形(即即b, g点点的波形的波形)； (c) e(t)的波形的波形(即即c点的波点的波形形)； (d) d点的波形；点的波形； (e) 定时脉冲；定时脉冲； (f) e点的波形点的波形（编码信号）；（编码信号）； (g) f点的波形点的波形 (2) 定定时时判判决决电电路路。它它由由D触触发发器器和和定定时时取取样样脉脉冲冲完完成成判判决决任任务务。定定时时取取样样脉脉冲冲是是间间隔隔为为Ts的的窄窄脉脉冲冲，在在定定时时脉脉冲冲作作用用时时刻刻，d点点电电压压为为正正，触触发发器器
26、呈呈高高电电位位，相相当当于于1码码，反反之之d点点为为负负， 触触发发器器呈呈低低电电位位，相相当当于于0码码。e点点波波形形(即即p(t)如如图图7-31(f)所所示示它它是是单单极极性性的的。1码码的的高高电电位位一一般般约约为为几几伏伏； 0码码时时是是低低电电位位，一一般般为为零零点点几几伏伏。p(t)作作为为M信信号号可可直直接接送送到到线线路路上上传传输输，或或者者经经过过极极性性变变换换电电路路变变为为双双极极性性码码后后再再传传输输，此此外外，p(t)送到本地译码器产生送到本地译码器产生-x0(t)。 (3) 本本地地译译码码器器。 它它由由码码型型变变换换和和反反相相放放大
27、大、 积积分分器器和和射射极极跟跟随随器器等等3部部分分组组成成。由由于于p(t)是是单单极极性性的的，因因此此加加到到积积分器前一定要变为双极性信号，这就是需要码型变换的原因。分器前一定要变为双极性信号，这就是需要码型变换的原因。 反反向向放放大大一一方方面面把把双双极极性性信信号号放放大大，另另一一方方面面使使它它反反相相， 这这样样经经积积分分就就得得-x0(t)。积积分分器器一一般般用用时时间间常常数数较较大大的的RC充充放放电电电电路路， 这这样样可可以以得得到到近近似似锯锯齿齿波波的的斜斜变变电电压压。积积分分器器后后面面的的射射极极器器是是把把积积分分器器和和放放大大器器分分开开
28、，保保证证积积分分器器输输出出端端有有较较高高的的阻阻抗抗。 f点点g点点的的波波形形也也在在图图7-30中中。 g点点和和b点点波波形是一样的。形是一样的。 积分器的时间常数积分器的时间常数RC选得越大，充电放选得越大，充电放电的直线线性越好，但电的直线线性越好，但RC太大时，在太大时，在Ts时间时间内上升内上升(或下降或下降)的量阶的量阶越小，一般选择在越小，一般选择在(1530)Ts比较合适。比较合适。 (4) 解调器。解调器也是收端译码器。当收到解调器。解调器也是收端译码器。当收到后后经经码型变换和整形及积分器得到码型变换和整形及积分器得到 ， 再再通通过过低低通通滤滤去去量量化化误差
29、的高频成份，恢复出误差的高频成份，恢复出 。 和和p(t)的区别是经过信道传输有误码，的区别是经过信道传输有误码， 和和x0(t)的区别是误码造成的。的区别是误码造成的。 经过低通后得到的经过低通后得到的不不但但包包含含量量化误差，还包含误化误差，还包含误码所产生的失真。码所产生的失真。 4. 简单简单M调制的带宽调制的带宽 从从编编码码的的基基本本思思想想知知道道，每每抽抽样样一一次次，传传输输一一个个二二进进制制码码元元，因因此此码码元元传传输输速速率率为为fb=fs，从从而而M调调制制带带宽宽BM=fs=fb (Hz)。 7.4.2 增量调制的过载特性与编码的动态范围增量调制的过载特性与
30、编码的动态范围 1. 增量调制系统的量化误差增量调制系统的量化误差 (1) 一般量化误差。一般量化误差。 像像图图7-31所所示示量量化化过过程程，当当本本地地译译码码器器为为积积分分器器时时，量量化化误误差差e(t)=x(t)-x0(t)是是一一个个随随机机过过程程，如如图图7-31(c)所所示示，它它总总在在-到到范围内变化，范围内变化， 这种误差称为一般量化误差。这种误差称为一般量化误差。 图图 7-32 过载时波形过载时波形 (2) 过载量化误差。过载量化误差。 发发生生过过载载现现象象时时，量量化化信信噪噪比比急急剧剧恶恶化化，实实际际应应用用中中要要防防止止出出现现过过载载现现象象
