PCM編碼和解碼仿真

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 4 4：PCM PCM 編碼與解碼仿真編碼與解碼仿真PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 組長(zhǎng)：鮑中文成員：徐 超 孫 源 薛樹(shù)勇 王鑫杰 邵曉飛實(shí)驗(yàn)題目：實(shí)驗(yàn)題目：PCM 編碼與解碼仿真編碼與解碼仿真組員分工情況：組員分工情況： 講解：王鑫杰講解：王鑫杰 仿真：鮑中文仿真：鮑中文 信息采集：孫源信息采集：孫源 PPT PPT 制作：徐超制作：徐超 薛樹(shù)勇薛樹(shù)勇 邵曉飛邵曉飛 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?

2、二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 四、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題四、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題 五、實(shí)驗(yàn)誤差分析五、實(shí)驗(yàn)誤差分析 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)PCM 編碼與解碼仿真目錄 1掌握 PCM 的編碼原理和 Matlab Simulink 仿真方法 2掌握 PCM 的解碼原理和 Matlab Simulink 仿真方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及，數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)越性日益明顯。因此，以PCM為代表的編碼調(diào)制技術(shù)極受重視。PCM的優(yōu)點(diǎn)是的優(yōu)點(diǎn)是：抗干擾性強(qiáng)，失真小，傳輸特性穩(wěn)定，遠(yuǎn)距離再生中繼時(shí)噪聲不積累，而且可以采用有效編碼、糾錯(cuò)編碼和保密編碼來(lái)提高系統(tǒng)通信的有

3、效性、可靠性和保密性。二、實(shí)驗(yàn)原理 另外，由于數(shù)字信號(hào)可以存儲(chǔ)，并能進(jìn)行時(shí)間標(biāo)度的變換，所以可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間與信號(hào)功率的互換。由于PCM可以把各種消息（如聲音、圖像、數(shù)據(jù)等）都變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，因此可以實(shí)現(xiàn)傳輸和交換一體化的綜合通信方式，而且還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理一體化的綜合信息處理，故它能較好地適應(yīng)信息化社會(huì)對(duì)通信的要求。PCM的缺點(diǎn)是：的缺點(diǎn)是：傳輸帶寬寬、系統(tǒng)較復(fù)雜。但是，隨著數(shù)字技術(shù)的飛躍發(fā)展，這些缺點(diǎn)已不重要。因此，PCM是一種使用十分廣泛的通信方式。PCM 編碼與解碼編碼與解碼原理圖原理圖模擬信號(hào)輸入抽樣保持量化編碼PCM信號(hào)信號(hào) 輸出(a) (a) 發(fā)送端發(fā)送端PCM信號(hào)

4、信號(hào)輸入解碼低通濾波模擬信號(hào)輸出（b b）接收端）接收端 PCM系統(tǒng)原理如圖所示。在發(fā)送端，對(duì)輸入的模擬信號(hào)m（t）進(jìn)行抽樣、量化和編碼。編碼后的PCM信號(hào)是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字序列，其傳輸方式可以采用數(shù)字基帶傳輸，也可以是對(duì)載波調(diào)制后的帶通傳輸。在接收端，PCM信號(hào)經(jīng)譯碼后還原為量化值序列（含有誤差），再經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，便可得到重建的模擬信號(hào)m（t）。 Simulink PCM 編碼和解碼組成的 Matlab Simulink 仿真框圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 1 1 仿真框圖中各部分的簡(jiǎn)介仿真框圖中各部分的簡(jiǎn)介1.1.信源 在通信系統(tǒng)中假定我們僅用來(lái)傳送語(yǔ)音信號(hào),因語(yǔ)音信號(hào)的頻帶范圍為 30

5、0Hz3400Hz ,為了更好的體現(xiàn)人的語(yǔ)音的頻率的變化以及觀察所采用的系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)恢復(fù)程度,我們采用了 chirp 函數(shù)。chirp 函數(shù)是其頻率時(shí)間線性增長(zhǎng)的函數(shù),在雷達(dá)系統(tǒng)中這樣的信號(hào)稱為線性調(diào)頻信號(hào),并用專用詞匯Chrip 表示。 1.2.模擬低通濾波器 按照采樣定理的要求選擇采樣頻率,即s 2c ,但考慮到信號(hào)的頻譜不是銳止的,最高截止頻率以上還有較小的高頻分量,為此可選s = (324) c 。另外可以在采樣之前加一保護(hù)性的低通濾波器,濾去高于s/ 2 的一些無(wú)用的高頻分量,以及其他的一些雜散信號(hào),因此在采樣前加入一低通濾波器。 1.3.矩形脈沖序列 由于產(chǎn)生和傳輸單

6、位沖激函數(shù)難以實(shí)現(xiàn),因此實(shí)際中通常采用矩形脈沖抽樣,根據(jù)CCITT （國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn),留一定的防衛(wèi)帶則采樣頻率 f s = 8000Hz , T = 1/8000 = 125s 用占空比為 50 %的矩形脈沖序列。 1.4.相乘器 通過(guò)相乘器使語(yǔ)音信號(hào)與矩形脈沖相乘從而獲得時(shí)域離散信號(hào),此即信號(hào)的抽樣過(guò)程。 1.5.A 率壓縮 由于實(shí)現(xiàn)困難,因此工程上通常用十三折曲線來(lái)近似地表示 A 律曲線。 1.6.均勻量化和編碼 根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果:在信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍40dB 的情況下信噪比不應(yīng)低于 26dB。因此用 8 位量化器,量化間隔為 125s。1.7.編碼器 編碼器是將量化后信號(hào)編

