均匀量化： 数字通信过程中，量化实际上是将模拟信号取样后，可用2n个离散电平值来表示PAM的样值幅度变化，并且经量化后，每一个连续样值都将被 这些离散值所取代，这些电平被称为量化电平，用量化电平取代每个取样值的过程称为量化。
非均匀量化：所谓非均匀量化，指当信号幅度小时，量化台阶也小，信号幅度大时，量化台阶也大，以改善量化性能。
• 3.2.4 自适应差分脉冲编码调制
● 发展过程：1972年CCITT制定了G.711 64kb/s PCM语音编码标准，CCITT G.711A规 定的A律和μ律PCM采用非线性量化，在64kb/s的速率语音质量能够达到网络等级，当前 已广泛应用于各种数字通信系统中。由于它是一维统计语音信号，当速率进一步减小时， 将达不到网络等级所要求的话音质量。对于许多应用，尤其在长途传输系统中，64kb/s 的速率所占用的频带太宽以至通信费用昂贵，因此人们一直寻求能够在更低的速率上获 得高质量语音编码质量的办法。于是在1984年CCITT又提出了32kb/s标准的G.721 ADPCM 编码。ADPCM充分地使用了语音信号样点间的相关性，利用自适应预测和量化来解决语 音信号的非平稳特点，在32kb/s速率上能够给出符合公用网的要求的网络等级语音质量。
• PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式，其系统原理，首先，在发送端 进行波形编码 (主要包括抽样、量化和编码三个过程)，把模拟信号变换为二进制码
组。编码后的PCM码组的数字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是调制后的调
制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后经低通
P6
+
1）
8
×本段长度
第8个比较电平=本段的起始电平+（1
2
P5
+
1 4
P6
+
1 8
P7
+
1 16
）
×本段长度
确“1定”P5，P6相P7反P8，时编，为用“ms0”t 分。别经与上第述54、项6比、较7、后8，个可比获较得电段平内进码行。比较，如果ms t 大，相应码编为
• 解码方法
解码的作用是把收到的PCM信号还原成相应的PAM样值信号，即进行D/A变换。A律13折线解码器 原理框图如下图3-10所示，它与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同。所不同的是P8在本 地译码器中不作为反馈信号，而在解码器中还需考虑。
• 码字与码型
• 音信号多采用二进制数字编码。编码时，每个量化级都用若干比特的二进制码组表示， 这一组二进制数字称为码字信号。如果把所有的量化级按其量化电平大小的次序排列起 来，并列出各自对应的码字信号，这个整体就称为码型。对于M个量化电平，可以用N位 二进制码来表示，其中的每一个码组称为一个码字。
• 奈奎斯特取样定理 对于上限频率为fh的带限信号，如果用fs≥2fh的信号对它进行取样，则原信号将
被所得到的取样值完全地确定，可以通过截止频率为fh的理想低通滤波器完全地恢复原信 号 例如：设模拟信号具有图3-3a、b的波形和频谱，其最高频率为fh，取样信号s(t)是一个周 期为Ts的矩形脉冲序列，取样频率为fs，脉冲宽度为τ,幅度为A则其频谱如下图所示。
• 均匀量化
• 下图是一个量化过程的原理示意图。图中，横坐标表示取样电压，从幅度上看，它仍是连 续的，用纵坐标表示量化电平，即幅度被离散处理后的电压
• 化后的信号uk t 是原来信号u(t)的近似，当取样速率一定，量化电平数增加并且量化 电平选择适当时，可以提高量化uk t 与u(t)的近似程度。均匀量化的量化误差为： e t = uk t − u(t)
3.1信源编码（A/D）
• 在通信系统中，信源的任务是把原始消息转换为原始电信号，实际 上就是一个能量变换器，比如电话的送话器就是把声波信号转换成 可以在通信系统中处理的模拟的电信号
信源编码主要任务 • 其一，是将信源送出的模拟电信号数字化，即A/D转换。 • 其二，是将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，
• 均匀量化的严重缺点：随输入信号幅度的下降，信噪比将严重恶化。因为在量化器确 定后，N和∆确定，随输入信号幅度的下降，相当于被量化的级数小于N，使量化误差 增大，噪声增大。当输入小信号时，因信噪比严重恶化，将使小信号的复原极为困难。
• 非均匀量化
• 为克服均匀量化过程中造成的小信号量化信噪比恶化的缺点，提出了非均匀量化。所谓非均匀 量化，指当信号幅度小时，量化台阶也小，信号幅度大时，量化台阶也大，以改善量化性能。
128 16 2048
代表一个量化单位;第八段最长，它是归一化值的1/2,将它等分16小段后，每一小段归 一化长度为1/32，包含64个最小量化间隔，记为64∆。如果以非均匀量化时的最小量化 间隔∆=1/2048作为输入x轴的单位，那么各段的起点电平分别是0、16、32、64、128、 256、512、1024个量化单位。
