A律PCM編碼系統(tǒng)設(shè)計與仿真

1、學(xué)習(xí)文檔 僅供參考通信系統(tǒng)建模與仿真實驗報告實驗2：MATLAB編程實現(xiàn) A律PCM編碼系統(tǒng)設(shè)計與仿真1 主要技術(shù)指標(biāo)：輸入信號：s(t)=Asin(2ft+);輸入信號幅值：A=-700dB;輸入信號頻率：f=4Hz;抽樣頻率：fs=100Hz;2 總體系統(tǒng)設(shè)計框圖 圖1. A律PCM編解碼的系統(tǒng)框圖3 程序塊流程設(shè)計與檢驗3.1 A律PCM編碼模塊3.1.1 A律PCM編碼規(guī)則：圖2 段落碼和段內(nèi)碼的編碼規(guī)則3.1.2 PCM編碼流程輸入信號x后，先判斷x的符號，x>0時C1=1，x<0時C1=0；判斷完符號后將信號進行歸一化和量化，再進行段落判斷以及段內(nèi)判斷，最后將C1C8輸

2、出。流程圖如下： 輸入信號S判斷符號 歸一化、量化輸出 段內(nèi)判斷 段落判斷 對已經(jīng)編碼的信號進行譯碼時，先輸入已經(jīng)編碼的碼組，根據(jù)極性碼的規(guī)則提取符號，判斷符號位，接著再判斷段落位置和段內(nèi)位置，最后將譯碼后的結(jié)果輸出，其譯碼流程圖如下: 輸入信號S判斷符號 歸一化、量化輸出 段內(nèi)判斷 段落判斷 4 程序代碼及測試仿真結(jié)果4.1 連接全程序輸入的信號進行參數(shù)設(shè)定：抽樣頻率fs=40,dt=1/fs,t=0:dt:2,輸入的正弦信號幅度不同，vm1=-70:5:0，這是以分貝為單位的，要將他轉(zhuǎn)換為以伏特為單位的vm=10.(vm1/20)；開始畫圖調(diào)用各個模塊的函數(shù)：PCM均勻量化編碼sqnrM,

3、zxx,zz=upcm(x,M),PCM編碼y=pcm_encode(sxx),PCM解碼yy=pcm_decode(y,v);還要計算噪聲平均功率與信號平均功率來得到信號的量化信噪比：nq(m)=sum(x-yy).*(x-yy)/length(x); sq(m)=mean(yy.2); snr(m)=(sq(m)/nq(m);4.2 仿真結(jié)果在matlab上運行主函數(shù)pcm_e_decode.m，可得到原始信號波形，PCM譯碼后的波形，不同幅度下PCM編碼后的量化信噪比以及均勻量化的量化信噪比的波形 圖3 原始抽樣信號上和PCM譯碼后的重建信號下原始抽樣信號與PCM譯碼后的信號都是正弦波，

4、可以看出經(jīng)過PCM譯碼后的重建信號與原始信號相比沒有失真，譯碼正確。圖4 A律PCM編碼與均勻量化編碼的量化信噪比的比較從上圖可以看出：1對均勻編碼和非均勻編碼，量化信噪比隨著輸入信號幅度的變化而變化；2在輸入正弦信號幅度相同的情況下，經(jīng)過A律13折線近似的PCM非均勻量化編碼后的信號量化信噪比要比均勻量化編碼后的信噪比小，因此，可以得出結(jié)論：非均勻量化可以有效地改善量化信噪比。4.3 Matlab源程序程序代碼%均勻量化編碼：functionsqnr,a_quan,code=upcm(a,n)amax=max(abs(a);a_quan=a/amax; %抽樣值歸一化b_quan=a_qua

5、n;d=2/n;q=d.*0:n-1-(n-1)/2*d;%對歸一化的輸入信號序列進行量化for i=1:n index=find(q(i)-d/2<=a_quan)&(a_quan<=q(i)+d/2); a_quan(index)=q(i).*ones(1,length(index); b_quan(find(a_quan=q(i)=(i-1).*ones(1,length(find(a_quan=q(i)enda_quan=a_quan*amax;nu=ceil(log2(n);code=zeros(length(a),nu);for i=1:length(a) fo

6、r j=nu:-1:0 if(fix(b_quan(i)/(2j)=1) code(i,nu-j)=1; b_quan(i)=b_quan(i)-2j; end endendsqnr=20*log10(norm(a)./norm(a-a_quan);%PCM編碼：functionout=pcm_encode(x)for i=1:n if x(i)>0 out(i,1)=1; else out(i,1)=0 endif abs(x(i)>0 & abs(x(i)<32 out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=2;st=0; elsei

7、f abs(x(i)>=32 & abs(x(i)<64 out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=2;st=32; elseif abs(x(i)>=64 & abs(x(i)<128 out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=4;st=64; elseif abs(x(i)>=128 & abs(x(i)<256 out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=8;st=128; elseif abs(x(i)>=256 &

8、; abs(x(i)<512 out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=16;st=256; elseif abs(x(i)>=512 & abs(x(i)<1024 out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=32;st=512; elseif abs(x(i)>=1024 & abs(x(i)<2048 out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=64;st=1024; elseif abs(x(i)>=2048 & abs(x(i)

9、<4096 out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=128;st=2048; else out(i,2)=1,out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=128;st=2048; end if(abs(x(i)>=4096) out(i,2:8)=1 1 1 1 1 1 1; else tmp=floor(abs(x(i)-st)/step); t=dec2bin(tmp,4)-48; %函數(shù)dec2bin輸出的是ASCII字符串，48對應(yīng)0 out(i,5:8)=t(1:4); endendout=reshape(out',1

10、,8*n);%PCM譯碼：functionout=pcm_decode(in,v)%decode the input pcm code%in, input the pcm code 8bits sample%v, quantized leveln=length(in);in=reshape (in',8,n/8);slot(1)=0;slot(2)=32;slot(3)=64;slot(4)=128;slot(5)=256;slot(6)=512;slot(7)=1024;slot(8)=2048;step(1)=2;step(2)=2;step(3)=4;step(4)=8;step

11、(5)=16;step(6)=32;step(7)=64;step(8)=128;for i=1:n/8 ss=2*in(1,i)-1; tmp=in(2,i)*4+in(3,i)*2+in(4,i)+1; st=slot(tmp); dt=(in(5,i)*8+in(6,i)*4+in(7,i)*2+in(8,i)*step(tmp)+0.5*step(tmp); out(i)=ss*(st+dt)/4096*v;end%主程序中：figure(1)for k=1:length(vm) for m=1:2 x=vm(k)*sin(2*pi*4*t+2*pi*rand(1); sqnrM,zxx,zz=upcm(x,M); %PCM均勻量化編碼 srm(m)=sqnrM; v=vm(k); xx=x/v; %normalize sxx=floor(xx*4096); y=pcm_encode(sxx); %PCM編碼 yy=pcm_decod