6.3脉冲编玛调制(PCM 西安电子科技大学 通信工程学院ISN 3PCM系统的抗噪声性能 分析PCM的系统性能将涉及两种噪声：量化噪声和信道加性 噪声。由于这两种噪声的产生机理不同，故可认为它们是互相 独立的。 考虑两种噪声时，PCM系统接收端低通滤波器的输出为 m(t)=m(t)+ng(t)+ne(t) 式中，(t)为输出信号成分；n,(t)为由量化噪声引起的输出噪声； n(t)为由信道加性噪声引起的输出噪声；因此，通常用系统输出 端总的信噪比衡量PCM系统的抗噪声性能，其定义为 、 Em2(t) N6E[nO]+E[n()】 2012/10/29 第1页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.3 脉冲编码调制(PCM) 3.PCM系统的抗噪声性能 分析PCM的系统性能将涉及两种噪声:量化噪声和信道加性 噪声。由于这两种噪声的产生机理不同,故可认为它们是互相 独立的。 考虑两种噪声时,PCM系统接收端低通滤波器的输出为 式中, 为输出信号成分; 为由量化噪声引起的输出噪声; 为由信道加性噪声引起的输出噪声;因此,通常用系统输出 端总的信噪比衡量PCM系统的抗噪声性能，其定义为 mt mt n t n t ˆ() () () () =+ + q e m(t) n (t) q n (t) e 2 0 2 2 0 ( ) q e () () S Em t N En t En t = + 第1页
6.3脉冲编码调制(PCM) 国家重点实脸室 西安电子科技大学 通信工程学院ISN > 设输入信号m(t)在区间[-a,a叫具有均匀分布的概率密度，并 对m(t)进行均匀量化，其量化级数为M,在不考虑信道噪 声条件下，由量化噪声引起的输出量化信噪比为 S_E[m2()】 =M2=22w(例6-1) Na E n(t) Bmin =Nfi →N= Bmin fu 式中，二进码位数N与量化级数M的关系为M=2W。 对于二进制编码，上式又可表示为 S0=2281fm 2012/10/29 第2页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.3 脉冲编码调制(PCM) 设输入信号 在区间 具有均匀分布的概率密度，并 对 进行均匀量化，其量化级数为M，在不考虑信道噪 声条件下，由量化噪声引起的输出量化信噪比为 式中，二进码位数N与量化级数M的关系为 。 对于二进制编码，上式又可表示为 m(t) [−a, a] m(t) ( ) 2 0 2 2 2 ( ) 2 ( ) N q q S Em t M N En t = = = 例6-1 N M = 2 B fH Nq S0 2 / = 2 min min H H B B Nf N f = → = 第2页
6.3脉冲编玛调制(PCM 西安电子科技大学 通信工程学院SN >若信道加性噪声为高斯白噪声，每一码组中出现的错码彼此 独立，且误码率为P%,则采用N位长自然编码。若仅考虑信道加 性噪声时PCM系统输出信噪比为 S。_E[m()] 1 N.E n2(t) 4Pe Pe为单个码元出错的概率 同时考虑量化噪声和信道加性噪声时，PCM系统输出端的 总信噪功率比为 So So No Na+Ne 2012/10/29 第3页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.3 脉冲编码调制(PCM) 若信道加性噪声为高斯白噪声,每一码组中出现的错码彼此 独立,且误码率为Pe,则采用N位长自然编码。若仅考虑信道加 性噪声时PCM系统输出信噪比为 Pe为单个码元出错的概率 同时考虑量化噪声和信道加性噪声时，PCM系统输出端的 总信噪功率比为 ( ) ( ) 2 2 1 4 o e e e S Em t N P En t = = 0 0 0 q e S S N NN = + 第3页
6.3脉中编码调制(PCM) 国家重点实脸室 西安电子科技大学 通信工程学院ISN So So/Na 22N No 1+Ne/Na 1+4P.22w 由上式可知： Ng>>Ne S So No Nq Na <Nc S So No Ne 应当指出，以上公式是在自然码、均匀量化以及输入信号 为均匀分布的前提下得到的。 2012/10/29 第4页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.3 脉冲编码调制(PCM) 由上式可知: 应当指出,以上公式是在自然码、均匀量化以及输入信号 为均匀分布的前提下得到的。 0 0 0 q e , q S S N N N N >> = 0 0 0 / 1 / q e q S SN N NN = + N e N P 2 2 1 4 2 2 + = 0 0 0 q c , e S S N N N N << = 第4页
6.4自适应差分脉冲编码调制 西安电子科技大学 通信工程学院SN 以较低的速率获得高质量编码，一直是语音编码追求的目 标。通常，人们把话路速率低于64kbit/s的语音编码方法，称 为语音压缩编码技术。语音压缩编码方法很多，其中自适应差 分脉冲编码调制(ADPCM)是语音压缩中复杂度较低的一种 编码方法，它可在32kbit/s比特率上达到64kbit/s的PCM数字电 话质量。近年来，ADPCM已成为长途传输中一种新型的国际 通用的语音编码方法。 ADPCM是在差分脉冲编码调制(DPCM)的基础上发展起 来的，为此，下面介绍DPCM的编码原理与系统框图。 返回目录 2012/10/29 第5页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.4自适应差分脉冲编码调制 以较低的速率获得高质量编码，一直是语音编码追求的目 标。通常，人们把话路速率低于64kbit/s的语音编码方法，称 为语音压缩编码技术。语音压缩编码方法很多 , 其中自适应差 分脉冲编码调制（ADPCM）是语音压缩中复杂度较低的一种 编码方法，它可在32kbit/s比特率上达到64kbit/s的PCM数字电 话质量。近年来，ADPCM已成为长途传输中一种新型的国际 通用的语音编码方法。 ADPCM是在差分脉冲编码调制（DPCM）的基础上发展起 来的，为此，下面介绍DPCM的编码原理与系统框图。 返回目录 第5页