7、成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)。1.8.解碼器 將從信道接受到信息進(jìn)行解碼 A 率解壓： 對(duì)解碼后的信號(hào)量化值進(jìn)行擴(kuò)展,得到重建信號(hào)。 零階保持器(Zero-Order Hold): 零階保持完成將重建信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)信號(hào)。 浮點(diǎn)示波器(Floating Scope)： 將產(chǎn)生的信號(hào)波形顯示出來(lái)。在本實(shí)驗(yàn)中將原信號(hào)波形與恢復(fù)后的信號(hào)波形同時(shí)顯示在同一濾波器中,這樣可以直觀的比較信號(hào)的恢復(fù)程度。2. 用示波器用示波器scope觀察輸入的觀察輸入的chirp信號(hào)和編信號(hào)和編碼器輸出的信號(hào)碼器輸出的信號(hào)圖2-1圖2-2輸入Chirp信號(hào)輸出的信號(hào)波形是正弦波，而經(jīng)過(guò)編碼器輸出的信號(hào)波形是一個(gè)部分失真的矩形脈沖波

8、（二進(jìn)制數(shù)字序列）。圖2-1是模擬信號(hào)，圖2-2是數(shù)字信號(hào)。問(wèn)題2.1 觀察輸入的 Chirp 信號(hào)和編碼器輸 出的信號(hào)波形，可以發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)？哪幅是模擬信號(hào)？哪幅圖是數(shù)字信號(hào)？3.用浮點(diǎn)示波器用浮點(diǎn)示波器floating scope觀察輸入的觀察輸入的chirp信號(hào)和解碼器輸出的信號(hào)信號(hào)和解碼器輸出的信號(hào)圖3-1圖3-2輸入Chirp信號(hào)輸出的信號(hào)波形是正弦波，而經(jīng)過(guò)解碼器輸出的信號(hào)波形是一個(gè)矩形脈沖波（量化值序列），解碼器把PCM信號(hào)還原成量化后的原樣值信號(hào)，也就是進(jìn)行D/A變換圖3-1是數(shù)字信號(hào)圖3-2是模擬信號(hào)。問(wèn)題3.1 觀察輸入的 Chirp 信號(hào)和解碼器輸出的信號(hào)波形，可以發(fā)現(xiàn)什

9、么點(diǎn)哪幅圖是模擬信號(hào)？哪幅圖是數(shù)字信號(hào)？PCM（pulse code modulation）是模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制方式（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）。也就是把連續(xù)的輸入信號(hào)變換為時(shí)間域和振幅上都離散的量，然后再把它變?yōu)榇a進(jìn)行傳輸。四、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題問(wèn)題4.1 什么是 PCM？ 它有什么作用？模擬信號(hào)數(shù)字化一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：（1）抽樣，就是以相等的間隔時(shí)間來(lái)抽取模擬信號(hào)的樣值，使連續(xù)的信號(hào)變成離散的信號(hào)。（2）量化，就是把抽取的樣值變換為最接近的數(shù)字值，表示抽取樣值的大小。（3）編碼，就是把量化的數(shù)值用一組二進(jìn)制的數(shù)碼來(lái)表示。問(wèn)題4.3 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)一般要經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟？ 在數(shù)字通信中，信息源

10、給出的信號(hào)是模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)抽樣（模擬信號(hào)被抽樣后，成為抽樣信號(hào)，也就是時(shí)間上離散，取值上連續(xù)的離散模擬信號(hào)）、量化（使抽樣信號(hào)變成量化信號(hào)，時(shí)間和取值都是離散的數(shù)字信號(hào)，故量化信號(hào)已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)了，它也可以看成是多禁止的數(shù)字脈沖信號(hào)）其轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。問(wèn)題4.4 在數(shù)字通信中，為什么要進(jìn)行抽樣和量化？什么是抽樣、量化和編碼？ 抽樣是把連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)； 量化是把離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間離散幅度的數(shù)字信號(hào)； 編碼是將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼輸出。 由于實(shí)際取樣脈沖不可能是理想的沖激函數(shù)而引入的孔徑失真;由于無(wú)窮內(nèi)插公式和許多高頻分量而混入了插入噪聲;以及因解碼端再生取樣脈沖時(shí)而導(dǎo)致的定時(shí)抖動(dòng)失真等。表現(xiàn)在恢復(fù)的圖像成階梯形,而不圓滑。五、實(shí)驗(yàn)誤差分析 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。 在前面章節(jié)學(xué)習(xí)過(guò)，只有信源中每個(gè)符號(hào)以等概率獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，信源的熵（平均信息量）最大。采用編碼的方法可以改變概率和符號(hào)出現(xiàn)的及減少符號(hào)之間的相關(guān)性（增加獨(dú)立性），從而提高符號(hào)的