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要將模擬信號(hào)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳遞，就必須用信源編碼器對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換。語音信號(hào)模數(shù)變換的方法很多，如脈沖編碼調(diào)制，增量調(diào)制和參數(shù)編碼等，其中用得較為廣泛的是脈沖編碼調(diào)制。

話音信號(hào)（模擬信號(hào)）數(shù)字化的過程是：抽樣—量化—編碼。

1.抽樣——信號(hào)在時(shí)間上的離散化

話音信號(hào)不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時(shí)間上也是連續(xù)的。抽樣就是每隔一定的時(shí)間間隔（T），對(duì)在時(shí)間上連續(xù)的話音信號(hào)抽取瞬時(shí)幅值的過程，該過程簡(jiǎn)稱為抽樣。抽樣后所得到的一串在時(shí)間上離散的信號(hào)序列被稱為樣值序列信號(hào)，或抽樣信號(hào)，如圖所示。

 模擬信號(hào)的抽樣

將話音信號(hào)抽樣后，所得抽樣信號(hào)在信道上占用的時(shí)間被壓縮了，因而它為時(shí)分復(fù)用奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為數(shù)字化提供了條件。但抽樣信號(hào)中必須含有原始話音信號(hào)的信息，并要求在接收端將抽樣信號(hào)恢復(fù)成原始話音信號(hào)。為了達(dá)到上述要求，抽樣的時(shí)間間隔T（抽樣周期）不能太長(zhǎng)，或者說抽樣頻率不能太低。

一般情況下，抽樣頻率（fs）應(yīng)大于傳輸信號(hào)中最高頻（fm）的兩倍（奈奎斯特抽樣定理），即fs>2fm。

在電話通信系統(tǒng)中，用3400Hz作為最高頻率（fm）已能很好滿足用戶的要求?？紤]到一定的冗余，目前 PCM 通信規(guī)定話音信號(hào)的抽樣頻率fs=8000Hz。抽樣周期T=1/fs=1/8000=125μs。

2.量化——信號(hào)在幅值上的離散化

抽樣所得到的抽樣信號(hào)雖在時(shí)間上是離散的，但它在幅度取值上仍是連續(xù)的，即它可以是輸入模擬信號(hào)幅值中的任意幅值，或者說可有無限多種取值，它不能用有限多個(gè)數(shù)字來表示，它仍屬模擬信號(hào)。要想使它成為數(shù)字信號(hào)，還需把它的抽樣值進(jìn)行離散化處理，將幅值為無限多的連續(xù)信號(hào)，變換成幅值為有限數(shù)目的離散信號(hào)，這一幅值上離散化處理的過程稱為量化。量化就是“分級(jí)”的意思，量化采用類似“四舍五入”的方法，使每一個(gè)抽樣值用一個(gè)相近的幅值來近似。量化方法可分為線性量化和非線性量化。

（1）線性量化：線性量化也稱為均勻量化，它把輸入的抽樣值的范圍劃分為若干等距離的小間隔，每個(gè)小間隔叫做一個(gè)量化級(jí)。當(dāng)某一輸入的抽樣值落在某一間隔內(nèi)時(shí)，就用這個(gè)間隔內(nèi)的中間值來近似地表示這個(gè)抽樣值的大小，并以此值輸出。這樣大信號(hào)和小信號(hào)的絕對(duì)誤差相同，而對(duì)小信號(hào)來說，相對(duì)誤差（噪聲）很大，也就是說信噪比小，不能滿足語音信號(hào)的傳輸要求（信噪比為輸出的信號(hào)功率與噪聲功率之比。信噪比越大，說明通信質(zhì)量越好）。

（2）非線性量化：非線性量化（又稱為非均勻量化）就是使用不等的量化級(jí)差（間隔），小信號(hào)分級(jí)密，量化級(jí)差小；大信號(hào)分級(jí)疏，量化級(jí)差大。或者說量化間隔隨著信號(hào)幅值的減小而縮小，使信號(hào)幅值在較寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信噪比都能達(dá)到指標(biāo)規(guī)定的要求。

非線性量化是利用壓縮和擴(kuò)展的方法來實(shí)現(xiàn)的。不同幅值的信號(hào)經(jīng)過具有壓縮特性的放大器后對(duì)小信號(hào)的幅度有較大的放大作用，而對(duì)大信號(hào)的幅度則有壓縮作用。這樣在對(duì)經(jīng)過放大后的抽樣小信號(hào)進(jìn)行量化時(shí)，就使小信號(hào)的量化誤差相對(duì)減少，信噪比得到改善，如果放大作用大，則改善的程度也大；至于大信號(hào)經(jīng)壓縮、量化后，信噪比將降低，結(jié)果使話音信號(hào)在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信噪比基本上相差不多，且都能滿足規(guī)定的要求。

3.編碼——信號(hào)在表現(xiàn)上的數(shù)字化

模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣和量化以后，在時(shí)間上和幅度取值上都變成了離散的數(shù)字信號(hào)。如果量化級(jí)數(shù)為N，則信號(hào)幅度上有N個(gè)取值，形成有N個(gè)電平值的多電平碼。但這種具有N個(gè)電平值的多電平碼信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到各種干擾，并會(huì)產(chǎn)生畸變和衰減，接收端難以正確識(shí)別和接收。如果信號(hào)是二進(jìn)制碼，則只要接收端能識(shí)別出是“1”碼還是“0”碼即可。所以二進(jìn)制碼具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且容易產(chǎn)生。故在數(shù)字通信中，一般都采用二進(jìn)制碼。量化級(jí)為N時(shí)，則量化離散值共有N個(gè)。將每個(gè)離散值用一組二進(jìn)制碼表示。這一組二進(jìn)制碼的位數(shù)為L(zhǎng)，則有2L=N。L為碼字位數(shù)，如：23=8，將多電平碼變成二進(jìn)制碼的過程稱為編碼，N為量化級(jí)數(shù)。

經(jīng)過量化后，形成±128個(gè)數(shù)量級(jí)，用8位碼表示，其中第一位碼為極性碼，第二、三、四位為段落碼，最后四位為段內(nèi)碼，如圖所示。

PCM碼字的分配