31、。由由于于x(t)变变化化的的速速率率表表现现在在它它的的斜斜率率上上，积积分分器器充充放放电电的的速速率率也也表表现现在在它它的的斜斜率率上上，因因此此防防止止过过载载的的办办法法是是让让斜斜变变电电压压斜斜率率绝绝对对值值/Ts大大于于或或等等于于信信号号最最大大斜斜率率的的绝绝对对值，即值，即 或 2. 过载特性过载特性 设设本本地地译译码码器器为为简简单单RC回回路路，输输入入端端所所加加双双极极性性信信号号电电压压绝绝对对值值为为E，则则在在Ts=t时时间间内内充充放放电电变变化化的的高高度度即即为为，可可以以算出算出 3. 动态范围动态范围 过载特性决定了可编码的最大信号振幅。与可
32、编码的最小信过载特性决定了可编码的最大信号振幅。与可编码的最小信号振幅共同决定可编码的动态范围。设在号振幅共同决定可编码的动态范围。设在t0时刻时刻 则则判判决决器器输输出出p(t)在在t0时时刻刻由由0变变为为1。在在t0之之后后，x0(t)将将在在-/2基基础础上上产产生生一一正正斜斜变变电电压压，到到t1时时刻刻上上升升到到/2。此此时时e(t1)0， p(t)输输出出0码码。x0(t)在在t1之之后后将将在在/2基基础础上上产产生生一一负负斜斜变变电电压压， 到到t2时时刻刻，x0(t)又又下下降降到到/2。此此时时e(t2)0，p(t)又又输输出出1码码。x0(t)则为三角波，幅度为
33、则为三角波，幅度为/2。 如果输入信号如果输入信号x(t)为一正弦信号为一正弦信号 则则当当x(t)振振幅幅小小于于/2时时，p(t)仍仍为为正正、负负极极性性相相同同的的周周期期性性方方波波，只只有有当当x(t)振振幅幅超超过过/2时时，p(t)才才会会受受x(t)的的影影响响，从从而而改改变输出码序列。所以，开始编码正弦信号振变输出码序列。所以，开始编码正弦信号振幅幅Amin为为 7-367-37 表表 7-7 fs与与Dc的关系的关系 3.2.3 增量调制的抗噪声性能增量调制的抗噪声性能 1. 量化信噪比量化信噪比 一一般般量量化化噪噪声声的的幅幅度度总总在在(-，)内内，若若在在此此区
34、区域域内内量量化化噪声为均匀分布，则未经过低噪声为均匀分布，则未经过低通滤波器的噪声功率为通滤波器的噪声功率为 它与信号幅度无关。它与信号幅度无关。 经过低通经过低通(设其截止频率为设其截止频率为fL)滤波器后的滤波器后的噪声功率应为噪声功率应为 设设信信号号工工作作于于临临界界状状态态，则则对对于于频频率率为为fk的的正正弦弦信信号号来来说说，信号功率信号功率 为最大值。把为最大值。把Amax=(fs)/k代入代入S0得得 因而得最大量化信噪比为因而得最大量化信噪比为 用分贝表示用分贝表示 由由于于语语音音信信号号幅幅度度是是变变化化的的，当当信信号号幅幅度度小小于于Amax时时，信信噪比将
35、下降。噪比将下降。 设信号设信号幅度为幅度为A， 则有则有 2. 误码信噪比误码信噪比 其其中中f1为为低低通通滤滤波波器器低低端端截截止止频频率率，pe为为系系统统误误码码率率，把把Ne代代入误码信噪入误码信噪比比S0/Ne中得中得 总信噪比为总信噪比为 3. PCM与与M系统性能比较系统性能比较 图图 7-34 忽略忽略pe的的PCM与与M比较比较 7.5 改进型增量调制改进型增量调制 图图 7-35 -的工作波形的工作波形 1. 总和增量调制总和增量调制(-)1) 的工作原理 -调制的特点调制的特点 M调调制制代代码码反反映映着着相相邻邻两两个个抽抽样样值值变变化化量量的的正正负负，这这
