程控与数据交换技术S第章 补程控交换的数字化基础.pptVIP

----程控交换的数字化基础 信息科学与工程学院 通信工程教研室 穆欣侃 补： 程控交换的数字化基础 1.抽样 语音信号数字化，首先要将语音信号离散化，这就是抽样。但抽样后的信号在什么条件下，能够恢复原信号，这是关键的问题。 所谓抽样，就是在一系列离散点上对连续模拟信号抽取样值的过程，输出的抽样信号(抽样序列)sT(t)可以表示为原始连续模拟信号s(t)与一个周期性的抽样脉冲fT(t)相乘的积。 1.抽样 抽样定理是模拟信号数字化的理论基础。抽样定理指出: 一个连续模拟信号s(t)的频率|f|≤fm（fm为低通模拟信号的最高频率），如果抽样频率满足fs≥2fm，则s(t)可以由抽样序列惟一地确定。即可通过截止频率为fm的理想低通滤波器由抽样信号准确地恢复出原始模拟信号。Ts=1/fs为抽样的最大间隔， 称为奈奎斯特间隔。由于抽样时间间隔相等，所以此抽样定理又称均匀抽样定理。 1.抽样 从信号的频谱分析理论中，我们知道：每种信号都有与之相对应的频谱。例如人的讲话声音包含有许许多多的频率成份，声带发出的声音除了基本频率外，还有大量的泛音，其基本频率大致范围是： 男低音 80~320Hz； 男中音 100~400Hz； 男高音 130~480Hz； 女低音 160~600Hz； 女高音 250~1200Hz 1.抽样 可见人类语声的基本频率（基频）范围是80~1200Hz。但是泛音和子音都包含有大量的较基频为高的各种频率，正因为不同声源所发出的高于基频的各种频率成份不同，人耳才能辨别出不同的声源。实验证明，要正确的重发同样的语言，则频带必须在80~8000Hz范围。在电话传输中，为了减少频带，提高线路的利用率，ITU-T建议将语声的频带限制在300~3400Hz范围，保证能听清楚讲话的内容及讲话者的语音特征，但其优美的音色则被滤掉。 1.抽样 若选取fs＜2fm，即欠抽样，则相邻周期的频谱将发生频谱重叠，称为混叠， 因此不能从ST(f)中准确地分离出信号s(t)的频谱S(f)， 某些信息将会丢失。 若选取fs=2fm，则相邻周期的频谱间互不重叠，频率间隔为fs ，经过理想低通滤波器，理论上可以由抽样信号恢复原信号，但需要无限陡峭截止边缘的滤波器， 这种理想低通滤波器是无法实现的。 1.抽样 若选取fs＞2fm，即过抽样，用一个截止频率为fm的理想低通滤波器就能准确地从抽样信号中恢复出原信号。因此，在实际工作中，常选取 fs ≥2.2fm。例如话音信号的最高频率限制在3400 Hz，这时满足抽样定理的最低频率应为 fsmin=6800Hz，为了防止抽样混叠，需要留有一定的过渡带宽(又称保护带)，ITU－T规定话音信号的抽样频率为8000 Hz，这样就留有8000－6800=1200Hz作为滤波器的过渡带宽，这样就可以降低对滤波器的要求。 应当指出，抽样频率fs并非越高越好，fs越高， 数据量就越大，信道的利用率就越低。 通常只要满足fs ＞2fm，并留有一定频宽的过渡带宽即可。 2.量化 话音信号数字化的第二步就是量化。经过抽样后，每秒得到的抽样值（简称样值）的数目就已确定，但抽样信号在幅度上仍然是连续变化的。每个样值可有无限多种可能的幅度值，必须经过量化将其转换成幅度离散的数字信号，即用某个特定的量化电平值代替抽样信号幅度。 2.量化 量化器的功能是按照一定的规则对抽样信号值作近似表示， 使经量化器输出的幅值的大小为有限个数。由于以有限个离散值近似表示无限个连续值，所以模拟信号经过量化后必然会丢失一部分信息，产生误差，这个误差称为量化误差， 由此产生的失真称为量化失真，也称为量化噪声。因此，在对抽样信号进行量化时，需要考虑以下两个方面的问题：  　　 (1) 若给定量化电平数L，如何使量化失真最小。  　　 (2) 若给定量化失真的要求，如何使表示每个样值所需的平均比特数最少。 2.量化 均匀量化 均匀量化也称为线性量化，是指整个量化区域上的各个量化间隔相等。 均匀量化器的量化信噪比随量化电平数L的增大而增大。 通常在给定信号最大幅度的情况下， 量化电平数越多，量化噪声就越小，量化器的量化信噪比就越高，量化误差也就越小。 2.量化 均匀量化的优点是实现简单，但由于量化间隔是固定的， 不能随信号的幅度而变化，当信号较大时，量化器的量化信噪比大；当信号较小时，量化器的量化噪声较大，量化信噪比较小。为了克服该缺点，在实际应用中，通常采用非均匀量化， 即采用量化间隔不均匀的量化，以改善小信号时的量化信噪比。 2.量化 非均匀量化