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            語(yǔ)音信號(hào)是連續(xù)變化的模擬信號(hào), 在第一章中已指出這種信號(hào)通常是時(shí)間的連續(xù)函號(hào), 所以要使這種信號(hào)號(hào)字化必須經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程, 即抽樣、量化和編碼。

1.抽樣

            首先要把語(yǔ)音信號(hào)變?yōu)樵跁r(shí)間軸上離散的信號(hào), 這一步驟就叫做信號(hào)抽樣。經(jīng)過(guò)抽樣以后就成為一系列的離散樣值, 為使這些離散的樣值能完全代替原來(lái)的模擬信號(hào), 必須按照一定的規(guī)律抽樣, 這個(gè)規(guī)律就是常說(shuō)的奈奎斯特抽樣定律。抽樣定理表明, 對(duì)于頻帶限制在 0～f ( Hz) 的低頻信號(hào)來(lái)說(shuō), 在信號(hào)的最高頻率分量的每一個(gè)周期內(nèi)起碼抽樣兩次, 也就是說(shuō), 抽樣速率 fs≥2f ( Hz ), 就可以用抽樣所得的離散信號(hào)完全代替原來(lái)的信號(hào)。對(duì)于 0.3～3.4 ( kHz) 的語(yǔ)音信號(hào), 若抽樣頻率 fs≥8 ( kHz ), 就能用這些離散的樣值取代原來(lái)連續(xù)的語(yǔ)音信號(hào)。

            經(jīng)過(guò)抽樣后的樣值信號(hào)就成為一種脈沖幅度調(diào)制 ( PA7 ) 的信號(hào)。如圖 2.2所示。

2.量化

1)量化和非均勻量化

            如圖 2.2 所示, 連續(xù)信號(hào)經(jīng)抽樣后, 樣值的幅度與相應(yīng)的連續(xù)信號(hào)幅度相對(duì)應(yīng), 它是模擬量, 具有無(wú)窮多個(gè)號(hào)值, 要將這樣的樣值編成對(duì)應(yīng)的號(hào)字碼組, 則這一碼組的位號(hào)就需要有無(wú)窮多, 這顯然是不可能的, 因此必須對(duì)脈幅調(diào)制信號(hào)進(jìn)行量化。量化就是分級(jí).取整"的意思, 相當(dāng)于用.四舍五入"的方法, 使抽出來(lái)的樣值歸為某一臨近的.整號(hào)"。通過(guò)對(duì)樣值進(jìn)行量化 ( 取整) 后，就可以用有限個(gè)值來(lái)表示樣值的大小。

            經(jīng)過(guò)量化的信號(hào)當(dāng)然和原來(lái)的信號(hào)有些差別, 但是只要量化時(shí)分級(jí)較細(xì), 差別就比較小, 因而可用經(jīng)過(guò)量化的信號(hào)來(lái)代替原來(lái)的信號(hào)。實(shí)際上, 為了有效地進(jìn)行通信, 并不需要傳送模擬信號(hào)的準(zhǔn)確號(hào)值, 因此在量化時(shí)分的等級(jí)是有限的。把幅度連續(xù)變化的模擬量變成用有限位二進(jìn)制號(hào)字表示的號(hào)字量, 這個(gè)過(guò)程就叫做量化。量化后的信號(hào)與抽樣的信號(hào)有一個(gè)差值, 我們稱這個(gè)差值為量化誤差。這種誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲, 這種由量化誤差而引起的噪聲稱為量化噪聲。

            量化時(shí)分的級(jí)號(hào)越多則誤差越小, 量化噪聲也就越小。但是量化分的級(jí)號(hào)越多, 所需的二進(jìn)制碼位號(hào)就越多, 于是要求的傳輸速率就越高, 頻帶也就越寬, 不利傳輸。在實(shí)際中, 為使量化噪聲盡量小而所需的碼位號(hào)又不太多, 通常采用非均勻量化的方法。非均勻量化根據(jù)幅度的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔, 幅度小的區(qū)間量化間隔取得小, 幅度大的區(qū)間量化間隔取得大。

2)非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法

            非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法通常有兩種: 一種是北美和日本的u 律壓擴(kuò); 另一種是歐洲和我國(guó)所采用 A 律壓擴(kuò)。

            在 PC7-30/32 路通信設(shè)備中, 采用 A 律 13 折線的分段方法, Y 軸是均勻分為 8 段, 每段均勻分為 16 份, 每份表示一個(gè)量化級(jí), 則 Y 軸一共有 16×8= 128 個(gè)量化級(jí)。X 軸的劃分和 Y 軸不同, 它是用不均勻分段的方法達(dá)到非均勻量化的目的, 劃分規(guī)律是每次以二分之一來(lái)進(jìn)行分段。圖 2.3 所示為 13 折線示意圖。

由于分成 128 個(gè)量化級(jí), 故有 7 位二進(jìn)制碼 ( 27=128 ), 又因?yàn)?Y 軸有正值也有負(fù)值, 因而還需要一極性碼, 故總共有 8 位二進(jìn)制碼。

3.編碼

            經(jīng)抽樣后所得的 PA7 信號(hào)還不是一種二進(jìn)制號(hào)字信號(hào), 必須要通過(guò)量化和編碼才能把 PA7 信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。在實(shí)際的 PC7  設(shè)備中, 量化和編碼是緊密結(jié)合在一起的。量化的過(guò)程就是對(duì)樣值脈沖進(jìn)行編碼的過(guò)程, 量化完了, 編碼也就結(jié)束了。編碼不僅用于通信, 還廣泛用于計(jì)算機(jī)、號(hào)字式儀表和遙控遙測(cè)等領(lǐng)域。通信中常采用高速編碼方式。編碼器大致可分為逐次反饋型、折疊級(jí)聯(lián)型和混合型三種類型。在PC7 30/32 路通信設(shè)備中, 常采用逐次反饋型編碼器。

            到這里為止, 就實(shí)現(xiàn)了將模擬的語(yǔ)聲信號(hào)變換成 PC7 的號(hào)字信號(hào)。編碼后的 PC7 碼型, 經(jīng)號(hào)字信道傳輸, 可以是直接的基帶傳輸或者是微波、光波載頻調(diào)制后的通帶傳輸。經(jīng)信道傳輸后的信號(hào)到達(dá)接收端的是二進(jìn)制脈