1、計算機學院計算機學院1數據通信基礎數據通信基礎第第4 4章章 模擬信號的數字化技術模擬信號的數字化技術（3 3）數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院2復習復習1 1、量化的定義、量化的定義 所謂所謂量化量化是指對時間上離散、幅度上連續的樣是指對時間上離散、幅度上連續的樣值信號在幅度取值上進行離散化的過程。值信號在幅度取值上進行離散化的過程。 也就是把一個時間上離散、幅度上連續的樣值也就是把一個時間上離散、幅度上連續的樣值信號變換為時間上離散、幅度上也離散的數字信號。信號變換為時間上離散、幅度上也離散的數字信號。2 2、量化的過程、量化的過程（1 1）確定量化范圍）確定量化范圍（2 2）

2、確定量化級數）確定量化級數（3 3）確定量化電平）確定量化電平（4 4）確定量化間隔（量化誤差）確定量化間隔（量化誤差）數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院3復習復習3 3、量化誤差（量化噪聲）、量化誤差（量化噪聲） 量化取值的方法：舍去法；四舍五入法。量化取值的方法：舍去法；四舍五入法。 舍去法中，量化值與采樣值的最大誤差是舍去法中，量化值與采樣值的最大誤差是1 1個個量化間隔。量化間隔。 四舍五入法中，量化值與采樣值的最大誤差是四舍五入法中，量化值與采樣值的最大誤差是0.50.5個量化間隔。個量化間隔。 在量化過程中造成的誤差是隨機的，在重現原在量化過程中造成的誤差是隨機的，在重現

3、原信號的時候無法恢復，在信號傳輸過程中是無法消信號的時候無法恢復，在信號傳輸過程中是無法消除的，這種由于量化造成的誤差稱為除的，這種由于量化造成的誤差稱為量化誤差量化誤差或或量量化噪聲化噪聲。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院4復習復習4 4、降低量化噪聲的方法、降低量化噪聲的方法 量化噪聲（量化誤差）可以通過減小量化間量化噪聲（量化誤差）可以通過減小量化間隔來降低量化噪聲。隔來降低量化噪聲。 只要量化間隔足夠小，就可以將量化噪聲的只要量化間隔足夠小，就可以將量化噪聲的影響控制在能夠容忍的程度。影響控制在能夠容忍的程度。 增加量化級增加量化級N N會使得量化間隔減小，從而降會使得量化

4、間隔減小，從而降低量化噪聲。低量化噪聲。 例：例：N=8N=8， 量化間隔量化間隔=1=1，量化噪聲為，量化噪聲為=1=1； N=16 N=16，量化間隔，量化間隔=0.5=0.5，量化噪聲為，量化噪聲為=0.5=0.5數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院5復習復習5 5、量化的種類、量化的種類 均勻量化和非均勻量化。均勻量化和非均勻量化。6、什么是均勻量化、什么是均勻量化 把輸入信號的取值范圍等間隔劃分，所得到的量把輸入信號的取值范圍等間隔劃分，所得到的量化間隔相等，這種量化稱為均勻量化。化間隔相等，這種量化稱為均勻量化。7、 大信號大信號 大信號是指其幅度取值變化較大。大信號是指其

5、幅度取值變化較大。8、小信號小信號 小信號是指其幅度取值變化比較小。小信號是指其幅度取值變化比較小。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院6復習復習9 9、非均勻量化、非均勻量化 對大信號使用大的量化間隔，對小信號使用小對大信號使用大的量化間隔，對小信號使用小的量化間隔，這種對信號的不同幅值部分使用不同的量化間隔，這種對信號的不同幅值部分使用不同的量化間隔的量化方式叫做非均勻量化。的量化間隔的量化方式叫做非均勻量化。1010、非均勻量化的實現方法、非均勻量化的實現方法 壓縮和擴張壓縮和擴張1111、壓縮、壓縮 指在采樣信號被量化之前，先通過一個叫做壓指在采樣信號被量化之前，先通過一個叫做

