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第6章现代通信原理与技术西安电子科技大学(张辉曹丽娜编著第二版)祥解.ppt

发布:2016-11-02约字共171页下载文档
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图 6 - 1模拟信号的数字传输 6.5 增 量 调 制(ΔM)   以较低的速率获得高质量编码,一直是语音编码追求的目标。通常,人们把话路速率低于64kbit/s的语音编码方法,称为语音压缩编码技术。语音压缩编码方法很多,其中自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)是语音压缩中复杂度较低的一种编码方法,它可在32kbit/s的比特率上达到64kbit/s的PCM数字电话质量。近年来,ADPCM已成为长途传输中一种国际通用的语音编码方法。 6.4.1 DPCM 在PCM中,每个波形样值都独立编码,与其他样值无关,这样,样值的整个幅值编码需要较多位数,比特率较高,造成数字化的信号带宽大大增加。然而,大多数以奈奎斯特或更高速率抽样的信源信号在相邻抽样间表现出很强的相关性, 有很大的冗余度。利用信源的这种相关性,一种比较简单的解决方法是对相邻样值的差值而不是样值本身进行编码。由于相邻样值的差值比样值本身小,可以用较少的比特数表示差值。这样,用样点之间差值的编码来代替样值本身的编码, 可以在量化台阶不变的情况下(即量化噪声不变),编码位数显著减少,信号带宽大大压缩。这种利用差值的PCM编码称为差分PCM(DPCM)。 如果将样值之差仍用N位编码传送,则DPCM的量化信噪比显然优于PCM系统。   实现差分编码的一个好办法是根据前面的k个样值预测当前时刻的样值。编码信号只是当前样值与预测值之间的差值的量化编码。其基本原理概述如下:   令xn表示当前时刻信源的样值,用xn表示对xn的预测值,它是过去k个样值的加权线性组合,定义为 (6.4-1) 式中,{ai}是预测器系数。好的一组预测系数{ai}能使当前样值与预测值之间的误差,即 (6.4-2) 最小。 DPCM就是对差值en进行量化编码。因为 (6.4-3) 接收端收到en,利用式(6.4-3)即可获得xn。   图6-27给出了DPCM系统的原理框图。图中, xn 表示当前的信源样值,预测器的输入记为xn。预测器的输出为 ^ (6.4-4) 差值为 (6.4-5) 图6-27 DPCM系统原理框图 (6.4-6) (6.4-7) 由式(6.4-7)可见,DPCM系统总的量化信噪比远大于量化器的信噪比。因此要求DPCM系统达到与PCM系统相同的信噪比,则可降低对量化器信噪比的要求,即可减小量化级数,从而减少码位数,降低比特率,减小传输带宽。 6.4.2 ADPCM   值得注意的是,DPCM系统性能的改善是以最佳的预测和量化为前提的。但对语音信号进行预测和量化是个复杂的技术问题,这是因为语音信号在较大的动态范围内变化,为了能在相当宽的变化范围内获得最佳的性能,只有在DPCM基础上引入自适应系统。有自适应系统的DPCM称为自适应差分脉冲编码调制,简称ADPCM。   ADPCM的主要特点是用自适应量化取代固定量化,用自适应预测取代固定预测。自适应量化指量化台阶随信号的变化而变化,使量化误差减小;自适应预测指预测器系数{ai}可以随信号的统计特性而自适应调整,提高了预测信号的精度,从而得到高预测增益。通过这二点改进,可大大提高输出信噪比和编码动态范围。 如果DPCM的预测增益为6~11dB,自适应预测可使信噪比改善4dB;自适应量化可使信噪比改善4~7dB,则ADPCM相比PCM可改善16~21dB,相当于编码位数可以减小3~4位。因此,在维持相同的语音质量下,ADPCM允许用32kbit/s比特率编码,这是标准64kbit/sPCM的一半。   降低传输速率、压缩传输频带是数字通信领域的一个重要的研究课题。ADPCM是实现这一目标的一种有效途径。与64kbit/sPCM方式相比,在相同信道条件下,32kbit/s的ADPCM方式能使传输的话路加倍,使数字通信系统的每路信道价格减半,传输信道越长,其经济性越显著。因此,在长途传输系统中,ADPCM有着远大的前景。相应地,ITU也形成了关于ADPCM系统的规范建议G.721、G.726等。 6.5.1简单增量调制 1. 编译码的基本思想 不难想到,一个语音信号,如果抽样速率很高(远大于奈奎斯特速率),抽样间隔很小,那么相邻样点之间的幅度变化不会很大,相邻抽样值的相对大小(差值)同样能反映模拟信号的变化规律。 若将这些差值编码传输, 同样可传输模拟信号所含的信息。此差值又称“增量”,其值可正可负。 这种用差值编码进行通信的方式,就称为“增量调制”(Delta Modulation),缩写为DM或ΔM。    在接收端译码时,首先要考虑如何由二进制序列恢复出阶梯波的问题。不难看出,接收端只要每收到一个“1”码就是输出上升
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