脉冲编码调制

脉冲编码调制（PCM）在发送端主要通过抽样、量化和编码工作完成转换，在接收端主要通过译码和滤波工作完成转换。

抽样
模拟信号变成数字信号的第一步工作就是要对初始信号进行抽样。抽样的目的是使模拟信号在时间上离散化。其原理是通过抽样脉冲按一定周期去控制抽样器的开关电路，取出模拟信号的瞬时电压值，从而将连续的原始话音信号变成间隔相等但幅度不等的离散电压值，如图 1.22所示。
话音信号抽样

所抽取的每个幅度值为样值，显然，该样值可以看做是按幅度调制的脉冲信号，称为脉冲幅度（PAM）信号。PAM信号的幅度取值是连续的，不能用有限数字来表示，我们认为它仍然是模拟信号。为了使抽样信号不失真地还原为原始信号，抽样频率应大于话音信号的最高频率的两倍，实际中取8000Hz，则抽样周期为1/8000,即125。

量化

量化的目的是将抽样得到的无数种幅度值用有限个状态来表示，以减少编码的位数。其原理是用有限个电平表示模拟信号的样值。量化方法大体上有舍去法（即将小于1V的尾数舍去）、补足法（即将小于1V的尾数补足为1V）以及四舍五入法三种。四舍五入法是将每个抽样后的幅值用一个邻近的“整数”值来近似，图 1.23所示为四舍五入量化方法的示意图。

图 1.23把信号归纳为0~7级，共8级，并规定，小于0.5的为0级，0.5~1.5之间为1级等。经过这样的量化，连续的样值就被归到了0~7级中的某一级，图2-3b就是量化后的值。需要注意的是，把无限多种幅值量化成有限的值必然会产生误差。我们把量化值与信号值之间的差异称做量化误差。量化误差是数字通信中的主要噪声来源之一。减少信号的量化噪声有以下两种方法：增加量化级数。增加量化级数可减小量化误差，但量化级数的增加会使编码位数增加，要求存储器容量加大，对编码器的要求也会提高。

采用非均匀量化的方法。图 1.23所示为一种均匀量化。在均匀量化时，由于量化分级间隔是均匀的，对大信号和小信号量化阶距相同，因而小信号时的相对误差大，大信号的相对误差小。非均匀量化是一种在信号动态范围内，量化分级不均匀、量化阶距不相等的量化。例如，若使小信号的量化分级数目多，则量化阶距小；若使大信号的量化分级数目少，则量化阶距大。这样可保证信噪比高于26dB。非均匀量化叫做“压缩扩张法”，简称压扩法，其原理如图 1.24所示。
非均匀量化的原理框图

在发送端，首先将输入信号送到压缩器进行压缩，然后再送到均匀量化器量化并编码，在接收端，先将收到的数码序列进行译码，然后再通过与压缩器特性相反的扩张器进行扩张，恢复为原来的信号。非均匀量化就是非线性量化，其压、扩特性采用的是近似于对数函数的特性。CCITT建议采用的压缩率有两种，分别叫做A律和u律。

A律的压缩系数（A）为87.6，用13折线来近似。欧洲各国、中国的PCM设备采用这种压缩律。律的压缩系数（）为255，用15折线来近似。北美各国的PCM设备采用这种压缩律。上述连续压扩特性需无穷多个量化级,实际上无法加以实现，因此采用数字电路分段进行压扩。这样不仅容易实现一致性好而且成本不高。

A律压缩采用的是十三折线法。图 1.25、表 1.21给出了十三折线法和A律压缩法的各折线段的斜率。
图·1.2-5和表1.2-1

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