PCM编解码仿真系统解析

音频编码和解码的原理和实践音频编码和解码是指将模拟音频信号转换成数字形式进行传输和存储，并在接收端将数字信号重新还原为模拟音频信号的过程。

本文将详细介绍音频编码和解码的原理和实践。

一、音频编码的原理音频编码是将模拟音频信号转换为数字信号的过程。

它的目的是通过去除冗余信息和压缩信号来降低数据量，以便更有效地进行传输和存储。

常见的音频编码方法包括脉冲编码调制（PCM）、脉冲编码调制调幅（PCM-FM）、有损编码和无损编码等。

1. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）编码是最常见的音频编码方法之一。

它将连续的模拟信号量化为不连续的数字信号，然后再对数字信号进行编码。

PCM编码的基本原理是将音频信号的振幅值按照一定的量化间隔进行离散化，然后将每个采样值编码为对应的二进制码。

由于PCM编码是无损编码，所以还原的音频质量会完全与原始音频一致。

2. 有损编码有损编码是指在进行音频编码时采用某种算法对音频信号进行压缩，从而减少数据量，但在还原时会导致一定的误差。

有损编码方法的典型代表是MP3、AAC等。

这些编码方法通过去除听觉上不敏感的信号成分、减少重复信号等方式来实现压缩。

有损编码的原理是基于人类听觉特性的研究。

我们的听觉系统对于一些细微的变化不敏感，因此对于这些变化可以进行一定程度的压缩。

这样，在不影响听觉质量的前提下，就可以大幅度地降低数据量。

3. 无损编码无损编码是指在进行音频编码时保持原始音频质量不变的编码方法。

无损编码方法的典型代表是FLAC、ALAC等。

无损编码方法通常基于预测编码原理，通过对音频信号进行数学建模，并将预测的误差进行编码来实现压缩。

二、音频解码的原理音频解码是将数字信号还原为模拟音频信号的过程。

它的目的是将编码后的音频信号通过逆向操作还原为原始音频信号。

常见的音频解码方法与编码方法相对应，包括PCM解码、有损解码和无损解码等。

1. PCM解码PCM解码是将经过PCM编码的音频信号重新转换为模拟音频信号的过程。

实验四PCM编、解码实验一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。

2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。

二、实验内容1. 信号源实验1) 取样脉冲、定时时钟实验2) 同步测试信号源实验2. PCM单路编码实验1) 极性码编码实验2) 段内电平码编码实验3) 段落码编码实验3. PCM单路编、译码实验三、基本原理模拟信号数字化可以用数种方式实现。

脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。

脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。

模拟信号经滤波后频带受到了限制。

限带信号被抽样后形成PAM信号。

PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。

编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。

接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。

经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。

（这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。

）因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。

如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。

通常，一路信号的抽样频率为8kHz。

这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。

但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。

因此实用的PCM编译码器都是非线性的。

非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。

目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 和μ律对数线近似。

这两种体制均己成为国际建议。

实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线逼近的对数压缩特性。

编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。

郑州大学西亚斯国际学院本科毕业论文（设计）题目基于SIMULINK的PCM编码与解码的研究指导教师职称学生姓名学号20091521222专业电子信息工程班级 2院（系）电子信息工程学院电子工程系完成时间2013年4月18日基于SIMULINK的PCM编码与解码的研究摘要脉冲编码调制（pulse code modulation），简称脉码调制，就是我们所要研究的PCM。

脉冲编码调制是不仅理论上已经很完善，而且在概念上也很简单的编码系统。

它很早就被广大的通信研究者研制出来了，不仅使用广泛，而且原理简单。

我们运用MATLAB软件中的Simulink工具来实现PCM 编解与解码的仿真，其设计方便简单而且操作方便灵活，从使得整个电路设计上的编码和解码易于完成。

本论文所要研究的通信过程主要为抽样、量化、编码等步骤，MATLAB软件中的Simulink工具就为建立实际的通信系统提供了实验仿真。

利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台提供的信号处理工具箱和通信工具箱中的模块，充分发挥了Simulink建模简单，参数易于调整的特点。

