当通道是空闲的,最优量化器有比较大的本底噪声,而且它的动态范围限制在较小的输入信号范围内,此时推荐使用对数量化器。
简介在实际通信中,将满足量化器量化信噪比要求的输人信号取值范围定义为量化器的动态范围。在电话通信中,电话语声信号的动态范围约40 dB,而高质量长途电话通信要求传输线路的信噪比至少应大于28 dB。若在电话语声信号的数字化过程中采用均匀量化,由于语声的小信号出现概率大,大信号出现概率小,则均匀量化器在大信号时的量化信噪比大,在小信号时的量化信噪比难以达到要求,如下图所示,因而均匀量化器的动态范围受到较大限制。若采用最佳Max量化器,则在实时实现上有难度,因而为满足电话通信质量的要求,人们提出了对数压扩的非均匀量化方法,从下图看出,有压扩的量化性能优于无压扩的均匀量化性能,量化器动态范围扩大,虽然其量化性能比理论上的最佳量化性能稍差,但能满足长途电话通信的质量要求(在输入信号的动态范围内,量化信噪比满足要求)。1
基本原理对电话信号的量化,希望量化器对于小信号具有小的量化间隔,对于大信号具有大的量化间隔,使得当量化器的输入信号幅度在相当大的动态范围变化时,量化器的输出保持近似相同的量化信噪比,从而扩大了量化器的动态范围。
实现非均匀量化的方法是:在发送端将输入信号通过一对数放大器,对信号幅度非线性压缩,然后进行均匀量化、编码。在接收端进行反变换:译码后,通过反对数放大器.对信号幅度进行非线性扩张,以恢复原信号。称此压缩一扩张器为压扩器。该系统的框图如下图所示,通过整个发送及接收系统达到非均匀量化的目的。
脉冲编码调制CCITT制定的G.711建议给出了国际上电话信号的64 kbit/s脉冲编码调制(PCM)中的语音信号的两种对数压缩特性标准,即A律和μ律,分别由下式表示。
如下图所示。
美国与日本采用μ律,μ=255。中国和欧洲采用A律,A=87.56。在实际应用中,采用折线来近似表示对数压缩特性,则可利用数字化技术,使得在实现时的一致性及稳定性好。国际上,以13折线法逼近A律,以15折线逼近μ律。
A律13折线压扩:为便于描述,假设输入信号在量化之前已经过归一化处理,即动态范围统一为(一1,+1)。
A律13折线如上图所示,说明如下:
先在0至±1之间分别把y轴均匀地分为8段;在z轴上,采用对折法把0至±l之间的线段分别分为8个不均匀段,各段分界点为±1/128,±1/64,±1/32,±1/16,±1/8,±1/4,±1/2,±1;从原点出发,把各段对应的分界点(z,Y)连接成折线。如上图所示,折线共16段,正负方向各8段。由于正负方向的前两段斜率相同,可视为1条直线段,故称为13折线。22
本词条内容贡献者为:
宋春霖 - 副教授 - 江南大学