第2章 模拟信号的数字化传输.ppt

第二章 模拟信号的数字化传输 知识点1：抽样定理 知识点2：抽样后信号的恢复 知识点3：脉冲振幅调制（PAM） 内容： 应该如何抽样才能由抽样后的信号无失真的恢复出抽样前的信号。 前提： 理想抽样（用来抽样的是周期冲激序列 ） 信号的理想抽样 对信号m(t)的抽样过程在理论上可以抽象为：将周期等于Ts的单位强度的冲激序列 δTs(t)与信号m(t)的相乘。 时域表达式：ms(t)= m(nTs)δTs(t－nTs) (2-1) 一、低通信号抽样定理(重点) 一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m(t) ，如果以fs≥2 fH的抽样速率进行均匀抽样，则m(t)可以由抽样后的信号ms(t)完全地确定。 知识点2：抽样信号的恢复 满足抽样定理?抽样信号频谱不混叠?滤波器恢复信号 PAM： 将模拟信号的抽样值加载在脉冲载波的幅度上。 两种实现PAM的方式： 一、自然抽样 二、平顶抽样 知识点1：PCM编译码调制过程 知识点2：量化误差 知识点3：非均匀量化 知识点4：编码与译码 量化台阶在整个量化区间内为常数。 知识点1：增量调制的工作原理 知识点2：增量调制的量化误差 知识点3：改进型增量调制 3）ADPCM编解码器的组成 对话音信号来讲，ADPCM系统的量阶、预测系数的调整周期为一个音节周期，因此，在两次估算之间，其量阶、预测系数的值保持固定不变。 由于采用了自适应措施，量化失真、预测误差均比较小，因而传送32kb/s(抽样率仍为8kHz，但每一抽样值只编4位码)比特率的ADPCM的信号，即可获得64kb/s的PCM系统的通信质量。 实现过程：首先将8位非线性PCM代码变成12位线性码x(n)，并同预测信号 相减产生预测误差信号d(n)，对该预测误差信号d(n)进行量化、编成4位ADPCM码C(n)。 3. 线性预测编码（LPC—Linear Predictive Coding） 1）语音信号模型 根据激励源和声道模型的不同，语音可以分为浊音和清音。其中，浊音语音信号在时域上具有准周期（叫基音周期，其倒数叫基音频率）特性，在频域上具有谐波结构（基音频率的各次谐波，基音频率一般为70～300 Hz），其能量主要集中在低于3kHz频率范围内的各基音的谐波频率附近，频谱包络有明显的突出点又称为共振峰，频谱的相关性较强；而清音语音信号则类似随机噪声或白噪声，其时间波形无准周期特性，频谱较宽也没有明显的小尖峰存在，能量主要集中在比浊音更高的频率范围内。 图中脉冲序列发生器表示浊音激励源，随机噪声发生器表示清音激励，由清/浊音判决开关选择其中一种激励源，而声道特性则看成一个线性时变滤波器，G为增益系数代表语音的强度。 图2-29 语音信号产生的简化模型 决定语音的特征参数主要有基音、共振峰频率、浊音/清音判决和强度。 发送端不需要传送整个话音信号波形，只需要提取待传话音信号的这些特征参数并对其进行量化编码再传送到接收端，收端根据这些参数通过语音信号模型便可以合成语音信号实现该过程的系统就是声码器。 由于传送这些话音特征参数所需的数码率大大低于传送话音信号抽样值所需的数码率，编码所需的比特率可大大压缩，因此利用声码器的参量编码能实现低码速语音编码，当然，收端合成的语音信号仅保持了原语音信号的可懂度，而失去了自然度，故参量编码是以牺牲语音音质来实现低数码率语音编码的。 2） LPC声码器基本原理 线性预测编码（LPC）声码器属于时间域声码器类，它是从话音信号时间波形中提取预测器系数、基音周期、清/浊音判决和增益系数等语音特征参数。LPC系统把声道模拟成为一个全极点线性滤波器，可以用类似ADPCM中所用的线性预测技术，在时域上获得全极点滤波器的系数. 图2-30 LPC声码器原理框图 LPC声码器在发送通道对输入作话音信号分析，每隔10～20ms取出一帧话音进行清/浊音区分和基音周期提取，以给出激励信息，并计算出预测滤波器的各种系数，经量化和编码后，通过信道送往接收端。在接收端，则按照前述的语音信号产生模型，用收到的激励信息、增益系数以及预测系数控制模型参数，合成出与系统输入话音相近似的输出话音。 在上述LPC声码器中，由于将语音信号产生模型的激励简单地分成周期脉冲和白噪声，对实际通话中相当一部分既不是周期脉冲序列，又不是随机噪声的语音激励的情况而言，合成出来的话音听起来就非常不自然，而且，接收端对清/浊音的判决、基音周期的提取也容易受到噪声和干扰的影响，