文档介绍：脉冲编码调制(PCM)
Pulse Code Modulation

(1)模拟信号
信号波形模拟信息的变化而变化,如图2-1所示的信号称为模拟信号。其特点是幅度连续。图2-2(a)所示的信号是模拟信号, 其信号波形在时间上也是连续的,因此它又是连续信号。图2-2(b)所示的信号是对图(a)所示的模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号,由于其波形在时间上是离散的,它又叫离散信号。但此信号的幅度仍然是连续的,所以仍然是模拟信号。电话、传真、电视信都是模拟信号。模拟信号易于传输。

(2)数字信号
图2-2是数字信号,其特点是幅值被限制在有限个数值之内,它不是连续的而是离散的。图2-2(a)是二进码,每一个码元只取两个幅值(0,A):图(b)是四进码,每个码元取四(3、1、-1、-3)中的一个。这种幅度是离散的信号称数字信号。数字信号易于处理

信号的数字化过程
 信号的数字化需要三个步骤:抽样、、量化和编码。
抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号,也就是在时间上将模拟信号离散化。
量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。
编码则是按照一定的规律,把量化后的值用二进制数字表示,然后转换成二值或多值的数字信号流。
这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反,再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。上述数字化的过程又称为脉冲编码调制

抽样
话音信号是模拟信号,它不仅在幅度取值上是连续的,而且在时间上也是连续的。要使话音信号数字化并实现时分多路复用,首先要在时间上对话音信号进行离散化处理,这一过程叫抽样。所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T,抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值),抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列,如图所示。抽样后的样值序列在时间上是离散的,可进行时分多路复用, 也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。理论和实践证明,只要抽样脉冲的间隔T≤12fm(或≥2fm)(fm是话音信号的最高频率),则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号(奈奎斯特抽样定理)。

量化
  抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号,但脉冲的幅度仍然是模拟的,还必须进行离散化处理,才能最终用数码来表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理,这个过程称为量化。量化有两种方式,一种取整时只舍不入,即0 ~ 1伏间的所有输入电压都输出0伏,1~2伏间所有输入电压都输出1伏等。采用这种量化方式,输入电压总是大于输出电压,因此产生的量化误差总是正的,最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔Δ。另一种方式在取整时有舍有入,即0~,~。采用这种量化方式量化误差有正有负,量化误差的绝对值最大为Δ/2 。因此,采用有舍有入法进行量化,误差较小。

采用均匀间隔量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化,这种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点。如果使小信号时量化级间宽度小些,而大信号时量化级间宽度大些,就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致。这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。
    对于音频信号的非均匀量化也是采用压缩、扩张的方法,即在发送端对输入的信号进行压缩处理再均匀量化,在接收端再进行相应的扩张处理,如下图所示。

目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。我国规定采用A律13折线压扩特性。

编码
    抽样、量化后的信号还不是数字信号,需要把它转换成数字编码脉冲,这一过程称为编码。最简单的编码方式是二进制编码。具体说来,就是用n比特二进制码来表示已经量化了的样值,每个二进制数对应一个量化值,然后把它们排列,得到由二值脉冲组成的数字信息流。编码过程在接收端,可以按所收到的信息重新组成原来的样值,再经过低通滤波器恢复原信号。用这样方式组成的脉冲串的频率等于抽样频率与量化比特数的积,称为所传输数字信号的数码率。显然,抽样频率越高,量化比特数越大,数码率就越高, 所需要的传输带宽就越宽。
习惯上把通过抽样、量化、编码而获得的在参数取值上是离散的信号的变换方式,称为脉冲编码调制(PCM),简称脉码调制,脉码调制就是为实现时分多路而提出来的。