基于Matlab的A律PCM编码系统设计与仿真

1、现代通信原理课程设计报告题目:基于Matlab的A律PCM编码系统设计与仿真姓名:杨磊学院:研究生院专业:电子与通信工程指导教师:李环完成日期:2013年4月14日基于Matlab 的A 律PCM 编码系统设计与仿真1系统设计原理1.1脉冲编码调制(PCM脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation在通信系统中完成将语音信号数字化功能。是一种对模拟信号数字化的取样技术,将模拟信号变换为数字信号的编码方式,特别是对于音频信号。PCM 对信号每秒钟取样8000次;每次取样为8个位,总共64kbps。PCM 的实现主要包括三个步骤完成:抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上

2、离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT 的建议,为改善小信号量化性能,采用压扩非均匀量化,有两种建议方式,分别为A 律和律方式,我国采用了A 律方式,由于A 律压缩实现复杂,常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM 编码示意图如图话音输入低通滤波瞬时压缩抽样量化编码信道再生解码解调瞬时扩张低通滤波话音输出1.2A 律压缩律原理广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A 压缩律。美国采用压缩律,我国和欧洲各国均采用A 压缩律,因此,PCM 编码方式采用的也是A 压缩律。所谓A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律:A X A Ax y 10,ln 1<+=11,ln 1ln 1<

3、+=X A A Ax y 式中,x 为压缩器归一化输入电压;y 为压缩器归一化输出电压;A 为常数,决定压缩程度。A 压缩律中的常数A 不同,则压缩曲线的形状也不同,它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小,在实用中,选择A 等于87.6。A 律压缩律表示式是一条连续的平滑曲线,用电子线路很难准确的实现。由于A 律压缩实现复杂,常使用13折线法编码,压扩特性图如下图所示 A律函数13折线压扩特性图图中横坐标x在01区间中分为不均匀的8段。2/11间的线段称为第8段;4/12/1间的线段称为第7段;8/14/1间的线段称为第6段;依此类推,直到0128/1间的线段称为第1段。图中纵坐标y则均匀的划

4、分为8段。将这8段相应的坐标点(x,y相连,就得到了一条折线。本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。1.3PCM编码规则编码就是把量化后的信号变换成代码,其相反的过程称为译码。在现有的编码方法中,若按编码的速度来分,大致可分为两大类:低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类:逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中,无论采用几位码,一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位C1表示量化值的极性正负。后面的7位分为段落码和段内码两部分,用于表示量化值的绝对值。其中第24位(C2C4

5、是段落码,共计3位,可以表示8种斜率的段落;其他4位(C5C8为段内码,可以表示每一段落内的16种量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。所以,这7位码总共能表示128种量化值。段落码和8个段落之间的关系如表1-1所示;段内码与16个量化级之间的关系见表1-2所示。表1-1段落码表1-2段内码段落序号段落码量化级段内码81111511111411107110131101121100610111101110101051009100181000401170111601103010501014010020013001120010100010001000002程序块流程设计2.1A 律PCM

6、 编码规则在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位C1表示量化值的极性正负。后面的7位分为段落码和段内码两部分,用于表示量化值的绝对值。其中第24位(C2C4是段落码,共计3位,可以表示8种斜率的段落;其他4位(C5C8为段内码,可以表示每一段落内的16种量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。所以,这7位码总共能表示128种量化值。输入信号x 后,极性码C1的判断方法是:x<0,C1=0;x>0,C1=1;段落码C2、C3、C4的判断方法是:i i M x M <<-1;段内码C5、C6、C7、C8的判断方法是:-/(1i M x ,要注意x 各段量化间

7、隔不等。 图5.段落码和段内码的编码规则2.2PCM编码函数设计流程图输入信号x后,先判断x的符号,x>0时C1=1,x<0时C1=0;判断完符号后将信号进行归一化和量化,再进行段落判断以及段内判断,最后将C1C8输出。流程图如下开始输入信号判断符号归一化和量化段落判断段内判断输出结束3系统仿真模型以MATLAB的Simulink为工具平台,根据PCM系统的组成原理,在Simulink 模块库中找出相应的模块，选择合适的模块以及设置适当的参数，建 立了 PCM 通信系统仿真模型。仿真波形如下所示 信号源的波形 信号源经压缩后的波形 PCM 编码的波形 参考文献： 1 樊昌信，曹丽娜

8、.通信原理M.北京：国防工业出版社,2011. 2 刘全金. 一种 A 律 PCM 编码的简化方法J. 安庆师范学院学报(自然科学版, 2007 年 11 月第 13 卷第 4 期. 3 赵守彬 ,李鸿刚. 利用 Matlab 实现 PCM 编码的 A 律 13 折线法 量化J. 科技信 息,2010 6 附 1. 主程序 close all; clear all; N=1001; M=wavread('a.wav' S=M(2000:3000; t1=pcm1(S; t2=tqm(t1; sim('mod1' sim('channel1' si

9、m('dem1' t6=tqn(t5; t7=pcm2(t6; plot(t7; %语音信源 %调用编码函数 录 plot(S,'r' hold on;%画出编码前信号 %将 N 行 8 列矩阵转换为 1 行 8*N 列的矩阵的函数 %调制 %送入信道，加噪声 % 解调 %将 8*N 行 1 列的矩阵转换为 N 行 8 列矩阵的函数 %调用译码函数 % 画出译码后信号 %标题 title('PCM 编译码前后信号的比较' xlabel('时间' ylabel('幅值' grid on axis square 2.

10、A 律十三折线 PCM 编码函数 function Y=pcm1(S z=sign(S; Max=max(abs(S; S=abs(S/Max; Q=2048*S; Y=zeros(length(S,8; %段落码判断% for m=1:length(S if Q(m>128 & Q(m<2048 Y(m,2=1; end % x 坐标名 % y 坐标名 %添加网格 legend('PCM 编码前的信号','PCM 译码后的信号'%添加图例注解 %将图形设置为正方形 %判断 S 的正负 %求 S 的最大值 %归一化 %量化 %存储矩阵（全零）

11、 %在第五段与第八段之间， 段位码第一位都为 “1” if (Q(m>32 & Q(m<128 | (Q(m>512 & Q(m<2048 7 Y(m,3=1; end %在第三四七八段内，段位码第二位为“1” if (Q(m>16&Q(m<32|(Q(m>64&Q(m<128|(Q(m>256&Q(m<512| (Q(m>1024&Q(m<2048 Y(m,4=1; end %符号位的判断 if z(m>0 Y(m,1=1; elseif z(m<0 Y(m,1=0; end end %段内码判断程序 N=zeros(length(S; for m=1:length(S N(m=Y(m,2*4+Y(m,3*2+Y(m,4+1; end a=0,16,32,64,128,256,512,1024; b=1,1,2,4,8,16,32,64; for m=1:length(S q=ceil(Q(m-a(N(m/b(N(m; if q=0 Y(m,(5:8=0,0,0,0; else k=num2str(dec2bin(q-1