语音编码与数字传输.ppt
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1、第二章 语音编码与数字传输,杨柳,课程目标,理解模拟信号和数字信号的区别 了解语音信号数字化的过程 掌握PCM30/32路系统的帧结构 了解PCM一次群和高次群的概念,第一节 语音编码,抽样,量化,接收端,编码,信道,解码,低通,发送端,PCM信号,语音信号,语音信号,模拟信号与数字信号的区别,模拟信号:在和幅度上连续的电信号 数字信号:在时间和幅度上都离散的电信号,数字通信的特点: 抗干扰能力强,无噪声积累。 便于加密处理。 利于采用时分复用实现多路通信。 设备便于集成化、小型化。 占用频带宽。,模拟语音信号数字化的步骤,抽样: 抽样定理 量化:非均匀量化(A率13折线) 编码:PCM编码(
2、8比特),2019/6/6,1.4 数字通信基础,8,抽样:将模拟信号在时间上离散化的过程。 量化:将模拟信号在幅度上离散化的过程。 编码:编码是指将每个量化后的样值用二进制 代码来表示。,一、语音信号数字化,1、抽样,125s,t,t,1、抽样,低通抽样定理(奈奎斯特第二定理) 采样信号的频率必须高于被采样信号频率的2倍以上时,被采样信号才有可能被无失真地恢复。 电话通信系统中语音信号频率:3003400Hz 采样频率不低于6800Hz(34002) 电话通信系统采用的抽样频率为8000Hz 抽样后的信号为在时间离散,幅度连续的PAM(脉冲幅度调制)信号,2、量化:,定义:对幅度进行离散化处
3、理的过程称为量化,实现量化的器件称为量化器 分类: 均匀量化 非均匀量化 (例:百分制和四级分制),Ts,2Ts,3Ts,4Ts,5Ts,6Ts,7Ts,量化值,1,0,1,2,3,4,5,模拟信号波形,均匀量化后 信号波形,例:模拟信号抽样量化,t,x,y,0.5,1.5,2.5,3.5,4.5,-0.5X0.5,Y=0 0.5X1.5,Y=1 1.5X2.5,Y=2 2.5X3.5,Y=3 3.5X4.5,Y=4,量化可以采用类似“四舍五入”的方法,使每个抽样后的幅 值用一个邻近的“整数”值来近似,非均匀量化:量化间隔不等,y,x,压扩倍数,x:信号电平值; y:量化值;,x,x,y,2,
4、1,3,4,均匀量化:量化间隔相等,所有量化级内信号的压扩倍数相同。,不同量化级内信号的压扩倍数不同,0.5,1.5,2.5,3.5,4.5,10,100,1000,斜率表示压扩倍数,实际应用举例,实际应用举例,压扩倍数,斜率不同(折线)表示非均匀量化,斜率相同(直线)表示均匀量化,目前国际上有两种非均匀量化方法: 律15折线非线性量化北美、日本采用。 A律13折线非线性量化中国、欧洲采用。 分为256个量化级。,如果定义最小段长度为,则最大电平幅值为:2048 ,中国、欧洲采用A律13折线PCM量化,信号幅值不均匀地分为八个大段, 每个大段都平均地分为16个小段,故一共分为8*16=128段
5、,在信号幅值的负半周量化方法相同,故共有128*2=256个量化级,日本、北美采用律15折线PCM量化,3、编码:,用一组二进制脉冲来代表已量化的样值幅度。 PCM编码使用的是折叠二进制码。编码长度为8比特。,PCM编码规则,A律采用256个量化级时,也就是说,用8位来区分256个量化级,段内码,第一位(a0)为极性码,“0”表示负,“1”表示正。这样正负各有128个量化级。 第二四位(a1 a3)为段落码,表示八个段;段落采用非均匀量化。 第四七位(a4 a7)为段内码,段内采样均匀量化,分16个段。,第二节 PCM数字传输(P23),一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division
6、 Multiplexing),3,2,1,c,b,a,B,A,C,1,TDM原理图,1,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,c,b,a,B,A,C,TDM原理图,1,A,A,4,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,c,b,a,B,C,TDM原理图,1,A,a,a,4,D,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,c,b,B,C,TDM原理图,1,A,a,2,2,4,D,d,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division
7、 Multiplexing),3,c,b,B,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,B,5,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,c,b,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,b,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,c,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,E,e,3,3,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),c,C,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,E,e,3,6,C,
8、C,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),c,TDM原理图,1,A,a,2,4,D,d,B,5,b,E,e,3,6,C,F,c,c,一、时分复用的概念 (TDM:Time_Division Multiplexing),3,2,1,c,b,a,B,A,C,1,A,TDM原理图,2,a,B,b,3,c,c,3,2,1,c,b,a,B,A,C,时隙:在时分复用系统中,每一话路传输一次话音采样编码的时间,帧:复用同一传输线的所有话路各采样一次的时间(即每一话路两次采样的时间间隔),在电话通信系统中,一帧时长恒为125微秒。,多路复用的制式,我国和欧洲采用
9、的是PCM30/32帧结构制式 日本和北美采用的是PCM24帧结构制式,二、PCM30/32帧结构(P25) 中国电话通信系统的时分复用方式,帧结构,偶帧TS0,奇帧TS0,0,0,0,0,a,d,c,b,a,d,c,b,a,d,c,b,F0,F1,F15,F2,帧同步信号,帧告警信号,复帧同步和复帧告警,1时隙线路和17时隙线路,2时隙线路和18时隙线路,15时隙线路和31时隙线路,a、b、c、d不同时为0,A1/A2:帧/复帧失步告警 (“0”正常;“1”:告警),1帧=125s,PCM30/32基群(一次群)特征,一帧的时长为125S 一个时隙八比特(即一个数字化PCM语音编码) 一帧包
10、含32时隙 一个时隙的比特速率(带宽)为64kbps 基群的速率(带宽)为2.048Mbps,简称2M口 一个时隙为3.9S 每比特的传输速率为488nS 一个复帧的时长为2mS 第0个时隙为同步、告警时隙,第16个时隙为复帧同步、复帧告警、线路信号时隙,这样一条PCM30/32中共有30个话路时隙,三、定时和同步(P26),时分多路复用的关键在于准确地把各路信号安置在规定时隙中; 32路系统采用的是统一插入法; 位同步:码元同步;防止滑码和重复接收 帧同步:保证收发话路同步 复帧同步:保证话路状态信号同步 网同步:保证全网交换机时钟系统同步,1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0,1
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