第9章 模拟信号的数字传输2z.pptVIP

9.4 抽样信号的量化 抽样后样值无穷多种----编码有限----限制样值的取值种类 必须将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。 共有M个离散电平，它们称为量化电平。 用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。 量化器的输入输出关系可表示为： 为量化电平， 为分层电平， 为量化间隔。 关于均匀量化的讨论 均匀量化器的应用： A/D变换； 遥控遥测系统、仪表、图像信号的数字化接口等； 关于均匀量化的讨论 均匀量化的不足：不适于数字电话的通信 电话信号动态范围大，采用均匀量化容易过载； 动态范围：满足一定信噪比要求的信号取值范围 电话信号的信噪比要求要大于25dB，则需要12位编码，所需传输带宽大； 语音信号取小信号的概率大，而均匀量化时信号幅度越小，SNR越低，通信质量越差。 非均匀量化： 小信号小阶距量化，大信号大阶距量化 2、 非均匀量化 为保证信号的SNR要求，又不能使编码位数太多。采用先压缩后扩张的非均匀量化方案，以减少编码位数。 CCITT建议 对数压缩特性：A律；μ律 μ律由美国提出，A律由欧洲提出， 我国和欧洲使用A律，美国使用μ律。 （1） μ律对数压缩特性 μ律对数压缩特性定义为： A律对数压缩特性 A为压缩系数，A=1 时无压缩，A愈大压缩效果愈明显； 0=x=1/A， 是线性函数，特性曲线是一段直线 1/A=x=1，是对数函数，特性曲线是一段对数曲线 对数压缩特性  (a)A律 (b)μ律 3. 对数压缩特性的折线近似 CCITT建议 A律压缩特性采用13折线近似逼近A=87.6的压缩特性。 ? 律压缩特性采用15折线近似。 (1) A律13折线的形成 A律13折线：16段线段----13折线 （3）μ律15折线：逼近μ=255的对数压缩特性。 9.4 模拟信号的量化—非均匀量化 13折线法和15折线法比较 比较13折线特性和15折线特性的第一段斜率可知，15折线特性第一段的斜率（255/8）大约是13折线特性第一段斜率（16）的两倍。 所以，15折线特性给出的小信号的信号量噪比约是13折线特性的两倍。 但是，对于大信号而言，15折线特性给出的信号量噪比要比13折线特性时稍差。这可以从对数压缩式(4.3-22)看出，在A律中A值等于87.6；但是在μ律中，相当A值等于94.18。A值越大，在大电压段曲线的斜率越小，即信号量噪比越差。 9.4 模拟信号的量化—非均匀量化 非均匀量化和均匀量化的比较 现以13折线法为例作一比较。若用13折线法中的（第1和第2段）最小量化间隔作为均匀量化时的量化间隔，则13折线法中第1至第8段包含的均匀量化间隔数分别为16、16、32、64、128、256、512、1024，共有2048个均匀量化间隔，而非均匀量化时只有128个量化间隔。因此，在保证小信号的量化间隔相等的条件下，均匀量化需要11比特编码，而非均匀量化只要7比特就够了。 量化的物理过程 量化电平 分层电平 1. 均匀量化 把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化，其每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。 设输入信号的最小值和最大值分别用a和b表示, 量化电平数为M，则均匀量化时的量化间隔为 量化器输出为  式中, mi是第i个量化区间的终点（也称分层电平），可写成  qi是第i个量化区间的量化电平，可表示为  均匀量化特性及量化误差曲线 过载区的误差特性是线性增长的，因而过载误差比量化误差大，对重建信号有很坏的影响。设计量化器时，应考虑输入信号的幅度范围，使信号幅度不进入过载区， 或者只能以极小的概率进入过载区。 量化误差eq=m-mq通常称为绝对量化误差，它在每一量化间隔内的最大值均为Δ/2。 绝对量化误差与信号之比称为相对量化误差。相对量化误差的大小反映了量化器的性能，通常用量化信噪比（S/Nq）来衡量，它被定义为信号功率与量化噪声功率之比。