$2.2.3 模拟数据的数字信号编码

对模拟数据进行数字信号编码的最常用方法是脉码调制PCM(Pulse Code Mod111ation),它常用于对声音信号进行编码。脉码调制是以采样定理为基础的,该定理从数学上证明:若对连续变化的模拟信号进行周期性采样,只要采样频率大于等于有效信号频率或其带宽的两倍,则采样值便可包含原始信号的全部信息,利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原始信号。设原始信号的频率为Fm,采样频率为孔,则采样定理可以下式表示:

式中Ts为采样周期,为原始信号的带宽。信号数字化的转换过程可包括采样、量化和编码三个步骤。图2.11说明了脉码调制的原理,图中的波形按幅度被划分成8个量化级,如要提高精度,则可以分成更多的量级。

第一步是采样,以采样频率Fs把模拟信号的值采出;第二步是量化,使连续模拟信号变为时间轴上的离散值,也就是分级的过程,把采样的值按量级"取整"得到的是一个不连续的值;第三步是编码,将离散值编成一定位数的二进制数码。图中是8个量化级,故取3位二进制编码就可以了。如果有N个量化级,那么每次采样将需要log2N位二进制数码。目前在语音数字化脉码调制系统中,通常分为128或256个量级,即用7位或8位二进制数码来表示,这样的二进制码组称为一个码字,其位数称为字长。

在发送端经过这样的变换过程,就可把模拟信号转换成二进制数码脉冲序列,然后经过信道进行传输。在接收端,先进行译码,将二进制数码转换成代表原来模拟信号的幅度不等的量化脉冲,然后再经过滤波(如低通滤波器),就可使幅度不同的量化脉冲还原成原来的模拟信号。

根据原始信号的频宽,可以估算出脉码调制的数码脉冲速度。如果语音数据限于4000Efz以下的频率,那么每秒钟8000次的采样可以满足完整地表示语音信号的特征。使用7位二进制表示每次采样的话,就允许有128个量化级,这就意味着,仅仅是语音信号就需要有每秒钟8000次采样×每次采样7位=56000bps(即56kbps)的数据传输速率。

模拟数据(例如语音)经过PCM编码转换成数字信号后,就可以和计算机中的数字数据统一采用数字传输方式进行传输了。对于数字传输的数字电话、数字传真、数字电视等数字通信系统而言,它具有下列两个显著的优点:

(1)抗干扰性强。在模拟通信中,当外部干扰和机内噪声叠加在有用的信号上时,就很难完全将干扰和噪声去掉,因而使输出信号的信噪比降低。而当数字信号在传输过程中出现上述情况时,通过数字信号再生的方法,可以容易地将干扰和噪声消除。当发送数字信号"1"时,干扰噪声与有用信号叠加,若这结果值不小于某一门限电平,即仍可再生为‘"‘1,",同样,当发送"0"信号时,干扰和噪声电平只要小于这一门限电平,就仍能再生为"0"。

(2)保密性好。信息被数字化后,产生一个二进制数字编码序列I(t),可以将I(t)与数字密码机产生的二进制密码序列C(t)进行"模2加"运算,得到传送序列B(t)。这样送到信道上传送的信号为:B(t)=I(t)+C(t),(此处的"+"为模2加)。由于它人无法知道密码序列C(t),所以就无法破译原始信息I(t)。密码序列C(t)可以任意变换,这样就使通信系统的保密性大大提高。

当然,数字通信也有它的一些问题,例如模拟信号变成数字信号后占有较宽的频带、数字设备和联网技术较复杂、与现有的模拟通信设备之间也不免存在一些矛盾等等。

计算机网络基础知识之模拟数据的数字信号编码.doc

下载Word文档到电脑，方便收藏和打印[全文共1357字]

编辑推荐：

下载Word文档