Codificación de señal de voz
La codificación de señales de voz se refiere a la digitalización de señales de voz analógicas, es decir, la codificación fuente.
PCM cuantiza y codifica el valor de muestreo instantáneo de la señal analógica y convierte la señal analógica en una señal digital. Es decir, PCM es un método de conversión de analógico a digital. Existen muchos métodos de conversión de analógico a digital, por lo que el sistema de comunicación de matriz compuesto por él se denomina sistema de comunicación PCM.
Características de la modulación de código de pulso:
El muestreo consiste en extraer la amplitud instantánea (valor de muestra) de una señal analógica cada cierto intervalo de tiempo t, es decir, la señal analógica se discretiza en hora Obtenga la señal PAM.
Supongamos que el rango de frecuencia de la señal analógica es f 0 ~ f m, b = f m-f 0. Cuando f 0 < B, es una señal de paso bajo (señal de voz, etc.), y cuando f 0 ≥ B, entonces es una señal de paso de banda. Sí, los componentes de frecuencia del espectro de la señal muestreada son:
El paso bajo en el extremo receptor se utiliza para recuperar o reconstruir la señal analógica original. Para restaurar con precisión la señal analógica original en el extremo receptor y evitar el ruido de plegado, se debe cumplir el teorema de muestreo f s ≥ 2 f M. De lo contrario, la señal PAM producirá ruido de plegado y el extremo receptor no podrá restaurar con precisión el analógico original. señal de voz con un filtro de paso bajo. Pero para mantener una determinada zona de defensa, se requiere F S > 2 F M.
Entonces, para la señal de voz, su rango de espectro es 300~3400 Hz, f M = 3400 Hz, porque f s ≥ 2 f M = 6800 Hz, y para abandonar una determinada banda de defensa, f s = 8000 Hz , Es decir, T = = 125μs, que también se especifica en CCITT. (CCITT, Comité Consultivo Internacional de Teléfonos y Telégrafos, posteriormente cambiado a ITU-T. El nombre chino es ITU-T, que es el Departamento de Normalización de Telecomunicaciones de la UIT y es una rama bajo la administración de la UIT).
La cuantificación significa que la señal PAM (muestras) es de magnitud discreta. Dividido en cuantificación uniforme y cuantificación no uniforme.
Cuantización uniforme, es decir, dentro del área de cuantificación (es decir, de -u a u, donde u es el voltaje de sobrecarga, la amplitud de la señal de voz se distribuye principalmente en este intervalo), se divide uniformemente en n (niveles de cuantificación) pequeños intervalos (δ =).
Si está en el área de cuantificación, se toma el valor medio de cada intervalo de cuantificación; en el área de sobrecarga, se toma el valor de cuantificación máximo (valor absoluto) del área de cuantificación, es decir, |u q | = U-. Entonces
1) El número de valores cuantificados es igual al nivel de cuantificación n. Después de la cuantificación, los n valores cuantificados deben estar codificados en binario y el número de bits de codificación es L, n =. 2 L..
2) Error de cuantificación = valor de cuantificación - valor de muestra = u q (t)-u(t)
En el área de cuantificación, emax(t)=;
En el área de sobrecarga, emax(t)>;;
El error de cuantificación provocará ruido de cuantificación, y el ruido de cuantificación se superpondrá a la señal original e interferirá con la señal original. El error de cuantificación generalmente se mide mediante la relación señal-ruido de cuantificación. Cuanto mayor sea la relación cuantización/ruido, menor será el impacto del ruido en la señal.
(Número de serie q) db = 10lg (dB)
Donde s es la potencia promedio de la señal de voz y la potencia del ruido de cuantificación.
Como se puede ver en lo anterior, la desventaja de la cuantificación uniforme es que cuando el tamaño de n (o l) es apropiado, la relación señal-ruido de cuantificación de señales pequeñas es demasiado pequeña y no puede Cumple con los requisitos, mientras que la cuantificación de señales grandes La relación señal-ruido es demasiado grande y no puede cumplir con los requisitos. En los sistemas de comunicación digital, generalmente se requiere que la relación señal-ruido cuantificada sea mayor o igual a 26 dB. Para una cuantificación uniforme, la cuantificación máxima de señales grandes y pequeñas en el área de cuantificación es que el error de cuantificación es equivalente a la potencia del ruido de cuantificación. La potencia de la señal de las señales pequeñas es pequeña, por lo que la relación señal-ruido es grande. la potencia de la señal de señales grandes es grande, por lo que la relación señal-ruido es grande.
