设计一个pcm编码与解码系统Word格式文档下载.docx

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目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。

另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。

可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。

1.2Simulink介绍

Simulink[2]是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

它支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

2 

脉冲编码调制 

2.1 

PCM简介 

现在的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse 

Code 

Modulation） 

体制。

PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。

PCM有两个标准即E1和T1。

我国采用的是欧洲的E1标准。

T1的速率是1.544Mbit/s,E1的速率是2.048Mbit/s。

PCM：

相变存储器（Phase-change 

memory,PCM）是由IBM公司的研究机构所开发的一种新型存储芯片,将有望来替代如今的闪存Flash和硬盘驱动器HDD。

PCM在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"

0"

码和"

1"

码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。

而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse 

code 

modulation），即脉冲编码调制。

这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

PCM可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。

特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。

PCM线路的特点：

•PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。

•支持从 

2M开始的各种速率,最高可达155M的速率。

•通过SDH设备进行网络传输，线路协议简单。

与传统的DDN技术相比,PCM具有以下特点：

•线路使用费用相对便宜。

•能够提供较大的带宽。

•接口丰富便于用户连接内部网络。

•可以承载更多的数据传输业务。

PCM 

（动力控制模块）：

汽车电控部分，电控单元的动力控制模块，有存储器、输入、输出。

2.2 

PCM原理 

所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后将已量化值变换成代码。

下面将用一个PCM系统的原理框图简要介绍。

原理框图如图2-1所示。

图2-1PCM原理方框图

在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。

这个抽样值仍是模拟量。

在量化之前，通常由保持电路将其作短暂保存，以便电路有时间对其量化。

在实际电路中，常把抽样和保持电路做在一起，称为抽样保持电路。

图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制编码。

这样每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。

图中的解码器的原理和编码过程相反。

其中，量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器）；

解码与低通滤波的组合称为数/模变换器（D/A变换器）。

抽样是对模拟信号进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

经过抽样的信号应包含原信号的所有信息，即能无失真地恢复出原模拟信号。

量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。

编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。

实际上量化是在编码过程中同时的。

μ律和A律压缩特性：

试中，x为归一化输入，y为归一化输出，A、μ为压缩系数。

数字压扩技术：

一种通过大量的数字电路形成若干段折线， 

并用这些折线来近似A律或μ律压扩特性，从而达到压扩目的方法。

即对数压扩特性的折线近似法。

折线压扩特性：

既不同于均匀量化的直线，又不同于对数压扩特性的光滑曲线。

总的来说用折线作压扩特性是非均匀量化的， 

但它既有非均匀量化（不同折线有不同斜率）， 

又有均匀量化（在同一折线的小范围内）。

两种常用数字压扩技术：

（1）A律13折线压扩——13折线近似逼近A=87.6的A律压扩特性；

（2） 

μ律15折线压扩——15折线近似逼近μ=255的μ律压扩特性。

采用折线压扩的特点：

基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于数字电路的实现。

实际中A律常采用13折线近似如图2-2所示：

图2-2A律13折线

其具体分法如下：

先将X轴的区间[0，1]一分为二，其中点为1/2,取区间[1/2,1]作为第八段;

区间[0,1/2]再一分为二，其中点为1/4,取区间[1/4,1/2]作为第七段;

区间[0,1/4]再一分为二，其中点为1/8,取区间[1/8,1/4]作为第六段;

区间[0,1/8]一分为二，中点为1/16,取区间[1/16,1/8]作为第五段;

区间[0,1/16]一分为二，中点为1/32,取区间[1/32,1/16]作为第四段;

区间[0,1/32]一分为二，中点为1/64,取区间[1/64,1/32]作为第三段;

区间[0,1/64]一分为二，中点为1/128,区间[1/128,1/64]作为第二段;

区间[0,1/128]作为第一段。

然后将Y轴的[0,1]区间均匀地分成八段，从第一段到第八段 

分别为[0,1/8],（1/8,2/8],（2/8,3/8],（3/8,4/8],（4/8,5/8],（5/8,6/8], 

（6/8,7/8],（7/8,1]。

分别与X轴对应。

编码的码字和码型:

二进制码可以经受较高的噪声电平的干扰，并易于再生，因此PCM中一般采用二进制码。

对于Q个量化电平，可以用k位二进制码来表示，称其中每一种组合为一个码字。

在点对点之间通信或短距离通信中，采用k=7位码已基本能满足质量要求。

而对于干线远程的全网通信，一般要经过多次转接， 

要有较高的质量要求，目前国际上多采用8位编码PCM设备。

码型指的是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。

在PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码（又称格雷码）。

码位的安排:

目前国际上普遍采用8位非线性编码。

例如PCM 

30/32路终端机中最大输入信号幅度对应4 

096个量化单位（最小的量化间隔称为一个量化单位）， 

在4 

096单位的输入幅度范围内，被分成256个量化级，因此须用8位码表示每一个量化级。

用于13折线A律特性的8位非线性编码的码组结构如表2-1所示：

表2-18位非线性编码的码组结构

其中，第1位码M1的数值“1”或“0”分别代表信号的正、负极性，称为极性码。

从折叠二进制码的规律可知，对于两个极性不同，但绝对值相同的样值脉冲，用折叠码表示时，除极性码M1不同外，其余几位码是完全一样的。

因此在编码过程中，只要将样值脉冲的极性判出后，编码器便是以样值脉冲的绝对值进行量化和输出码组的。

这样只要考虑13折线中对应于正输入信号的8段折线就行了。

这8段折线共包含128个量化级，正好用剩下的7位码（M2，„, 

M8）就能表示出来。

3模块设计与仿真图形分析

3.1Simulink的工作环境熟悉

建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图3-1所示 

系统中所需的模块：

正弦波模块，示波器模块。

图3-1正弦仿真电路图

系统内的示波器显示的波形图如下：

图3-2单正弦波与平方波的对比

结论：

两正弦波叠加后的周期是原周期的1/2，频度是原频度的2倍。

3.2PCM编码器电路设计

图3-2 

13折线近似的PCM编码器测试模型

测试模型如图3-4所示。

其中以Saturation作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内，以A-Law 

Compressor作压缩器，Relay模块的门限值设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位——极性码。

样值取值绝对值后，用增益模块将样值放大到0-127，然后用间隔为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。

可以将上图中Constant和Display（不含）之间的模块封装一个PCM编码子系统备用。

其中各模块参数如下：

Zero-OrderHold：

零阶保持器，它的作用是对输入的一段采样时间进行保持。

参数设置中的取样时间间隔为信号的取样时间间隔0.001s。

Relay：

继电模块，它的作用是实现在两个不同常数值之间进行切换。

本设计中此模块的门限值设为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位，也就是极性码，当抽样值为正值时就输出1，为负值时就输出0。

Saturation：

限幅器，它的作用是将输入信号的幅度限制在一定范围内。

本设计将输入信号幅度限制在[-1,+1]范围内。

Abs：

绝对值模块，它的作用是对输入数值取绝对值。

LawCompressor：

A率压缩器，它的作用是对输入信号进行A率压缩，

本设计中A取87.6。

Gain：

增益模块，它的作用是对数值的大小增加或减小倍数。

本设计中由于输入信号幅度限制在[-1,+1],因此为了便于编码将Gain的增益参数设为127。

Quantizer：

量化器，它的作用是就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值。

本设计中的量化间隔设为1，可将输入数值根据四舍五入原则量化成相应的离散数值。

IntegertoBitConverter：

整数