• 以上分析是正方向，而语音信号是双极性信号，因此在负方向也有与正方向对称的 一组折线，也是7根，但其中靠近零点的1、2段斜率也为16，与正方向的第1、2段折
线斜率相同，因此可以合并为一根，故而正负方向一共有13根折线组成，称之为13
折线。
3.编码与解码
• 把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。 编码器的任务就是要根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制码，除第一位极性码 外，其它7位二进制码是通过类似于天平称重物的过程来逐次比较确定的。这种编码 器就是PCM通信中常用的逐次比较型编码器，由取样、整流、保持、比较、本地译码 等单元组成
利用数字通信系统传输模拟信号，一般需三个步骤：
• 把模拟信号数字化， 即模数转换(A/D) • 进行数字方式传输 • 把数字信号还原为模拟信号， 即数模转换 (D/A)
模拟信号的数字化传输带来的好处
当数字信号经过多次转换、中继、远距离传输后不会使信噪比恶化，而 模拟信号经过多次中继后会产生额外的信噪比恶化，降低传输信号的质 量。而且，模拟信号数字化以后可以很方便地进行时分或码分多路传输， 从而可有效地提高信道的利用率。
极性码 段落码
段内码
P1
P2P3P4
P5P6P7P8
• 13折线编码方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同 段落间的量化级是非均匀的。小信号时，段落短，量化间隔小;反之，量化间隔大。13 折线中的第一、二 段最短，只有归一化的1/128,再将它等分16小段，每一小段长度为 1 × 1 = 1 。这是最小的量化级间隔，它仅有输入信号归一化值的1/2048,记为∆，
• 列出每一量化段的起始电平、量化电平，从而可以确定段落码及段内码。
• 段内码的编码方法
段内编码方法和段落码类似，其比较电平可按下式计算：
第5个比较电平=本段的起始电平+ 1 ×本段长度
2
第6个比较电平=本段的起始电平+（1
2
P5
+
1）
4
×本段长度
第7个比较电平=本段的起始电平• 当取样信号对模拟信号进行取样时，相当于将m(t)与s(t)相乘，从而获得如图3-3e 所示的波形，从频谱上看，是将m(t)的频谱搬到s(t)的各项谐波的两边。
• 从图3-3f不难看出，只要各频带之间不发生重叠，则每一个频带都包含了 m(t)的 信息。如果将已取样的信号通过截止频率为fh的理想低通滤波器，就可获得原信号 m(t)。显然各频带要不发生重叠，则需满足如下条件：fs≥2fh。
第三章
模拟信号的数字化传输
本章内容
• 抽样定理及其应用 • 模拟信号的量化、编码与译码 • PCM技术与增量调制技术 • 量化过程及A律13折线编码; • 差分脉冲编码调制的编码、解码过程
数字通信系统具有许多优点而成为当今通信发展的主流方向， 然而自然界的许多信息经各种传感器感知后都是模拟量，例 如电话、电视等通信业务，其信源输出的消息都是模拟信号。
A律13折线具体方法是
把输入x轴和输出y轴用两种不同的方法划分。对x轴在0~1 (归一化）范围内不均匀 分成8段，分段的规律是每次以二分之一对分，对y轴在0~1 (归一化）范围内采用等 分法，均匀分成8段，每段间隔均为1/8。然后把x，y各对应段的交点连接起来构成8 段直线，得到如图3-8所示的折线压扩特性，其中第1、2段斜率相同(均为16),因此 可视为一条直线段，故实际上只有7根斜率不同的折线。
• 由取样定理知，若传递一个模拟基带信号，不需要传送模拟基带信号本身，而只需 传送取样值即可。这种取样过程相当于进行了调制，所以也称脉冲振幅调制 （PAM）。
• 3.2.3 量化 • 量化 就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。 • 量化分为均匀量化和非均匀量化
• 实现非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x先进行压缩处理，再把 压缩的信号y进行均 匀量化。所谓压缩器就是一个非线性变换电路，微弱的信号被放大，强的信号被压缩。压缩器 的入出关系表示为:
y = f(x)
• 接收端采用与压缩特性相反的扩张器来恢复x。广泛采用的两种对数压扩特性是μ律压扩 和A律压扩。美国采用μ律压扩，我围和欧洲各国均釆用A律压扩。
• PCM中常用的二进制码型有三种：
自然二进制码
折叠二进制码
循环二进制码
• 编码方法
• 在PCM通信编码中，折叠二进码比自然二进码和循环二进码优越，它是A律13折线 PCM30/32路基群设备中所采用的码型。
在13折线编码中，普遍采用8位二进制码，对应有M = 28 = 256个量化级，即正、负输入 幅度范围内各有128个量化级，这需要将 13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级， 由于每个段落长度不均匀，因此正或负输入的8个段落被划分成8x16 = 128个不均匀的量 化级。按折叠二进码的码型，这8位码的安排如下: