第四章模拟信号的数字传输4.1引言脉冲编码调制(PCM):抽样量化编码图4-2PCM信号形成过程示意图4.2抽样4.2.1低通信号与带通信号的理想抽样图4-4理想抽样的原理图一、低通信号的抽样定理图4-5理想抽样信号波形及其频谱图4-6抽样的恢复图4-7混叠现象[例4.2.1]宽平稳随机信号的抽样定理二、带通信号的抽样定理[例4.2.2]4.2.2实际抽样图4-9PAM、PDM、PPM信号波形一、自然抽样图4-10自然抽样信号及其频谱比较理想抽样和自然抽样的异同二、平顶抽样图4-12平顶抽样信号的恢复4.3量化图4-13量化的输入和输出4.3.1均匀量化图4-14量化过程及量化误差[例4.3.1]可见，量化器的量化信噪比随着量化级数M的增加而提高。通常量化级数的选取应根据对量化器的量化信噪比的要求来确定。均匀量化有什么特点，带来了什么问题？均匀量化的特点：量化噪声功率固定不变。带来的问题：小信号的量化信噪比太小，不能满足通信质量要求，而大信号的量化信噪比较大，远远地满足要求。为了解决小信号的量化信噪比太小这个问题，若仍采用均匀量化，需要减小量化间隔，即增加量化级数，但是量化级数M过大时，一是大信号的量化信噪比更大，二是使编码复杂，三是使信道利用率下降。4.3.2非均匀量化一、模拟压扩法压缩器是对小信号进行放大，对大信号进行压缩。而扩张器是对小信号进行压缩，对大信号进行放大。1、A律压扩特性图4-17A律压缩特性2、μ律压扩特性图4-18μ律压缩特性二、直接非均匀编解码法4.4编码一、自然二进码自然二进码就是将量化级序号看作一般的十进制正整数，然后用二进制表示。简单、好记；正负极性部分无相似之处。二、折叠二进码除去最高位外，折叠二进码的上半部分与下半部分呈倒影关系，即折叠关系。其幅度码从小到大按自然二进码规则编码。只要正、负极性信号的绝对值相同，就可进行相同的编码。与自然二进码相比，折叠二进码有哪些优点？（1）对于双极性信号，只要绝对值相同，用最高位码表示极性后，则可以采用单极性编码的方法，使编码过程大大简化。（2）在传输过程中出现误码，对小信号影响较小。基于以上的原因，在PCM系统中广泛采用折叠二进码。4.4.2A律13折线编码一、A律13折线的压缩特性图4-21A律13折线压扩特性二、A律13折线的码字安排[例4.4.1]4.4.3.逐次比较型编解码原理图4-23段落码标准值的确定过程[例4.6]二、A律13折线解码器图4-24解码器的原理图[例4.4.5]4.5脉冲编码调制系统图4-25PCM系统的原理图抽样频率为，量化级数为。二进制编码位数和量化级数满足：通过抽样、量化、编码三个步骤，时间连续信号就用二进制代码来表示。因此，一个抽样周期内要编位码，每个二进制码元宽度为：根据码元速率与码元周期的关系可得，PCM信号的码元速率为：当采用矩形脉冲传输时，令脉冲宽度为占空比：定义二进制码元的占空比为二进制脉冲宽度与二进制码元宽度的比值，即占空比为第一过零点带宽：以传输码型功率谱的第一个过零点的频率来定义其带宽，忽略第一过零点以外的功率分量。宽度为的矩形脉冲的第一个过零点带宽为：因此抽样频率为，量化等级为的PCM信号，用占空比为的矩形波传递，其第一过零点带宽为：[例4.5.1]4.5.3PCM系统的抗噪声性能分析4.6语音压缩编码如果对语音编码进行分类，可以粗略地分为波形编码、参量编码和混合编码三类。波形编码是直接对信号波形的抽样值或抽样值的差值进行编码。PCM、DPCM、ADPCM、DM、ADM等都属于波形编码。参量编码是直接提取语音信号的一些特征参量，比如声源、声道的参数，对其进行编码。参量编码通常是对数字化后的信号进行分析，再提取其特征参量，这些参量携带着原信号的主要信息，对它们编码只需较少的比特数，可以大大地压缩信息速率。混合编码是在参量编码的基础上引入了一些波形编码的特征，在编码率增加不多的情况下，较大幅度地提高了传输语音质量。4.6.2差分脉冲编码调制4.7图像压缩编码4.7.2模拟图像的数字化4.7.3图像压缩编码技术几种常用的图像压缩编码方法