6、壓縮器的信號處理器。壓縮器的輸入輸出特性是非線縮器的信號處理器。壓縮器的輸入輸出特性是非線性的。其特點是對大信號有比較小的放大倍數，對性的。其特點是對大信號有比較小的放大倍數，對小信號有比較大的放大倍數。小信號有比較大的放大倍數。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院7復習復習1111、擴張、擴張 指的是在接收端為了恢復原始信號，把接收到指的是在接收端為了恢復原始信號，把接收到的經過了壓縮和均勻量化的信號通過一個叫做擴張的經過了壓縮和均勻量化的信號通過一個叫做擴張器的信號處理器。器的信號處理器。 擴張器的輸入輸出特性也是非線性的，它的特擴張器的輸入輸出特性也是非線性的，它的特性與壓縮器相

7、反。其特點是，對大信號有大的放大性與壓縮器相反。其特點是，對大信號有大的放大倍數，對小的信號有小的放大倍數。倍數，對小的信號有小的放大倍數。1212、A A律和律和律壓縮特性律壓縮特性 世界上通用的壓縮特性采用對數壓縮特性，壓世界上通用的壓縮特性采用對數壓縮特性，壓縮器的輸出縮器的輸出y y和輸入和輸入x x之間近似呈對數關系。之間近似呈對數關系。 對數壓縮特性又分為對數壓縮特性又分為律壓縮和律壓縮和A律壓縮。律壓縮。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院8第第0808次課要求次課要求內容：內容： 4.4 4.4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制掌握：掌握： 1 1、脈沖編碼調制、編碼、譯碼。、

8、脈沖編碼調制、編碼、譯碼。 2 2、PCMPCM通信系統。通信系統。 3 3、二進制、二進制PCMPCM編碼。編碼。 4 4、線性編碼器和非線性編碼器、線性編碼器和非線性編碼器 數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院94. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制 模擬信號經過采樣和量化后，得到離散信號，這模擬信號經過采樣和量化后，得到離散信號，這個離散信號包含個離散信號包含N個離散的量化電平值。個離散的量化電平值。 如果直接傳輸此離散信號，系統的抗噪聲性能如果直接傳輸此離散信號，系統的抗噪聲性能會很差。會很差。 通常通過編碼把離散信號變換為通常通過編碼把離散信號變換為k k位二進制數位二

9、進制數字信號（字信號（2 2k kN N），接收端收到二進制數字信號之），接收端收到二進制數字信號之后，經過譯碼再還原為離散信號，這個過程就是后，經過譯碼再還原為離散信號，這個過程就是脈脈碼調制碼調制。 所謂所謂編碼編碼就是用二進制或多進制碼組來表示量就是用二進制或多進制碼組來表示量化電平值的過程，或者說是對每一個量化電平值賦化電平值的過程，或者說是對每一個量化電平值賦予一個特定碼組，每個量化電平值與一個碼組相對予一個特定碼組，每個量化電平值與一個碼組相對應，量化電平值與碼組滿足一一對應的關系。應，量化電平值與碼組滿足一一對應的關系。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院104. 4 4

10、. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制 譯碼譯碼，是由特定碼組恢復出量化電平值的過程，是由特定碼組恢復出量化電平值的過程，是編碼的反過程。是編碼的反過程。 把采樣、量化和編碼的全過程稱為脈沖編碼調把采樣、量化和編碼的全過程稱為脈沖編碼調制。通過脈沖編碼調制，將模擬信號表示為二進制制。通過脈沖編碼調制，將模擬信號表示為二進制或多進制碼組序列，從而得到數字信號。或多進制碼組序列，從而得到數字信號。 脈沖編碼調制通過編碼器來完成。脈沖編碼調制通過編碼器來完成。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院114. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制一、一、PCMPCM通信系統通信系統 x(t) x(t)

11、是輸入的低通模擬信號，最高頻率為是輸入的低通模擬信號，最高頻率為f fH H，采樣器以采樣器以f fs s2f2fH H的采樣頻率進行采樣之后變為時間的采樣頻率進行采樣之后變為時間上離散而幅度上連續的采樣信號上離散而幅度上連續的采樣信號x xs s(nT(nTs s) )。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院124. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制一、一、PCMPCM通信系統通信系統 采樣信號采樣信號x xs s(nT(nTs s) )經過量化器變成離散信號經過量化器變成離散信號x xq q(nT(nTs s) )，離散信號經過編碼成為二進制數字信號。，離散信號經過編碼成為二進