36、个个变变化化量量就就是是增增量量，因因此此称称为为增增量量调调制制。增增量量又又有有微微分分的的含含义义，因因此此增增量量调调制制又又称称为为微微分分调调制制。二二进进制制代代码码携携带带输输入入信信号号增增量量信信息息， 或或者者说说携携带带输输入入信信号号微微分分信信息息，故故而而这这种种信信息息将将恢恢复复成成输输入信号，只需对代码积分即可。入信号，只需对代码积分即可。 -调调制制的的代代码码就就不不同同了了，因因为为信信号号先先积积分分，再再进进行行M调调制制。这这样样-代代码码携携带带的的是是信信号号积积分分后后的的微微分分信信息息，由由于于微微、积积分分相相互互抵抵消消，因因此此-
37、代代码码携携带带的的是是输输入入信信号号的的振振幅幅信信息息。此此时时收收端端只只要要加加一一个个滤滤除除外外噪噪声声的的低低通通滤滤波波器器即即可可恢恢复复传传输输信信号了。号了。 2. 数字音节压扩自适应增量调制数字音节压扩自适应增量调制 1) 自适应增量调制自适应增量调制(ADM)的基本概念的基本概念 自自适适应应增增量量调调制制是是量量阶阶自自动动跟跟随随信信号号幅幅度度大大小小变变化化的的调调制制，具具体体地地说说是是当当大大信信号号时时，增增大大量量阶阶，小小信信号号时时，减减小小量量阶阶。 使使编编码码动动态态范范围围增增大大。提提高高小小信信号号量量化化信信噪噪比比。这这种种提
38、提高高小小信信号号量量化化信信噪噪比比的的方方法法与与PCM利利用用压压扩扩技技术术实实现现非非均均匀匀量量化化提提高高小信号量化信噪比小信号量化信噪比是类似的。是类似的。 提提取取控控制制电电压压的的两两种种方方法法。一一种种是是前前向向控控制制，即即控控制制电电压压直直接接从从输输入入信信号号x(t)中中提提取取话话音音信信号号的的斜斜率率，从从而而控控制制，使使斜斜率率大大时时增增大大；反反之之斜斜率率小小时时减减小小。这这种种方方法法目目前前很很少少应应用用。另另一一种种是是后后向向控控制制，控控制制信信息息从从信信码码中中提提取取，因因此此不不需专门把控制电需专门把控制电压从发端送到
39、收端，压从发端送到收端， 这种方法目前用得最多。这种方法目前用得最多。 3. 数字音节压扩数字音节压扩 - 调制调制 图图 3 34 数字音节压扩数字音节压扩 - 调制调制 4. 脉码增量调制脉码增量调制(DPCM) 1) DPCM方框图 图 7 40 DPCM系统方框图 2) DPCM的性能特点的性能特点 实实验验表表明明，经经过过DPCM调调制制后后的的信信号号，其其传传输输的的比比特特率率比比起起PCM来来说说大大大大地地压压缩缩了了。例例如如，对对于于有有较较好好图图像像质质量量的的情情况况， 每每一一抽抽样样值值只只需需4比比特特就就够够了了。此此外外，在在相相同同比比特特速速率率条
40、条件件下下， 则则DPCM比比PCM信信噪噪比比可可改改善善1417 dB。与与M相相比比，由由于于它它增增多多了了量量化化级级，因因此此在在改改善善量量化化噪噪声声方方面面优优于于M调调制制。 DPCM的的缺缺点点是是易易受受到到传传输输线线路路噪噪声声的的干干扰扰，在在抑抑制制信信道道噪噪声声方面不如方面不如M。 5. 自适应脉码增量调制自适应脉码增量调制(ADPCM) 1) 自适应量化自适应量化 DPCM与与M的的区区别别在在于于M是是用用一一位位二二进进制制码码表表示示差差值值e(t)， 而而DPCM是是用用一一组组二二进进制制码码去去表表示示e(t)。自自适适应应量量化化的的基基本本思思想想是是让让量量化化阶阶距距(量量化化电电平平范范围围)、分分层层电电平平能能够够自自适适应应于于量量化化器输入的器输入的e(t)的变化，从而使量化误差最小。的变化，从而使量化误差最小。
