PCM專線接入

PCM的編碼原理比較直觀和簡單，如（1）所示。它的輸入是模擬信號，首先經(jīng)過時(shí)間采樣，然后對每一樣值都進(jìn)行量化，作為數(shù)字信號的輸出，即PCM樣本序列x(0),x(1),…,x(n)。圖中的“量化，編碼”可理解為“量化階大小(step-size)”生成器或者稱為“量化間隔”生成器。

如果采用相等的量化間隔處理采樣得到的信號值，那么這種量化稱為均勻量化。均勻量化就是采用相同的“等分尺”來度量采樣得到的幅度，也稱為線性量化，如（2）所示。量化后的樣本值Y和原始值X的差 E=Y-X 稱為量化誤差或量化噪聲。

非均勻量化

用均勻量化方法量化輸入信號時(shí)，無論對大的輸入信號還是小的輸入信號一律都采用相同的量化間隔。為了適應(yīng)幅度大的輸入信號，同時(shí)又要滿足精度要求，就需要增加量化間隔，這將導(dǎo)致增加樣本的位數(shù)。但是，有些信號（例如話音信號），大信號出現(xiàn)的機(jī)會(huì)并不多，增加的樣本位數(shù)就沒有充分利用。為了克服這個(gè)不足，就出現(xiàn)了非均勻量化的方法，這種方法也叫做非線性量化。

非線性量化的基本想法是，對輸入信號進(jìn)行量化時(shí)，大的輸入信號采用大的量化間隔，小的輸入信號采用小的量化間隔，這樣就可以在滿足精度要求的情況下用較少的位數(shù)來表示。量化數(shù)據(jù)還原時(shí)，采用相同的規(guī)則。

在語音信號的非線性量化中，采樣輸入信號幅度和量化輸出數(shù)據(jù)之間定義了兩種對應(yīng)關(guān)系，一種稱為m律壓擴(kuò)(m-law companding)算法，另一種稱為A律（A-law）壓擴(kuò)算法。

1．m 律壓擴(kuò)

G.711標(biāo)準(zhǔn)建議的m律壓擴(kuò)主要用在北美和日本等地區(qū)的數(shù)字電話通信中，按下面的式子（歸一化）確定量化輸入和輸出的關(guān)系：

式中：x為輸入信號幅度，規(guī)格化成 -1≤< /SPAN> x≤ 1;

sgn(x)為x的極性，x<0時(shí)為-1，否則為1；

m為確定壓縮量的參數(shù)，它反映最大量化間隔和最小量化間隔之比，取100≤ m≤ 500，多取 m =255。

由于m律壓擴(kuò)的輸入和輸出關(guān)系是對數(shù)關(guān)系，所以這種編碼又稱為對數(shù)PCM。具體計(jì)算時(shí)，用m=255，可以把對數(shù)曲線變成8條折線以簡化計(jì)算過程。

2．A律壓擴(kuò)

G.711標(biāo)準(zhǔn)建議的A律壓擴(kuò)主要用在中國大陸和歐洲等地區(qū)的數(shù)字電話通信中，按下面的式子確定量化輸入和輸出的關(guān)系：

0 ≤ | x| ≤ 1/A

1/A < |x| ≤ 1

式中：x為輸入信號幅度，規(guī)格化成 -1 ≤< /SPAN > x ≤ 1;

sgn(x)為x的極性，x<0時(shí)為-1，否則為1；

A為確定壓縮量的參數(shù)，它反映最大量化間隔和最小量化間隔之比，通常取A=87.6。

A律壓擴(kuò)的前一部分是線性的，其余部分與m律壓擴(kuò)相同。A律壓擴(kuò)具有與m律壓擴(kuò)相同的基本性能（在大信號區(qū)信噪比高于m律量化器，但在小信號區(qū)不如m律量化器）和實(shí)現(xiàn)方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其是還可以用直線段很好地近似，以便于直接壓擴(kuò)或數(shù)字壓擴(kuò)，并易于與線性編碼格式相互轉(zhuǎn)換。具體計(jì)算時(shí)，A=87.56，為簡化計(jì)算，同樣把對數(shù)曲線部分變成13條折線。

對于采樣頻率為8 kHz，樣本精度為13比特、14比特或者16比特的輸入信號，使用m率壓擴(kuò)編碼或者使用A率壓擴(kuò)編碼，經(jīng)過PCM編碼器之后每個(gè)樣本的精度為8比特，輸出的數(shù)據(jù)率為64 kbps。這個(gè)數(shù)據(jù)就是CCITT推薦的G.711標(biāo)準(zhǔn)：話音頻率脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies）。通常的聽覺主觀感覺認(rèn)為8位壓擴(kuò)量化有不低于12位均勻量化A/D的信噪比及動(dòng)態(tài)范圍。