用示波器观察所设计的PCM的编码与解码前后的信号波形，加上各种信号源，用误码测试模块测量误码率；最后根据运行结果和波形来分析该系统的性能。

关键词MATLAB/Simulink仿真平台/PCM编码与解码STUDY ON PCM ENCODING ANDDECODING BASED ON SIMULINKABSTRACTPulse Code Modulation (pulse code modulation), known as pulse code modulation, which is what we want to research.Pulse code modulation is not only theoretically have been perfect, but also conceptually very simple coding system.Early on, its researchers developed a general communications, not widely used, but also simple in principle.We use Simulink in MATLAB software tools to decode PCM series solutions and simulation, its design, simple and easy to operate flexibly, makes the whole encoding and decoding on the circuit design is easy to complete. This paper studies the communication process primarily for sampling, quantization and coding procedures, Simulink in MATLAB software provides the tools to build the actual communication system simulation.Using MATLAB Simulink simulation platform of integrated environment provides communications and signal processing toolbo x tool box module, give full play to the Simulink model simple parameters adjustment feature. Design of PCM encoding and decoding using oscilloscope observation posts around signal waveform, plusa variety of signal sources, measuring BER error test modules and finally according to the operating result and waveform to analyze the performance of the system.KEY WORDS MATLAB，Simulink simulation，PCM coded and decode目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1. 绪论 (1)1.1 研究的背景 (1)1.2 设计的内容及目的 (2)2. Simulink工具介绍 (3)2.1 Simulink介绍 (3)2.2 Simulink的功能和特点 (3)3. PCM基本原理 (4)3.1 抽样 (4)3.2 量化 (4)3.3 编码 (7)3.4 时分多路复用 (9)4. PCM系统仿真电路设计 (10)4.1 总体设计思想 (10)4.2 各模块的设计和仿真图形分析 (10)4.2.1 PCM编码模块设计 (10)4.2.2 PCM解码模块设计 (14)4．2. 3 PCM系统总体模块 (16)结束语 (19)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)1. 绪论1.1 研究的背景PCM技术是英国人A.里弗斯提出来的，后来的数字移动通信技术则运用的就是PCM技术。

PCM的模拟与分析脉冲编码调制（PCM）用于在数字传输媒体上传送模拟信号，在PCM中，首先对模拟信号以高于其带宽两倍的奈奎斯特率进行采样，然后对所得样本进行量化。

采用不同量化级别生成的PCM编码会影响接收器重建模拟信号的质量。

此程序设计练习将有助于观察和分析PCM不同量化级别的量化噪声（也称量化误差，定义为输入值与量化值之间的差），使学生对PCM有更深入的理解。

量化电平可以是均匀的，也可以是不均匀的。

实验将从均匀PCM方法入手，产生一振幅为1和频率ω=1的正弦信号，分别用8电平和16电平进行量化，在同一坐标轴上绘出原信号和以量化信号，并比较这两种情况下的信号/量化噪声比(SQNR)。

