1、 * 实践教学实践教学 * 计算机与通信学院 2013 年春季学期 通信系统仿真训练通信系统仿真训练课程设计课程设计 题题 目目：基于基于 PCM 的语音信号编码和译码性能分析的语音信号编码和译码性能分析 专业班级专业班级： 姓姓 名名： 学学 号号： 指导教师指导教师： 成成 绩绩： 1 摘摘 要要 本设计是基于 PCM 的语音信号编码和译码性能分析，从计算机的麦克 风录取一段语音信号，录制时间为 12 秒，并对录下的语音信号进行时域分 析。其主要内容是将模拟的语音信号数字化，具体分三步抽样、量化、编 码。以 PCM 编码和译码原理，在 MATLAB 下对该段语音进行 PCM 编码（以 A
2、律编码规则进行编码）和译码，并比较了与未编码波形的差别。 关键词：关键词：脉冲编码调制; 编码; 译码; 语音信号 2 目录目录 前 言. 3 一一 基本原理基本原理 .4 1.1 脉冲编码原理. 4 1.1.1 抽样原理 . 5 1.1.2 量化原理 . 5 1.1.3 编码原理 . 6 1.1.4 译码原理 . 7 1.2 A 律 13 折线原理 8 二二 程序设计程序设计 10 2.1 程序流程图 . 10 2.1.1 PCM 编码函数设计流程图 . 10 2.1.2 PCM 译码函数设计流程图 . 11 2.2 详细程序代码. 12 2.2.1 主程序. 12 2.2.2 A 律十三折
3、线 PCM 编码函数. 13 2.2.3 将 N 行 8 列矩阵转换为 1 行 8*N 列的矩阵的函数. 14 2.2.4 A 律十三折线 PCM 译码函数. 14 2.2.5 将 8*N 行 1 列的矩阵转换为 N 行 8 列矩阵的函数. 15 三三 仿真结果及分析仿真结果及分析. 16 3.1 原始语音信号波形图 . 16 3.2 编码前的信号图 17 3.3PCM 编码后信号图 18 3.4PCM 译码后信号图 19 总总 结结 20 参考文献参考文献. 21 致致 谢谢 22 3 前前 言言 实际中的信源通常是模拟的，如电视信号、麦克风拾取的语音信号等。 为了能够使模拟信号在数字通信系
4、统中传输，特别是能够和其他数字信号 一起在宽带综合业务数字通信网中同时传输，需要将模拟信号进行数字化。 数字化的过程一般由抽样、量化、编码组成。其中，抽样要保证不丢失原始信 息，而量化要满足一定的质量，最后编码解决信号的表示。该设计则是在 MATLAB 平台下，依据脉冲编码调制原理对实际的语音信号进行 PCM 编码和译码。 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音 信号数字化功能。是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为 数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为 8 个位，总共 64kb
5、ps。PCM 的实现主要包括三个步骤完成： 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。根据 CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种 建议方式，分别为 A 律和律方式。欧洲和我国大陆采用 A 律，北美、日本和其 他一些国家和地区采用律。本设计采用了 A 律方式，由于 A 律压缩实现复杂， 常使用 13 折线法编码，采用非均匀量化 PCM 编码。 基于 PCM 的语音信号编码与译码性能分析，就是将一段模拟信号进行 数字化，并通过对实际语音信号进行 PCM 编码和译码来掌握 PCM 编码和译 码原理及其实现方法，提高我们综合应运基础知识
6、能力和计算机编程能力， 为今后的学习和工作积累经验。 4 一一 基本原理基本原理 1.11.1 脉冲编码原理脉冲编码原理 通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，成为 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)，简称脉冲调制。PCM是一种对 模拟信号数字化的取样技术，是一种将模拟信号变换为数字信号的编码方 式。根据 CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两 种建议方式，分别为 A 律和律方式。本设计采用了 A 律方式，采用非均匀量化 PCM 编码示意图如下图 1-1 所示： 图 1-1 PCM 原理框图 语音输入 低通滤波、瞬时压缩 抽样 量化 编码 信道 再生、解码、解调 瞬时扩张、低通滤波 话音输出 5 1.1.1 1.1.1 抽样原理抽样原理 所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变