12、制數字信號。 二進制數字信號經過信道傳輸時，受到噪聲影二進制數字信號經過信道傳輸時，受到噪聲影響，波形發生畸變響，波形發生畸變數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院134. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制一、一、PCMPCM通信系統通信系統 二進制數字信號經過信道傳輸時，受到噪聲影二進制數字信號經過信道傳輸時，受到噪聲影響，波形發生畸變，但只要信號幅度不超過噪聲容響，波形發生畸變，但只要信號幅度不超過噪聲容限，不考慮誤碼的情況下，譯碼器可以通過采樣再限，不考慮誤碼的情況下，譯碼器可以通過采樣再生還原出離散信號，離散信號通過低通濾波器得到生還原出離散信號，離散信號通過低通濾波器得到

13、模擬信號。模擬信號。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院144. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制一、一、PCMPCM通信系統通信系統 其中，量化與編碼過程通常稱為其中，量化與編碼過程通常稱為A/DA/D（模數轉（模數轉換）變換；而譯碼和低通濾波過程通常稱為換）變換；而譯碼和低通濾波過程通常稱為D/AD/A（數模轉換）變換。（數模轉換）變換。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院154. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制一、一、PCMPCM通信系統通信系統 從原理上講，在進行非線性編碼時，由壓縮器從原理上講，在進行非線性編碼時，由壓縮器和均勻量化器組成非均勻量化，然后

14、進行線性編碼。和均勻量化器組成非均勻量化，然后進行線性編碼。 在實際通信設備中，壓縮、量化和編碼是由一在實際通信設備中，壓縮、量化和編碼是由一個非線性編碼器完成的。個非線性編碼器完成的。 目前，可以用一片目前，可以用一片PCMPCM非線性編碼器芯片完成非線性編碼器芯片完成包括采樣、壓縮、量化和編碼的全過程。包括采樣、壓縮、量化和編碼的全過程。 如果傳輸過程中產生了誤碼，低通濾波器還原如果傳輸過程中產生了誤碼，低通濾波器還原的模擬信號與輸入的模擬信號是不一樣的，它們的的模擬信號與輸入的模擬信號是不一樣的，它們的差別就是差別就是傳輸失真傳輸失真。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院164.

15、 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制 信息速率的計算信息速率的計算 假設假設x(t)x(t)是一個低通頻帶受限的模擬信號，其是一個低通頻帶受限的模擬信號，其最高頻率為最高頻率為f fH H，則根據低通信號采樣定理，不失真，則根據低通信號采樣定理，不失真地傳輸此信號的采樣頻率為地傳輸此信號的采樣頻率為f fs s2f2fH H。 如果量化級數為如果量化級數為N N，采用，采用k k位二進制碼組表示量位二進制碼組表示量化電平值，則應該有化電平值，則應該有2 2k kN N。 理想情況下，取理想情況下，取f fs s=2f=2fH H，采用，采用k k位二進制碼組表位二進制碼組表示量化電平值，可

16、以得到該模擬信號經過數字化之示量化電平值，可以得到該模擬信號經過數字化之后的碼元速率為：后的碼元速率為：R RB B=kf=kfs s=2kf=2kfH H（Baud/sBaud/s） 由于采用二進制碼元，則信息速率為：由于采用二進制碼元，則信息速率為： R Rb b=R=RB B=2kf=2kfH H（bpsbps）數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院174. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制 信息速率的計算信息速率的計算 理想情況下，取理想情況下，取f fs s=2f=2fH H，采用，采用k k位二進制碼組表位二進制碼組表示量化電平值，可以得到該模擬信號經過數字化之示量化電

