模拟数据数字信号编码技巧

由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计算机直接产生的数字外，语音图像信息的数字化已成必然。脉冲编码调制（PCM）是模拟数据化的主要方法。

PCM（Pulse Code Modulation），又叫脉冲编码调制，它是数字通信的编码方式之一，其编码主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。PCM编码的最大的优点就是音质好，最大的缺点就是使用二进制位数太多，而编码效率低。

PCM方式是由采样、量化和编码3个基本环节完成的。

2.3.3.1　采样

模拟信号数字化的第一步是采样。模拟信号是电平连续变化的信号。采样是隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出来作为样本，让其表示原来的信号。因此，采样频率f应为

f≥2B或f=1/T≥2fmax

式中　B——通道带宽；

T——采样周期；

fmax——信道允许通过的信号最高频率。

采样的工作如图2-11所示，研究结果表明，如果以不小于通信信道带宽2倍的速率定时对信号进行采样，其样本可以包含足以重构原模拟信号的所有信息。(www.xing528.com)

图2-11　对模拟信号采样

2.3.3.2　量化

量化是将采样样本幅度按量化级决定取值的过程。经过量化后的样本幅度为离散的量化级值，已不是连续值。

量化的工作如图2-12所示。量化之前要规定将信号分为若干量化级，例如8级或16级，以及更多的量化级，这要根据精度要求决定。同时，要规定好每一级对应的幅度范围，然后将采样所得到样本幅值与上述量化级幅值比较。例如，1.28取值为1.3，1.52取值为1.5，即通过取整来定级。

图2-12　对采样值量化

2.3.3.3　编码

编码是用相应的位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。如果有k个量化级，则二进制的位数为log2k。例如量化级有16个，就需要4位编码。在目前常用的语音数字化系统中，多采用128个量化级，需要7位编码。经过编码后，每个样本都要用相应的编码脉冲表示。编码的工作如图2-13所示。

图2-13　将量化编码

音频信号经低通滤波器带限滤波后，由取样、量化、编码3个环节完成PCM调制，实现A/D变化，形成的PCM数字信号再经纠错编码和调制后，录制在记录媒介上。数字音响的记录媒介有激光唱片和盒式磁带等。放音时，从记录媒介上取出的数字信号经解调，纠错等处理后，恢复为PCM数字信号，由D/A变换器和低通滤波器还原成模拟音频信号。