Para resolver este problema, si todavía se utiliza la cuantificación uniforme, es necesario mejorar la relación señal-ruido para señales pequeñas. Dado que la potencia de la señal de voz permanece sin cambios, es necesario reducir la potencia del ruido de cuantificación, es decir, la potencia del ruido de cuantificación. Es necesario reducir el error de cuantificación e max (t), y δ = debe reducirse, luego es necesario aumentar N, N = 2 l inevitablemente conducirá a un aumento en L, lo que inevitablemente conducirá a otros problemas, como mayor complejidad de codificación y menor utilización del canal (aunque L aumenta, la velocidad de transmisión de la señal también aumentará, pero el valor de la velocidad digital es aproximadamente igual a la ocupación de la señal digital. El aumento en la velocidad digital significa que el ancho de banda requerido aumenta y el canal la tasa de utilización disminuye naturalmente.
El propósito de la cuantificación no uniforme es reducir la frecuencia de señales grandes sin aumentar el número de niveles de cuantificación n. Cuantificar la relación señal-ruido para mejorar la señal cuantificada. Para lograr este objetivo, es necesario reducir el intervalo de cuantificación para señales pequeñas (amplitud de señal pequeña) y luego reducir el error de cuantificación reduciendo la potencia de ruido equivalente, mejorando así la señal cuantificada. relación señal-ruido; para señales grandes (gran amplitud de señal), si la cuantificación aumenta el intervalo de cuantificación, el error de cuantificación disminuirá y la potencia de ruido equivalente aumentará, reduciendo así la relación señal-ruido de cuantificación. >
Los métodos de cuantificación no uniforme comúnmente utilizados incluyen el método de compresión analógica y el método directo de codificación y decodificación no uniforme (basado en la división de la cuantificación no uniforme, la codificación se realiza directamente según el intervalo en el que cae la muestra, que es equivalente a la cuantificación en el proceso de codificación).
En las comunicaciones digitales, en el sistema, es teóricamente necesario realizar muestreo y cuantificación.
Pero en la implementación real, las muestras generalmente se codifican directamente. de acuerdo con la división de intervalos de cuantificación, que es equivalente a la cuantificación en el proceso de codificación.
La codificación consiste en convertir muestras de señales analógicas en los grupos de códigos binarios correspondientes. Hay tres grupos de códigos binarios de uso común:
La codificación se divide principalmente en:
Por lo general, la comunicación PCM utiliza codificación y decodificación no lineal. Por lo general, las muestras se codifican directamente de acuerdo con la división del intervalo de cuantificación no uniforme de A. -polilínea de ley 13 y luego decodificada en el extremo receptor.
Para el codificador de polilínea de ley A 13, se divide en polaridad positiva y polaridad negativa, cada polaridad tiene 8 segmentos de cuantificación y cada segmento de cuantificación. se divide en 16 partes iguales, es decir, si hay N = 2x8x16 = 256, entonces hay
l = log 2 N. = log 2 256 = 8
Las correspondientes las palabras de código se organizan de la siguiente manera
Un programa de codificación de polilíneas de 13 vías;
La clave del proceso de codificación es determinar el valor de juicio. El valor es el nivel del punto de corte (I. Ri o U Ri) de cada segmento o nivel de cuantificación, el número n R = -1 = 127 (l=8)
En cuanto al código de segmento, según la ley A 13. La tabla de cuantificación unipolar de la polilínea se divide en segmentos en unidades de cuantificación, y los niveles del punto de división son los valores determinados de a2 ~ a4. Todo el segmento de cuantificación se divide en dos mitades, el punto de bisección es 128δ y la mitad del segmento. 4 y el segmento 5 es a2. Entonces, cuando a2 = 0, es el valor de muestra 32 δ, expresado en los dos últimos segmentos se dividen por igual, y el punto de bisección es 64 δ; , I R4 está entre el tercer segmento y el cuarto segmento. Cuando a4 = 0, el valor de muestra
De manera similar, para determinar el valor de decisión del código intrasegmento, los valores de decisión de a5 ~ a8 se dividen uno por uno según el nivel de cuantificación. en la sección de cuantización, y el punto de decisión de a8 se basa en Determine los valores de a5, a6 y a7.
(1) Nivel de codificación y error de codificación
Nivel de codificación, es decir, el nivel correspondiente a la palabra de código emitida por el codificador (I C o U C). Tome I C como ejemplo:
El error de codificación es:
(2) Nivel de decodificación y error de decodificación
El nivel de decodificación es el nivel de salida del decodificador (I C o U C).
Error de decodificación: