ZY3200104002 均匀量化与非均匀量化

1、模块2均匀量化与非均匀量化（ZY3200104002）【模块描述】本模块介绍了均匀量化与非均匀量化的概念，包含均匀量化和和非均匀量化实现过程。通过图形讲解、公式分析，掌握均匀量化和非均匀量化对信噪比的影响，熟悉A律13折线PCM编码规则。【正文】在样值信号的量化过程中，根据量化间隔是否均匀将量化分为均匀量化和非均匀量化一、均匀量化在信号幅度值最大变化范围内（-U+U）,将其划分为N个量化级，相邻量化级之间的量化级差A均相等，即A=2U/N,这种量化称为均匀量化。1均匀量化特性设样值信号的幅度值为u,量化后的量化值为u,描述u与u之间的对应变化关系特性，qq称为量化特性。图ZY320010400

2、2-1示出了两种线性量化的关系曲线。其中（a）为中平特性，（b）为中升特性。两者量化策略稍有不同，但无本质区别。图中C）、（d）分别表示出了它们的量化误差曲线。量化误差e总是在土A/2范围。k(a)(b)图ZY3200104002-1两种常用均匀量化的特性和量化误差2均匀量化信噪比量化信噪比的计算公式如下(S/N)a6n+1.76+201g(U/U)(公式ZY3200104002T)qdBm其中：U为有用信号幅度，U为临界过载电压，n为码字位数。m根据公式ZY3200104002-1可知，信噪比与码字位数成正比，即码字位数越多，信噪比越高，通信质量越好。每增加一位码，信噪比就提高6dB。有用信

3、号幅度U越小，信噪比m越低，反之，有用信号幅度U越大，信噪比越高。因此，在相同码字位数的情况下，大信m号时信噪比大，小信号时信噪比小。这就是均匀量化的特点。通信系统要求：在信号动态范围达到-40dB(即20lg(U/U)=-40dB)的条件下，量化信噪m比不应低于26dB，即6n+1.76-40226，可得n=12。为了保证量化信噪比的要求，均匀量化的PCM编码的位数n必须大于或等于12。如果每个样值用12位码传输，则信道利用率较低，但减少了码字位数，又不能满足量化信噪比的要求。这就是均匀量化的缺点。二、非均匀量化为了满足量化信噪比的要求，又避免均匀量化的缺点，必须采用非均匀量化。非均化量化的

4、基本方法是对大信号使用大的量化间隔，而小信号则利用小的量化间隔。实现非均匀量化的技术称为压缩与扩张。图ZY3200104002-2表示了具有压扩器的PCM系统。抽压均匀编111111解扩样*缩一量化码T信道111码张图ZY3200104002-2具有压扩器的PCM系统1压缩扩展特性实现非均匀量化的技术称为压缩和扩张。在发送端先对抽样值进行压缩，即对大信号“压缩”、对小信号的“扩展”。压缩特性如图ZY3200104002-3(a)所示。对接收端解码后的受压缩影响的样本序列，再进行扩张。扩张特性与图ZY3200104002-3(a)完全相反，如图ZY3200104002-3(b)所示。发收两种特性

5、之和应为线性，才不致引起各样本的压-扩失真。图ZY3200104002-3压缩与扩张特性因压缩、扩张特性曲线的互补性，以下仅说明压缩特性。2A律13折线近似压缩特性实现压扩特性的非线性曲线有多种。在PCM中，30/32路制式采用对数型A律压扩特性。A律压缩特性如图ZY3200104002-4所示。但A律压缩特性是一条连续曲线，不能用数字电现，因此应采用折线来近似其压缩特性。设在直角坐标系中，x轴和y轴分别表示输入信号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大取值范围都是+1至-1，即都是取归一化后的值。X轴输入信号归一化后，按1/2递减规律分为8段。如图ZY3200104002-5所示。Y轴输

6、出信号归一化后，均匀地分为8段。如图ZY3200104002-5所示。拆线各段的坐标如表ZY3200104002-1所示，拆线各段的斜率如表ZY3200104002-2所示。正负方向各有8段，共有16段线段。将此16段线段相连就得到一条折线。正负方向的第1段和2段因斜率相同而合成一段线段。因此16段线段从形状上变成了13段折线，这条折线被称为A律13折线。图ZY3200104002-5y轴均匀分成8段示意图表ZY3200104002-1拆线各段端点对标与斜率端点012345678y01/82/83/84/85/86/87/81x01/1281/641/321/161/81/41/21表ZY3200104002-2拆线各段斜率折线段12345678斜率161684211/21/43.A律13折线量化与编码A律13折线量化电平的划分方法是：在归一化信号幅度范围内，在正负极性内各分成不等的8大段，每一大段内再均匀分成16等份。即被分成8段X16等份X2极性=256个量化级，因此须用8位码表示每一个量化级，记为a1a2a3a4a5a6a7a8。编码规则如下：极性码：8位中的最高位牛，用1或0分别表示信号极性为正或负；段落码：除已表示了正负极性外，量化的8段需由aaa3位码元表示，即000,234001111表示量化值处于8段中的哪一段；段内码：土8段中每段内有16