PCM编码器

       脉冲编码调制PCM原理 PCM是实现语音信号数字化的一种方法 一语音信号的数字化 语音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。 ^[1]

pcm编码器原理图       把连续信号变为时间轴上离散的信号的过程称为抽样 抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。 低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在 赫内的时间连续信号 ,若以 的间隔对它进行等间隔抽样，则 将被所得到的抽样值完全确定。 语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制（PAM）信号。 

       把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。 量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。 量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。 为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。 非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。 非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的μ律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩。 

pcm编码器在PCM-30/32通信设备中，采用A律13折线的分段方法，具体 是：Y轴均匀分为8段，每段均匀分为16份，每份表示一个量化级，则Y轴一共有16×8＝128个量化级。；X轴采用非均匀划分来实现非均匀量化的目的，划分规律是每次按二分之一来进行分段。

　　上述机械式按键编码电路虽然比较简单，但当同时按下两个或更多个键时，其输出将是混乱的。在数字系统中，特别是在计算机系统中，常常要控制几个工作对象，例如微型计算机主机要控制打印机、磁盘驱动器、输入键盘等。当某个部件需要实行操作时，必须先送一个信号给主机（称为服务请求），经主机识别后再发出允许操作信号（称为服务响应），这里会有几个部件同时发出服务请求的可能，而在同一时刻只能给其中一个部件发出允许操作信号。因此，必须根据轻重缓急，规定好这些控制对象允许操作的先后次序，即优先级别。识别这类请求信号的优先级别并进行编码的逻辑部件称为优先编码器。^[2]

pcm编码器电路 　　例如，对于I0，只有当I1、I2、I3均为0，即均无有效电平输入,且I0为1时，输出为00。对于I3，无论其他3个输入是否为有效电平输入，输出均为11。由此可知I3的优先级别高于I0的优先级别，且这4个输入的优先级别的高低次序依次为I3、I2、I1、I0。由表5.2.3可以得出该优先编码器的逻辑表达式为

　　由于这里包括了无关项，逻辑表达式比前面介绍的非优先编码器简单些。

　　脉冲编码调制(pulsecodemodulation,PCM)是概念上最简单!理论上最完善的编码系统,是最早研制成功!

　　近十年来,随着大规模集成电路的飞速发展,已可将话路滤波器和PCM编码器集成在同一芯片上,这使PCM在光纤通信,数字微波通信,卫星通信等数字通信领域中获得了更广泛的应用"然而在某些需要PCM编码器的实际应用中,如数字交换机中的信号音的产生和实现,单靠PCM编解码芯片来完成整个编解码功能,在电路设计和实现上都显得烦琐和笨拙,相反如果运用软件方法来实现PCM编解码芯片的部分功能并与PCM编解码芯片相结合来共同完成整个电路设计上的编解码,不仅设计简单,灵活方便,而且往往可以达到事半功倍的结果。

pcm编码器电路板 　　PCM通信系统采用基带传输的PCM通信系统发送端通常由抽样!量化和编码三部分组成,其中量化和编码共同完成模拟)))到数字(A/D变换)功能"信源f(t)经脉冲序列p(t)抽样产生零阶抽样保持信号fs0(t),它是PAM信号,具有离散时间,连续幅度"量化过程就是将此信号转换成离散时间,离散幅度的多电平数字信号"从数学角度理解,量化是把一个连续幅度值的无限数集合映射到一个离散幅度值有限的集合"fD(t)为编码后PCM信号"fD(t)经数字-模拟转换(D/A变换)后恢复为PAM信号fs0(t),再经1/Sa(x)低通补偿滤波器即可重建f(t)。

视频A/D转换器又称编码器,它是将视频模拟信号经过取样,量化,编码三个环节的操作转换成等幅脉冲序列的数字信号。这一过程称为脉冲编码调制(PCM), 从本质上讲,脉码调制也是一种频谱变换。如对具有0～fm带宽的原始信号基带,以fs频率对其进行幅度取样,相当于基带对fs及其各次谐波进行调幅,形成许多间隔为fs的双连带信号。

  脉冲编码调制PCM是一种简单的波形编码，根据采样定理，典型的窄带话音带宽限制在4kHz，采样频率是8kHz，量化比特数为8位，它的数据率为64 kbps。如果要获得高一点的音质，量化比特数要用12比特，它的数据率就等于96kbps。这个数据率可以使用非线性量化来降低，例如μ律和A律，使用它产生的重构话音信号几乎与原始的话音信号没有什么差别。1980年代由ITU的原国际电话与电报咨询委员会CCITT （International Telephone and Telegraph Consultative Committee）颁布了标准，制定了数据率为64kbps的PCM标准，称为G.711标准。如GSM优点是编译码器简单，延迟时间短，音质高；不足之处则是数据速率比较高，对传输通道的错误比较敏感，收发要严格同步。为此研究出了各种改进的形式。

    表3.4列出PCM编码实例的参数。