基于matlab的pcm编译码器的实现

基于matlab的pcm编译码器的实现内容摘要：

图 2 A 律对数压缩特性 2． 2 对数压缩特性的折线近似 理想的 A 律早期是用二极管的非线形来实现的，但由于二极管的一致性不好，因此很难保证压缩特性的一致性与稳定性，同时也很难做到压缩特性与扩张特性相匹配，在实际系统中常采用折线的方法来近似对数压缩特性，按原 CCITT建议，对语音信号的 PCM 编码采用 13 折线的方法来逼近 A 律压缩特性。 13 折线的形状如图 3 所示，图中 X 表示归一化的输入信号， Y 表示归一化的输出信号。 图 3 13 折线产生的方法 13 折线的产生过程分为以下三步。 第一步，把 X 划分为不均匀的 8 段，第一分点取在 1/2 处，第二分点取在1/4 处，以后每个分点都取在剩余段的 1/2 处，直到 1/128 处，这样就将 X 轴分成了不均匀的 8 段。 第二步，把 y 轴均匀地分成 8 段，分别为：第 1 段 0~1/8，第 2 段 1/8~2/8，第三段 2/8~3/8， 第八段 7/8~1。 第三步，用直线将原点与 各 坐标点 依次相连， 得到 8 段直线连成的折线。 各段直线的斜率 k 分别为：第一段 k1=k2=128/1 8/1=16,第三段 k3=64/18/1=8，同理可得第四段 k4=4， k5=2， k6=1， k7= 21 ，第 8 段 k8=1/4。 由于第一段和第二段的斜率相同，都为 16，所以实际上只有 7 段直线。 当输入信号为负时，压缩特性对原点奇对称，因此在第三象限中还有 7 段直线。 由于负方向的第 1 段和第 2段直线的斜率相同，因而，正负双向折线实际上由 13 段直线组成，故称其为 13折线。 下面考察 13 折线与 A 律压缩特性曲线的近似程度，由式 y= AAxln1 ,可求出该段直线的斜率为 k’=dxdy = AAln1 ，将 A= 带入此式，可得 k’≈16,该值与 13折线正方向第 1 段直线的斜率相同。 故我们认为 13 折线与 A= 的 A 律压缩特性曲线最为逼近。 因此， 13 折线也称为 A= 的 13 折线 . 2． 3 非均匀量化过程 有了 13 折线之后，量化是通过对输出信号 y 均匀地分层实现的在 y 轴被均匀分成 8 份的基础上，再将每段均匀地分成 16 等份，这样输出的信号共有816=128 个均匀 量化级。 由 13 折线的对应关系可以看出，输出信号 y 的均匀量化对应到输入信号 x 是非均匀量化的，即对输入信号不均匀的 8 段的每段也均匀地分成了 16 等份共 816=128 个量化级。 但这 128 个量化级是不均匀的，小信号时，量化台阶小；大信号时量化台阶大。 最小的是第 1 段的长度是归一化值的1/128，再将它等分为 16 段，故量化台阶为 △ =1/1281/16=1/2048；第二段长度与第 1 段的相同，因而第 2 段的量化台阶与第 1 段相同，为 △ = 20481 ；第三段的量化台阶为 △ =1/641/16=1/1024；第四段的量化台阶为 △ =1/512； 第 8 段为 1/32。 3． PCM编码原理 模拟信号经抽样、量化后变成了离散的数字信号，但它是多电平（多进制）数字信号，这种多电平数字信号是不适合在信道中直接传送的。 因此，还必须将这些多进制数字信号转换成适合在信道中传输的二进制信号。 一般来说， PCM编码多采用折叠二进制码，折叠二进制码 左边第一位表示信号的极性，后面几项表示信号的幅度。 这里用 “1”表示正极性，用 “0”表示负极性。 折叠码的特点是码组的上半部分和下半部分除极性外，呈倒影关系，这相当于相 对零电平对称折叠。 因此，当信号幅度的绝对值相同时，折叠码组除第 1 位外都相同。 也就是说，用第一位码表示极性后，双极性信号可以采用单极性编码方法，从而可以大为简化编码过程。 折叠码的另一个优点是误码对小信号的影响较小，这对语音信号编码十分有利，因为语音信号出现小信号的概率大。 按原 CCITT 建议，对语音信号来说，采用 A 律 13 折线 PCM 编码时，量化分层数 L=2128=258=2^8,因此语音信号 PCM 编码时需要的码位数 N=8. 在实际的 PCM 编码系统中 ,常采用逐位比较反馈型编码器 ,在编第一位码时 ,将样值脉冲与整 个信号电平的一半进行比较 ,编第二位码时 ,将样值脉冲与整个电平的四分之一进行比较 ,依次下去编出 N 位码组 . 对语音信号来说 ,编码器的任务就是根据输入的样值脉冲输出相应的 8 位二进制码字 位二进制码一般按极性码、段落码、段内码的顺序排列 ,具体的编码过程如下 : D1： 极性码。 当样值脉冲为正值时 ,D1 编为 ”1”码。 当样值脉冲为负时 ,D1 编为 ”0”码 . D2D3D4： 段落码。 由前面讨论的 13 折线压缩特性曲线看出，对输入信号 x来说，正部分有 8 个不均匀段落，可用 3 位二进制码表示，下表列出了段 落码与段落号之间的关系，各段以最小量化台阶 △ =20481 为起始的电平和各段落量化台阶与最小量化台阶 △ 的关系。 当样值给定时，可由各段起始电平值确定样值属于哪一段，确定后就用该段的段落码表示。 段落号 1 2 3 4 5 6 7 8 段落码（ D2 D3D4） 000 001 010 011 100 101 110 111 起始电平（以 △ 为单位） 0 16 32 64 128 256 512 1024 各段量化台阶与 △ 的比值 1 1 2 4 8 16 32 64 D5D6D7D8：段内码，又称为电平码。 由于每段均匀分成 16 等级，故每级可用 4 位二进制码表示，编码时将输入信号的抽样值量化到 16 个量化级中的某一级上，然后就用该级的电平表示。 在给出了编码规则后，再来看一下逐位比较反馈型编码器的编码过程，逐位比较反馈型编码器包括：极性判别、整流、保持电路、 7—11 位码变换电路及记忆电路。 如图 4 所示： 图 4 逐位比较反馈型编码器原理框图 极性判决电路用来判别输入样值脉冲的极性，样值为正编 “1”码，。