17、平值，可以得到該模擬信號經過數字化之后的碼元速率為：后的碼元速率為：R RB B=kf=kfs s=2kf=2kfH H（Baud/sBaud/s） 由于采用二進制碼元，則信息速率為：由于采用二進制碼元，則信息速率為： R Rb b=R=RB B=2kf=2kfH H（bpsbps） 如果采用如果采用M M進制碼組表示量化電平值，則每個進制碼組表示量化電平值，則每個碼元包含的比特數為碼元包含的比特數為loglog2 2M M，此時信息速率為：，此時信息速率為： R Rb b=R=RB Bloglog2 2M=2kfM=2kfH Hloglog2 2M M（bpsbps）數據通信基礎數據通信基礎

18、計算機學院計算機學院184. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼 脈沖編碼調制最常用的是用二進制碼組來表示脈沖編碼調制最常用的是用二進制碼組來表示量化電平值。量化電平值。 二進制數的符號只有兩個，即二進制數的符號只有兩個，即0 0和和1 1。一位二進。一位二進制數可以有兩種狀態，表示兩個不同的量化電平值制數可以有兩種狀態，表示兩個不同的量化電平值；k k位二進制數可以有位二進制數可以有2 2k k種不同的狀態，表示種不同的狀態，表示2 2k k個不個不同的量化電平值。同的量化電平值。 由多位二進制數構成的組合叫做由多位二進制數構成的組合叫做二進制碼字

19、二進制碼字，其中每一位二進制數叫做一個其中每一位二進制數叫做一個碼元碼元，每個碼字包含，每個碼字包含的碼元個數叫做的碼元個數叫做碼字字長碼字字長。 例如例如4 4位二進制數可以有位二進制數可以有2 24 4=16=16種狀態，種狀態，1616個碼個碼字，可以表示字，可以表示1616種量化電平值。種量化電平值。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院194. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼 與二進制碼組相關的兩個參數是碼長和碼距。與二進制碼組相關的兩個參數是碼長和碼距。 碼長碼長指的是二進制碼字的位數，例如指的是二進制碼字的位數，例如4 4位二

20、進位二進制數構成的碼組，其碼長為制數構成的碼組，其碼長為4 4。 碼距碼距指的是二進制碼組之間指的是二進制碼組之間對應位不相同的個對應位不相同的個數數，描述的是碼組的不相同程度，例如，描述的是碼組的不相同程度，例如，01100110和和10111011兩個碼組的碼距是兩個碼組的碼距是3 3。 用來編碼的二進制碼組的長度是由量化級數用來編碼的二進制碼組的長度是由量化級數N N決定的。決定的。 量化級數越大，需要的二進制碼字的數目就越量化級數越大，需要的二進制碼字的數目就越多，也就是碼長越長。多，也就是碼長越長。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院204. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編

21、碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼 碼字長度越長，意味著量化級數可以更大，量碼字長度越長，意味著量化級數可以更大，量化間距可以更小，量化噪聲可以更低?；g距可以更小，量化噪聲可以更低。 碼字長度越長，模擬信號數字化后之后的數據碼字長度越長，模擬信號數字化后之后的數據量越大，要求的信息傳輸速率也越高，信道帶寬也量越大，要求的信息傳輸速率也越高，信道帶寬也越寬。越寬。 對于電話語音通信，二進制碼字長度達到對于電話語音通信，二進制碼字長度達到8 8位位就可以獲得較理想的通信質量了；就可以獲得較理想的通信質量了； 對于多媒體音樂點播來說，碼字長度可能要達對于多媒體音樂點播來說，碼字長度可能

22、要達到到1616位才能保證高質量的音樂。位才能保證高質量的音樂。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院214. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼 對于通用的對于通用的A A律和律和律量化來說，量化級數都是律量化來說，量化級數都是256，那么編碼所需要的二進制碼字長度至少是，那么編碼所需要的二進制碼字長度至少是8位。位。 目前常用的編碼方式有三種，分別是自然二進目前常用的編碼方式有三種，分別是自然二進制碼（制碼（NBCNBC）、格雷二進制碼（）、格雷二進制碼（RBCRBC）和折疊二進制）和折疊二進制碼（碼（FBCFBC）。）。數據通信基礎數據通

