PCM编码原理

3.3.2 PCM编码原理

在PCM中，对模拟信号进行抽样、量化，将量化的信号电平值转化为对应的二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为译码或解码。在PCM中使用的是折叠二进制码。 （1）折叠二进制码

从理论上看，任何一个可逆的二进制码组均可用于PCM。目前最常见的二进制码组有三类：二进制自然码（NBC）、折叠二进制码组（FBC）、格雷二进制码（RBC）。表3-1列出三种码的编码规律。

由表3-1可见，如果把16个量化级分成两部分：0～7的8个量化级对于于负极性样值，8～15的8个量化级对应于正极性样值。自然二进制码就是一般的十进制正整数的二进制表示。如电平序号13用自然码表示就是

13?23?22?0?20?(1101)b （3.3-3）

其中下标b表示是二进制数。

在折叠码中，左边第一位表示正负号（信号极性），第二位开始至最后一位表示信号幅度。第一位用1表示正，用0表示负。绝对值相同的折叠码，其码组除第一位外都相同，并且相对于零电平（第7电平和第8电平之间）呈对称折叠关系，因此这种码组形象地称为折叠码。

格雷码的特点是任何相邻电平的码组，只有一位码发生变化。

表3-错误！未定义书签。 二进制码型

电平序号 0 1 2 3 4 5 6 7 自然二进折叠二进制码 0 1 0 1 0 1 0 1 制码 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 格雷码 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 8 9 10 11 12 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 13 14 15 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0

在信道传输中有误码时，各种码组在解码时产生的后果是不同的。如果第一位码b1发生变化，自然码解码后，引起的幅度误差是信号最大幅度的一半，这样会使恢复出的模拟电话信号出现明显的误码噪声，在小信号时这种噪声尤为突出。而折叠码在传输中出现误码时，对小信号的影响要小得多，对大信号的影响较大。比如误码发生在小信号，把1000误码为0000，对于自然码误差为8个量化级（8与0），对于折叠码误差仅有1个量化级（8与7）。对于大信号，如1101误码为0101，对于自然码误差为8个量化级（13与5），对于折叠码为11个量化级（13与2）。由于语音信号中小信号出现的概率大，所以从统计的观点看，折叠码产生的均方误差功率小。另外，折叠码编码电路简单，其第一位表示极性，可由极性判决电路决定，在编码位数相同时，折叠码等效于少编一位码。基于上

述原因，在PCM编码中使用折叠码。 （2）PCM编码规则

电话语音信号的频带为300～3400Hz，抽样速率为8000Hz，对每个抽样值进行A律或者?律非均匀量化，在编码时每个样值用8位二进制码表示。这样，每路标准话路的比特率为64kbps。编码时是按照CCITT建议的PCM编码规则进行的。

在A律13折线编码中，正负方向共16个段落，在每一个段落内有16个均匀分布的量化电平，因此总的量化电平数L?256。编码位数N?8，每个样值用8比特代码C～C来表示，分为三部分。第一位C1为极性码，用1和0分别表示信号的正、负极性。第二到第四位码C2C3C4为段落码，表示信号绝对值处于那个段落，3位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。 上述编码方法是把非线性压缩、均匀量化、编码结合为一体的方法。在上述方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化间隔是不同的。当输入信号小时，段落小，量化级间隔小；当输入信号大时，段落大，量化级间隔大。第一、二段最短，归一化长度为1/128，再将它等分16段，每一小段长度为1/2048，这就是最小的量化级间隔?。根据13折线的定义，以最小的量化级间隔?为最小计量单位，可以计算出13折线A律每个量化段的电平范围、起始电平Isi、段内码对应电平、各段落内量化间隔?i。具体计算结果如表3-2所示。

表3-2 13折线A律有关参数表

18段落电平范围段落码 段落起始量化间隔段内码对应权值（?）号i=1~8 8 (?) C2C3C4 电平Isi(?)?i(?) C5C6C7C8 64 51251264 2 6 8 1024~2048 1 1 1 1024 7 6 5 4 3 2 1 512~1 1 0 1024 256~1 0 1 512 128~1 0 0 256 64~10 1 1 28 32~60 1 0 4 16~30 0 1 2 0~16 0 0 0 512 256 128 64 32 16 0 32 16 8 4 2 1 1 251264 32 6 8 1264 32 16 8 64 32 16 8 32 16 8 4 16 8 4 2 8 4 2 1 8 4 2 1 假设以非均匀量化时的最小量化间隔Δ=1/2048作为均匀量化的量化间隔，那么从13折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数共有2048个均匀量化级，而非均匀量化只有128个量化级。均匀量化需要编11位码，而非均匀量化只要编7位码。通常把按非均匀

量化特性的编码称为非线性编码；按均匀量化特性的编码称为线性编码。

可见，在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7位非线性编码与11位线性编码等效。

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