此代码的文件名为 pcm.m. SQNR8=18.7348，SQNR16=26.7845。

相应的图形如下：然后对长度为500的高斯随机变量序列计算当量化电平数为64时所得的SQNR，并求出该序列的前5个值，相应的量化值以及相应的码字。

最后，画出量化误差。

再分别以量化电平为16和128时重做练习2，并对二者以及练习2的结果进行比较。

此代码为文件pcm3.m.运行结果为：SQNR64 = 30.1516a_quan64_result =-0.3921 -1.9606 -0.6162 1.4004 0.6162code64_result =0 1 1 1 0 00 0 1 1 1 00 1 1 0 1 01 0 1 1 0 01 0 0 1 0 1SQNR16 =18.0390a_quan64_result =-0.2241 -2.0166 -0.6722 1.5685 0.6722 code64_result =0 1 1 10 0 1 10 1 1 01 0 1 11 0 0 1SQNR_128 =36.5962a_quan128_result =-0.6063 -0.5578 -0.1698 0.8973 -0.3638 code128_result =0 1 1 0 0 1 10 1 1 0 1 0 00 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 1 00 1 1 1 0 0 0相应的图形如下：结论量化误差与量化比特数成正比，每增加一个比特，即每增加两倍的量化电平，误差约增加6db.创建PCM.M文件：SQNR_8 = sqnr8SQNR_16 = sqnr16x=0:0.1*pi:4*pi;y=sin(x);[sqnr8, a_quan8, code8 ] = u_pcm(y,8);[sqnr16, a_quan16, code16 ] = u_pcm(y,16);plot(x,y, x,a_quan8, x,a_quan16);创建u_pcm.m文件：function [sqnr,a_quan,code]=u_pcm(a,n)%U_PCM Uniform PCM encoding of a sequence.% [SQNR,A_QUAN,CODE]=U_PCM(A,N)% a=input sequence.% n=number of quantization levels (even).% sqnr=output SQNR (in dB).% a_quan=quantized output before encoding.% code=the encoded output.amax=max(abs(a));a_quan=a/amax;b_quan=a_quan;d=2/n; %取样间隔q=d.*[0:n-1];q=q-((n-1)/2)*d;%q是从－（1－1/n)到（1－1/n），且间隔为2/n的序列；for i=1:na_quan(find((q(i)-d/2 <= a_quan) & (a_quan <= q(i)+d/2)))=...q(i).*ones(1,length(find((q(i)-d/2 <= a_quan) & (a_quan <= q(i)+d/2))));b_quan(find( a_quan==q(i) ))=(i-1).*ones(1,length(find( a_quan==q(i) )));enda_quan=a_quan*amax; %循环结束后，a_quan中为量化后的值，b_quan为量化码号nu=ceil(log2(n)); %天花板函数求得PCM码比特数code=zeros(length(a),nu); %二维数组储存PCM码%下面代码为求PCM码矩阵codefor i=1:length(a)for j=nu:-1:0if ( fix(b_quan(i)/(2^j)) == 1)code(i,(nu-j)) = 1;b_quan(i) = b_quan(i) - 2^j;endendendsqnr=20*log10(norm(a)/norm(a-a_quan));创建PCM3.M文件：x=1:500;y=randn(1,500);[sqnr64, a_quan64, code64 ] = u_pcm(y, 64);SQNR64=sqnr64a_quan64_result = [a_quan64(1), a_quan64(2), a_quan64(3), a_quan64(4), a_quan64(5) ]%前五个量化值code64_result = [code64(1,1:6),code64(2,1:6),code64(3,1:6),code64(4,1:6),code64(5,1:6)] %前五个相应的码字[sqnr16, a_quan16, code16 ] = u_pcm(y, 16);SQNR16=sqnr16a_quan64_result = [a_quan16(1), a_quan16(2), a_quan16(3), a_quan16(4), a_quan16(5) ]code64_result = [code64(1,1:4),code64(2,1:4),code64(3,1:4),code64(4,1:4),code64(5,1:4)]SQNR_128 = sqnr128a_quan128_result = [a_quan128(1), a_quan128(2), a_quan128(3), a_quan128(4), a_quan128(5) ] code128_result = [code128(1,1:7),code128(2,1:7),code128(3,1:7),code128(4,1:7),code128(5,1:7) ]%下面为量化误差图形的代码subplot(2,3,1);plot(x,a_quan16); %画出量化后的图形subplot(2,3,4);[Y,I] = sort(y);% [ Y, I ] = sort(A)plot(a_quan16(I),abs(Y-a_quan64(I))); %以量化值为横坐标，量化误差为纵坐标的图形xlabel('N = 16');subplot(2,3,2);plot(x,a_quan64);subplot(2,3,5);[Y,I] = sort(y);plot(a_quan64(I),abs(Y-a_quan64(I)));xlabel('N = 64');subplot(2,3,3);plot(x,a_quan128);subplot(2,3,6);[Y,I] = sort(y);plot(a_quan128(I),abs(Y-a_quan128(I)));xlabel('N = 128');。

