当前课程知识点：通信原理 > 第七章 信源编码 > 7.3 非均匀量化 > 视频
同学们好 今天我们来学习非均匀量化
当抽样信号较小时 均匀量化的量化信噪较低
导致小信号的通信质量较差
因此在信号的数字化过程中常常采用非均匀量化
非均匀量化是指根据信号所处的不同区间来确定量化间隔
对于信号取值小的区间 其量化间隔小
反之 量化间隔就大
这样可以提高小信号的量化信噪比
适当减小大信号的量化信噪比
在信号的幅值范围和量化阶数相同的前提下
非均匀量化与均匀量化相比有两个优点
一是当量化器的输入信号的概率密度是非均匀分布时
非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均量化信噪比
语音信号就是这样一种典型情况
二是采用非均匀量化时
量化噪声功率的均方根基本上与信号抽样值成比例
因而量化噪声对大 小信号的影响大致相同
即改善了小信号的量化信噪比
在实际应用中
通常是对抽样值进行“压缩”
再对“压缩”后的信号进行均匀量化
等效于对信号进行非均匀量化
所谓“压缩”实际是对抽样信号进行一种非线性变换
使小信号的放大倍数较大
而大信号的放大倍数较小甚至不放大
该变换过程对应的映射关系可用压缩特性曲线表示
坐标轴中的x和y分别表示归一化的压缩输入和输出信号
对一个抽样信号
先依曲线对进行“压缩”
然后再对变换后的信号进行均匀量化
从量化间隔的角度看
对“压缩”后信号的量化是等间隔的
而将y轴上均匀的量化区间映射回x轴时
可以看出 相应的量化区间是非均匀的
小信号的量化区间被压缩了
而大信号的量化区间增大了
在接收端 为了恢复原信号
需要对接收到的信号进行相应的逆变换
称为“扩张”
显然 扩张特性应与压缩特性相反
而接下来我们应该考虑的是
什么样的压扩特性才适合进行非均匀量化呢
实际上
现实中常用的压扩特性有两种
一种是美国 日本采用的μ律
另一种是我国和欧洲采用的A律
μ压缩律对应的压缩特性如图所示
μ称为压扩参数 表示压缩程度
当μ=0时 压缩特性是通过原点的一条直线
相当于没有压缩 也就是均匀量化
而μ值越大 压缩程度越大
我们看看压缩后的效果
图中μ=0的直线代表均匀量化时的量化信噪比
μ=100的曲线 代表有压扩时的量化信噪比
可见 当输入信号较大时
非均匀量化的信噪比不如均匀量化的信噪比
但在输入信号较小时
非均匀量化的信噪比则明显优于均匀量化的信噪比
为保证语音信号质量
通常要求语音信号的量化信噪比不能低于26dB
从曲线上可以看出
对于均匀量化 输入信号不能低于-18dB
而对于μ=100的非均匀量化来说
输入信号只要大于-36dB即可
可见 采用非均匀量化提高了小信号的量化信噪比
从而增大了输入信号的动态范围
A压缩律对应的压缩特性如图所示
A为压扩参数 也表示压缩程度
其典型值为87.6
用电路实现上述连续曲线代表的函数规律是相当困难的
实际中通常利用大量数字电路形成若干根折线
并用这些折线来近似对数的压扩特性
称为数字压扩技术
典型的有13折线A律压扩
它的特性近似A＝87.6时的A律压扩特性
以及15折线μ律压扩
其特性近似μ＝255时的μ律压扩特性
下面主要介绍13折线A律压扩
简称13折线法
其折线由以下步骤确定
先把x轴0~1的区间一分为二 中点为1/2
再把0~1/2的区间再一分为二 中点为1/4
再把0~1/4的区间再一分为二 中点为1/8
依此分下去
直到剩余的最小一段为0~1/128为止
形成8个不均匀的区间
然后再将y轴0~1的区间均匀地分为8段
由此可确定8个坐标点
将它们用直线连接即可构成一条由8条线段组成的近似对数特性的折线
由于量化器的输入信号电平也有可能是负的
因而在第三象限实际上也有一条与第一象限成奇对称的折线
所以负方向也有8段折线 合起来有16个线段
由于正向第1 2两段和负向第1 2两段的斜率都为16
这4段实际上合为一条直线段
因此 正负方向的折线总共由13条直线段构成
故称为13折线
为减小量化误差
再将每一个线段均匀地划分为16个小区间
也就是在每段内进行均匀量化
从x轴看 第1段和第2段折线内的量化间隔最小 为1/2048
其它折线段内的量化间隔将成倍增加
所以总体上看 13折线法实现了对信号的非均匀量化
同学们 今天我们学习了非均匀量化
它改善了小信号的量化信噪比
增大了量化器输入信号的动态范围
更适用于语音信号的量化
本讲的内容就是这些 谢谢
-1.1 通信系统的基本概念
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-1.2 通信系统的组成
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-1.3 信息及其度量
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-1.4 通信系统的主要性能指标
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-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
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-2.2 恒参信道分析
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-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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-2.4 随机过程基础
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-2.5 平稳随机过程
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-2.6 白噪声
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-2.7 高斯噪声
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-2.8 信号系统与噪声的关系
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-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
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-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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