23、信基礎計算機學院計算機學院224. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼1、自然二進制碼、自然二進制碼 自然二進制碼就是最普通的十進制正整數的二進自然二進制碼就是最普通的十進制正整數的二進制代碼。制代碼。 優點：簡單易記。優點：簡單易記。 缺點：傳輸過程中容易引起誤碼，對雙極性信號缺點：傳輸過程中容易引起誤碼，對雙極性信號編碼時不如折疊碼方便。編碼時不如折疊碼方便。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院234. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼1、自然二進制碼、自然二進制碼 舉例說明如下：舉例說明如下

24、： 量化級數為量化級數為N=16，量化范圍，量化范圍L為為-7.5,7.5，量化，量化間隔間隔為為1，量化電平值，量化電平值q為為-7.5，-6.5，-5.5，6.5，7.5，量化值序號為，量化值序號為015的雙極性信號。的雙極性信號。 因為量化級數因為量化級數N=16=24，所以要用，所以要用4位二進制碼位二進制碼組表示。設組表示。設4位自然二進制碼為位自然二進制碼為a3，a2，a1，a0，則，則量化電平與碼組的關系可以表示為：量化電平與碼組的關系可以表示為：q=a323+a222+a121+a020-7.5=8a3+4a2+2a1+a0-7.5數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院2

25、44. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼1、自然二進制碼、自然二進制碼 舉例說明如下：舉例說明如下：q=a323+a222+a121+a020-7.5=8a3+4a2+2a1+a0-7.5 例如例如5號碼字號碼字0101，代入上式，有，代入上式，有q=0+4+0+1-7.5=-2.5； 14號碼字號碼字1110，代入上式，有，代入上式，有q=8+4+2+0-7.5=6.5。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院254. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼1、自然二進制碼、自然二進制碼 如果是如果是k

26、位自然二進制碼組成的碼字，各位碼分位自然二進制碼組成的碼字，各位碼分別表示為別表示為ak-1，ak-2，a1，a0時，量化電平與時，量化電平與碼字的關系可以表示為碼字的關系可以表示為q=ak-12k-1+ak-22k-2+a121+a020-(2k-1-0.5)數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院264. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼1、自然二進制碼、自然二進制碼數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院274. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼2 2、格雷二進制碼、格雷二進制碼 格雷二進

27、制碼也叫反射二進制碼，是按照相鄰格雷二進制碼也叫反射二進制碼，是按照相鄰碼字之間只有一個對應位不同的規律構成的，也就碼字之間只有一個對應位不同的規律構成的，也就是相鄰碼字的碼距為是相鄰碼字的碼距為1.1. 格雷碼一般是按照如下方法構成的：從格雷碼一般是按照如下方法構成的：從00000000開開始，按照由低位向高位變化，每次只改變一個碼元始，按照由低位向高位變化，每次只改變一個碼元，只有當低位碼元不能再變化時才改變高位碼元，只有當低位碼元不能再變化時才改變高位碼元，保持相鄰碼字碼距為保持相鄰碼字碼距為1 1。 在傳輸過程中，如果格雷碼產生一位誤碼，原在傳輸過程中，如果格雷碼產生一位誤碼，原碼字會

28、變成其相鄰碼字，因此產生的誤碼造成的誤碼字會變成其相鄰碼字，因此產生的誤碼造成的誤差較小。差較小。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院284. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼3 3、折疊二進制碼、折疊二進制碼 折疊二進制碼是從自然二進制碼演變過來的，折疊二進制碼是從自然二進制碼演變過來的，它的最高位是符號位，它的最高位是符號位，“1 1”表示正極性，表示正極性，“0 0”表表示負極性，其他的位表示數的絕對值的大小，除了示負極性，其他的位表示數的絕對值的大小，除了最高位，折疊碼的上下兩部分是對稱的，好像是從最高位，折疊碼的上下兩部分是對稱的

29、，好像是從量化值的中間折疊而成，折疊碼的名稱由此而來。量化值的中間折疊而成，折疊碼的名稱由此而來。 折疊碼用來表示雙極性信號非常方便，而且在折疊碼用來表示雙極性信號非常方便，而且在傳輸過程中出現的錯碼對小信號的影響較小。傳輸過程中出現的錯碼對小信號的影響較小。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院294. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進制PCMPCM編碼編碼4 4、三種碼的特點、三種碼的特點（1 1）這三種碼的最高位與正負極性的對應關系是）這三種碼的最高位與正負極性的對應關系是一樣的，最高位為一樣的，最高位為“1 1”表示正極性，最高位為表示正極性，最高位為“0

