一、实验目的
1、掌握PCM编码过程及方法；
2、了解A律13折线的特点。
二、实验仪器
1、余弦信号发生器
2、信号采样器
3、PCM量化器
4、PCM编码器
5、PCM译码器
6、信号波形图
7、信号针状图
三、实验的理论基础
脉冲编码调制（PCM）是数字通信的编码方式之一，在通信系统中完成将语音信号数字化的功能。PCM的实现主要包括三个步骤：抽样、量化、编码，分别完成时间上离散、幅度上离散及量化信号的二进制表示。
1. 抽样：
抽样也称取样、采样，是将时间连续的模拟信号转换为离散信号的过程。为保证抽样后的信号可以无失真的恢复原模拟信号，需满足抽样定理，即采样频率fs必须大于等于模拟信号最高频率fH的2倍。
2. 量化：
量化，就是把经过抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示，通常是用二进制表示。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
均匀量化是将输入信号的取值域按等距离分割，其量化间隔取决于输入信号的变换范围和量化电平数。均匀量化的缺点是，无论抽样值的大小如何，量化噪声的均方根都固定不变，因此，当信号较小时，则信号量噪比也就很小，这样，对于弱信号时的信号量噪比就很难达到给定的要求。为了克服这个缺点，改善小信号时的信号量噪比，在实际应用中常采用非均匀量化。
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔，对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。常见的非均匀量化有A压缩律和?压缩律两种，在PCM编码方式中采用的是A压缩律，下面对其进行简单介绍。
A压缩律是指符合公式(26-1)的对数压缩规律：
(26-1)
式中，x为压缩器归一化输入电压；y为压缩器归一化输出电压；A为常数，它决定压缩程度。
A律压扩特性是连续曲线，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性，其特性曲线如图26.1所示。
图26.1 A律13折线特性
图中横坐标x在0至1区间中分为不均匀的8段。1/2~1间的线段称为第八段；1/4~1/2间的线段称为第七段；以此类推，直到0~1/128间的线段称为第一段。图中纵坐标y则均匀地划分为8段。将这8段相应的坐标点(x,y)相连，就得到了一条折线。由图可见，除第一和二段外，其他各段折线的斜率都不相同。表26.1列出了各段折线的斜率。
表26.1 各段折线的斜率
|
折线段号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
斜率 |
16 |
16 |
8 |
4 |
2 |
1 |
1/2 |
1/4 |
3. 编码：
量化后的信号已经是取值离散的数字信号，下一步就是对数字信号进行编码。常用的二进制码型有自然二进制码和折叠二进制码两种，在13折线法中采用的是8位折叠码进行编码。其中第一位c1表示量化值的极性正负，后面的7位分为段落码和段内码两部分，用于表示量化值的绝对值。其中第2至4位(c2c3c4)是段落码，共计3位，可表示8种斜率的段落；其他4位(c5c6c7c8)为段内码，可表示每一段落内的16种量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的，所以，这7位码总共能表示27=128种量化值。表26.2和表26.3分别给出了段落码和段内码的编码规则。
表26.2 段落码
|
段落序号 |
段落码 (c2c3c4) |
段落范围 （量化单位） |
|
8 |
111 |
1024~2048 |
|
7 |
110 |
512~1024 |
|
6 |
101 |
256~512 |
|
5 |
100 |
128~256 |
|
4 |
011 |
64~128 |
|
3 |
010 |
32~64 |
|
2 |
001 |
16~32 |
|
1 |
000 |
0~16 |
表26.3 段内码
|
量化间隔 |
段内码 (c5c6c7c8) |
量化间隔 |
段内码 (c5c6c7c8) |
|
15 |
1111 |
7 |
0111 |
|
14 |
1110 |
6 |
0110 |
|
13 |
1101 |
5 |
0101 |
|
12 |
1100 |
4 |
0100 |
|
11 |
1011 |
3 |
0011 |
|
10 |
1010 |
2 |
0010 |
|
9 |
1001 |
1 |
0001 |
|
8 |
1000 |
0 |
0000 |