6.4自适应差分脉冲编码调制 西安电子科技大学 通信工程学院ISN 1.差分脉冲编码调制DPCM 差分（增量）脉冲编码调制(DPCM)是改进形式的△M调制，它 是将PCM和AM相结合。在△M系统中，不管误差信号如何变化， 传输的增量ō是固定不变的。 而在DPCM系统中增量的数值随误差信号的变化量化成M 个电平之一，然后再进行编码，从而改善了系统的性能。 对DPCM系统的性能分析可以利用PCM和△M系统性能分 析所得到的结论来进行。设输入信号m()为正弦信号，即 m(t)=Asino t 2012/10/29 第6页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.4自适应差分脉冲编码调制 1.差分脉冲编码调制 DPCM 差分(增量)脉冲编码调制(DPCM)是改进形式的 调制,它 是将PCM和 相结合。在 系统中,不管误差信号如何变化, 传输的增量 是固定不变的。 而在DPCM系统中增量的数值随误差信号的变化量化成M 个电平之一, 然后再进行编码, 从而改善了系统的性能。 对DPCM系统的性能分析可以利用PCM和△M系统性能分 析所得到的结论来进行。设输入信号m(t)为正弦信号,即 ∆M ∆M ∆M σ m(t) = Asinω t k 第6页
6.4自适应差分脉冲编码调制。 西安电子科技大学 通信工程学院SN DPCM系统的组成方框图如下图所示： en 量化器 编码 C- 解码 Xn Xn 预测器 预测器 Xn 2012/10/29 第7页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.4自适应差分脉冲编码调制 DPCM系统的组成方框图如下图所示: 量化器 编码 预测器 解码 ⊕ 预测器 ⊕ ⊕ xn ~ xn ~ xˆn xˆn eqn eqn en + + + + - xn cn cn ∧ 第7页
6.4自适应差分脉冲编码调制 西安电子科技大学 通信工程学院ISN 图中，预测器的输入无。代表重建语音信号。 预测器的输出 =】 误差en=X,-元n 作为量化器输入，egm代表量化器输出，量化后的每个预测误 差巳m编码成二进制数字序列，通过信道传送到目的地。该误 差egm同时被加到本地预测值Xn而得到元n。 2012/10/29 第8页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.4自适应差分脉冲编码调制 图中,预测器的输入 代表重建语音信号。 预测器的输出 误差 作为量化器输入, 代表量化器输出,量化后的每个预测误 差 编码成二进制数字序列,通过信道传送到目的地。该误 差 同时被加到本地预测值 而得到 。 n x ˆ 1 ˆ k n i ni i x ax − = = ∑ n n n e x x ~ = − qn e qn e qn e n x ~ n x ˆ 第8页
6.4自适应差分脉冲编码调制。 西安电子科技大学 通信工程学院SN 在接收端装有与发送端相同的预测器，它的输出xn与m 相加产生尤，。信号尤n既是所要求的预测器的激励信号，也 是所要求的解码器输出的重建信号。 在无传输误码的条件下，解码器输出的重建信号无，与编 码器中的，的相同。 2012/10/29 第9页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.4自适应差分脉冲编码调制 在接收端装有与发送端相同的预测器，它的输出 与 相加产生 。信号 既是所要求的预测器的激励信号，也 是所要求的解码器输出的重建信号。 在无传输误码的条件下，解码器输出的重建信号 与编 码器中的 的相同。 n x ˆ n x ~ qn e n x ˆ n x ˆ n x ˆ 第9页
6.4自适应差分脉冲编码调制“ 西安电子科技大学 通信工程学院SN DPCM系统的总量化误差应该定义为输入信号样值Xn 与解码器输出样值Xn之差，即 ng =xn-*n=(en+x)-(X,+em) =en-ean 由上式可知，这种DPCM的总量化误差n。仅与差值信号 巳n的量化误差有关。ng与Xn都是随机量，因此DPCM系 统总的量化信噪比可表示为 & 2012/10/29 第10页
西安电子科技大学 通信工程学院ISN 2012/10/29 6.4自适应差分脉冲编码调制 DPCM系统的总量化误差应该定义为输入信号样值 与解码器输出样值 之差，即 由上式可知，这种DPCM的总量化误差 仅与差值信号 的量化误差有关。 与 都是随机量，因此DPCM系 统总的量化信噪比可表示为 n x n x ˆ n qn q n n n n n qn e e n x x e x x e = − = − = + − + ) ~ ) ( ~ ˆ ( nq n e nq n x 2 22 2 22 n nn p DPCM q nq q S S Ex Ex Ee G N N En Ee En = = ⋅ =⋅ 第10页