30、 0”表示負極性。表示負極性。（2 2）折疊碼和格雷碼除了最高位以外，其余的碼）折疊碼和格雷碼除了最高位以外，其余的碼是上下對稱的，是一種折疊關系。這兩種碼對于雙是上下對稱的，是一種折疊關系。這兩種碼對于雙極性信號，可以用最高位表示信號的正負極性，而極性信號，可以用最高位表示信號的正負極性，而用其余的碼表示信號的幅度大小。用其余的碼表示信號的幅度大小。（3 3）折疊碼對小信號產生的誤碼影響比較小，對）折疊碼對小信號產生的誤碼影響比較小，對大信號產生的誤碼影響大。大信號產生的誤碼影響大。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院304. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制二、二進制二、二進

31、制PCMPCM編碼編碼4 4、三種碼的特點、三種碼的特點（4 4）格雷碼與所表示的熟知之間沒有直接聯系，）格雷碼與所表示的熟知之間沒有直接聯系，使用格雷碼的編碼電路比較復雜，因此較少使用。使用格雷碼的編碼電路比較復雜，因此較少使用。（5 5）自然碼的正、負極性與碼型是完全不一樣的，）自然碼的正、負極性與碼型是完全不一樣的，但是碼型與所表示的數值之間有一定的聯系。同時，但是碼型與所表示的數值之間有一定的聯系。同時，折疊碼如果不考慮最高位，在取絕對值之后，也可折疊碼如果不考慮最高位，在取絕對值之后，也可以看成是自然碼。以看成是自然碼。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院314. 4 4.

32、4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器 線性編碼器先對采樣值進行均勻量化，然后再線性編碼器先對采樣值進行均勻量化，然后再對量化值進行簡單的二進制編碼，得到對應碼字。對量化值進行簡單的二進制編碼，得到對應碼字。 線性編碼的實現方法有多種，線性編碼器包括線性編碼的實現方法有多種，線性編碼器包括級聯逐次比較型編碼器、逐次反饋型編碼器、級聯級聯逐次比較型編碼器、逐次反饋型編碼器、級聯型編碼器、級聯反饋混合型編碼器、脈沖循環編碼型編碼器、級聯反饋混合型編碼器、脈沖循環編碼器和脈沖計數型編碼器等。器和脈沖計數型編碼器等。 編碼器的

33、編碼器的 優劣有三個指標衡量：編碼精度、優劣有三個指標衡量：編碼精度、編碼速度和編碼電路復雜程度。編碼速度和編碼電路復雜程度。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院324. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器 編碼過程實際上是如何將量化電平值與二進制編碼過程實際上是如何將量化電平值與二進制碼字一一對應的過程。碼字一一對應的過程。 最常使用的兩種線性編碼方法是級聯逐次比較最常使用的兩種線性編碼方法是級聯逐次比較型編碼和逐次反饋型編碼。型編碼和逐次反饋型編碼。（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次

34、比較型編碼器原理 工作原理：將采樣值不斷與標準電平比較，根工作原理：將采樣值不斷與標準電平比較，根據比較結果確定要輸出的編碼，類似于二分法求小據比較結果確定要輸出的編碼，類似于二分法求小數的二進制編碼。數的二進制編碼。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院334. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理 例例4-3 4-3 輸入信號范圍為輸入信號范圍為【0 0，1616），采用舍去），采用舍去法量化，量化電平為法量化，量化電平為【0 0，151

35、5】，量化級數為，量化級數為1616，用用4 4位二進制進行編碼，說明級聯逐次比較型線性位二進制進行編碼，說明級聯逐次比較型線性編碼器原理。編碼器原理。 解：用解：用4 4位二進制進行編碼，如表位二進制進行編碼，如表4-24-2表示。表示。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院344. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院354. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三

36、、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理 首先確定二進制編碼的權值，首先確定二進制編碼的權值，a a3 3的權值為的權值為8 8，a a2 2的權值為的權值為4 4，a a1 1的權值為的權值為2 2，a a0 0的權值為的權值為1 1。 從高位進行比較，二進制編碼高位是從高位進行比較，二進制編碼高位是a a3 3，a a3 3的的權值為權值為8 8，輸入信號的樣值與，輸入信號的樣值與a a3 3的權值的權值8 8進行比較，進行比較，以確定以確定a a3 3是是1 1還是還是0 0。 例如，某輸入樣值為例如，某輸入樣值

37、為x=9.567x=9.567，第一次將，第一次將x x與與8 8進行比較，因為進行比較，因為x x大于大于8 8，輸出第一位碼，輸出第一位碼a a3 3=1=1，之后，之后用用x-8x-8替換替換x x；數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院364. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理 第二次將第二次將x x與與4 4進行比較，此時進行比較，此時x=1.567x=1.567，因為，因為x x小于小于4 4，輸出第二位碼，輸出第二位碼a a

38、2 2=0=0，直接傳遞，直接傳遞x x； 第三次將第三次將x x與與2 2進行比較，此時進行比較，此時x=1.567x=1.567，因為，因為x2x1x1，輸出第四位碼輸出第四位碼a a0 0=1=1，之后將，之后將x-1x-1替換替換x x，編碼結束。，編碼結束。 此時得到的編碼結果為此時得到的編碼結果為“10011001”，誤差為，誤差為x=0.567x=0.567。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院374. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比

39、較型編碼器原理 在譯碼的時候，對該編碼按勸展開就是在譯碼的時候，對該編碼按勸展開就是x=ax=a3 3* *8+a8+a2 2* *4+a4+a1 1* *2+a2+a0 0* *1=11=1* *8+08+0* *4+04+0* *2+12+1* *1=91=9，誤差，誤差為為0.5670.567，小于一個量化間隔，小于一個量化間隔1 1。 以上過程即為編碼和解碼的過程。以上過程即為編碼和解碼的過程。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院384. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐

40、次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理 級聯逐次比較型編碼器的原理框圖如下。輸入級聯逐次比較型編碼器的原理框圖如下。輸入信號信號x xi i先進入比較器，與標準電平先進入比較器，與標準電平V Vi i比較，若比較，若x xi iVVi i，比較器輸出比較器輸出a ai i=1=1，此時標準電平，此時標準電平V Vi i被允許輸出到相減被允許輸出到相減器與輸入信號器與輸入信號x xi i相減，得到下一位編碼器的輸入信相減，得到下一位編碼器的輸入信號號x xi i-1=x-1=xi i-V-Vi i。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院394. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制

41、三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理 如果如果x xi iVVi i，比較器輸出，比較器輸出a ai i=0=0，此時，標準電平，此時，標準電平V Vi i被禁止輸出，輸入信號被禁止輸出，輸入信號x xi i直接作為下一位編碼器的直接作為下一位編碼器的輸入信號，即輸入信號，即x xi i-1=x-1=xi i。此過程循環進行，直到編碼。此過程循環進行，直到編碼結束。結束。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院404. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編

42、碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（1 1）級聯逐次比較型編碼器原理）級聯逐次比較型編碼器原理 可以看出，這種逐次比較型編碼器是并行輸出可以看出，這種逐次比較型編碼器是并行輸出編碼信號的，因此被稱為級聯逐次比較型線性編碼編碼信號的，因此被稱為級聯逐次比較型線性編碼器。器。 這種編碼器采用的是均勻量化，量化采用的是這種編碼器采用的是均勻量化，量化采用的是舍去法，誤差范圍是一個量化間隔，比使用四舍五舍去法，誤差范圍是一個量化間隔，比使用四舍五入法的量化噪聲要大，但是電路實現比較方便，而入法的量化噪聲要大，但是電路實現比較方便，而且在譯碼的時候可以通過補償電路來減小總的量

43、化且在譯碼的時候可以通過補償電路來減小總的量化誤差。誤差。數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院414. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（2 2）級聯逐次比較型編碼器的工作過程）級聯逐次比較型編碼器的工作過程 假設信號量化范圍為假設信號量化范圍為【-32-32 ，3232 】，量，量化級數為化級數為6464，量化間隔為，采用，量化間隔為，采用6 6位二進制碼組進位二進制碼組進行編碼，第一位是極性碼，其他位是幅度碼，該編行編碼，第一位是極性碼，其他位是幅度碼，該編碼器的標準電平分別為碼器的標準電平

44、分別為1616 ,8,8 ,4,4 ,2,2 和，和，當輸入采樣值為當輸入采樣值為x=-12.7x=-12.7 時，工作過程為：時，工作過程為： 首先采樣值信號首先采樣值信號x=-12.7x=-12.7 通過極性判斷電路，通過極性判斷電路，由于采樣值由于采樣值x x為負值，輸出第一位編碼為負值，輸出第一位編碼a a5 5=0=0；數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院424. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（2 2）級聯逐次比較型編碼器的工作過程）級聯逐次比較型編碼器的工作過程 采樣值信號經過整

45、流（取絕對值）后得到采樣值信號經過整流（取絕對值）后得到x xi i=12.7=12.7 ，與標準電平，與標準電平V V4 4=16=16 比較，比較，x x4 4VVV3 3，輸出第三位編碼，輸出第三位編碼a a3 3=1=1； 由于由于a a3 3=1=1，得到，得到x x2 2=x=x3 3-V-V3 3=12.7-8=4.7=12.7-8=4.7 ，與標，與標準電平準電平V V2 2=4=4 比較，比較，x x2 2VV2 2，輸出第四位編碼，輸出第四位編碼a a2 2=1;=1;數據通信基礎數據通信基礎計算機學院計算機學院434. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制三、線性編碼器

46、和非線性編碼器三、線性編碼器和非線性編碼器1 1、線性編碼器、線性編碼器（2 2）級聯逐次比較型編碼器的工作過程）級聯逐次比較型編碼器的工作過程 由于由于a2=1a2=1，得到，得到x1=x2-V2=4.7-4=0.7x1=x2-V2=4.7-4=0.7 ，與標，與標準電平準電平V1=2V1=2 比較，比較，x1V1x1V1，輸出第五位編碼，輸出第五位編碼a1=0a1=0； 由于由于a1=0a1=0，得到，得到x0=x1=0.7x0=x1=0.7 與標準電平與標準電平V0=V0= 比較，比較，x0v0 x0IIs s，因此，因此M2M21 1，表示輸入信號抽樣值處于，表示輸入信號抽樣值處于8

47、8個段落個段落中的后四段。中的后四段。 M3M3用來進一步確定它是屬于用來進一步確定它是屬于5 56 6還是還是7 78 8段。故段。故標準電流應選擇標準電流應選擇I Is s512512 。比較結果。比較結果I Ic cIIs s，可確定，可確定M3M31 1。 同理，確定同理，確定M4M4的標準電流應選擇的標準電流應選擇IsIs10241024 。IcIsIcIs，可確定，可確定M4M41 1。段落碼為段落碼為“111”111”，輸入信號抽，輸入信號抽樣值樣值I Ic c=1270=1270 應屬于第應屬于第8 8段。段。4. 4 4. 4 脈沖編碼調制脈沖編碼調制（3 3）確定段內碼）確

48、定段內碼M5M6M7M8M5M6M7M8 輸入信號處于第輸入信號處于第八八段，該段中的段，該段中的1616個量化級之間個量化級之間的間隔均為的間隔均為6464 ，因此確定，因此確定M5M5的標準電流應選為的標準電流應選為 I Is s段落起點電平段落起點電平8 8* *( (量化級間隔量化級間隔) )1024+81024+8* *6464 15361536 IIc c ，故，故M5=0,M5=0,說明處于第八段的說明處于第八段的0 07 7量量化級。化級。 同理確定同理確定M6M6的標準電流應選為的標準電流應選為 IsIs段落起點電平段落起點電平4 4* *（量化級間隔）（量化級間隔）=102