实验六：PCM编码与解码仿真一、实验目的1.掌握PCM的编码原理和Matlab Simulink仿真方法2.掌握PCM的解码原理和Matlab Simulink仿真方法二、实验原理1.PCM编码和解码原理详细见教材介绍三、实验内容和步骤1. PCM编码器电路设计13折线近似的PCM编码器测试模型和仿真结果1.仿真框图中各部分的简介以Constant作为数字信号源，产生一个恒定的数字脉冲信号；Gain1作为一个线性变换器将输入的绝对值不大于2048的数据变换为{-1,1}的区间之内，保证输入的信号满足A律压缩器的要求；以Saturation作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内，以A-Law Compressor作压缩器，Relay模块的门限值设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位——极性码。

样值取绝对值后，用增益模块将样值放大到0-127，然后用间隔为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。

可以将上图中Constant和Display（不含）之间的模块封装一个PCM编码子系统备用。

其中各部分参数设置：Constant：Gain1：Saturation：Abs：A-Law Compressor：Gain：Quantizer：Interger toBit Converter Display：Relay：问题1.1：对Constant输入值进行测试，试输入：0、-1、12、1070、2048、5000、-5000，检测输出结果，验证此编码模型是否正确？并说明原因。

（2）将该系统进行封装：封装之后的PCM编码子系统2. PCM解码器电路设计PCM解码器中首先分离并行数据中的最高位（极性码）和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化，扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。

可以将该模型中In1Out1右端和Display左端的部分封装为一个PCM解码子系统备用。

pcm编码与解码仿真实验报告1. 了解PCM编码与解码的原理和方法；2. 能够用MATLAB仿真实现PCM编码与解码；3. 通过实验，验证PCM编码与解码的正确性和有效性。

实验仪器：计算机、MATLAB软件实验原理：PCM（Pulse Code Modulation）是一种常用的数字音频编码方法，将模拟音频信号转换为数字化的离散信号。

PCM编码过程包括采样（Sampling）、量化（Quantization）、编码（Coding）三个步骤。

PCM解码过程包括解码（Decoding）、重构（Reconstruction）两个步骤。

1. 采样：根据采样定理，将模拟音频信号在时间上等间隔地采样，得到一系列采样值。

2. 量化：将采样值按一定的量化步长进行近似，将连续的采样值转换成离散的量化值，从而减小数据量。

3. 编码：将量化值通过编码方式表示成二进制码字，用于数字信号传输和存储。

解码过程与编码过程相反：1. 解码：将编码后的二进制码字还原成量化值；2. 重构：通过量化值重构出原始的模拟音频信号。

实验步骤：1. 准备音频信号文件，利用MATLAB读取音频数据。

2. 对音频数据进行采样、量化、编码处理，得到PCM编码结果，保存为文件。

3. 对PCM编码结果进行解码、重构处理，得到还原的音频信号，保存为文件。

4. 播放原始音频文件和还原的音频文件，对比音质差异。

实验结果与讨论：经过实验，得到了PCM编码与解码的结果。

对比原始音频信号和还原的音频信号，可以发现在一定误差范围内，还原的音频信号与原始音频信号基本一致。

这说明PCM编码与解码是可行的，能够有效地压缩音频数据，并能够进行可靠的还原。

实验结论：PCM编码与解码是一种常用的数字音频处理方法，在实验中取得了有效的编码和解码结果。

实验验证了PCM编码与解码的正确性和可行性，为音频信号的数字化处理提供了理论基础和实际应用支持。

PCM编码与解码技术PCM（Pulse Code Modulation）编码与解码技术是一种数字信号处理技术，主要用于音频信号的传输与处理。

本文将详细介绍PCM编码与解码技术的原理、应用及其在音频领域的重要性。

一、PCM编码原理PCM编码是将连续时间模拟信号转换为离散时间数字信号的一种方法。

它通过对模拟信号进行采样和量化，将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，然后再通过编码将数字信号转换为二进制数据。

1. 采样：采样是将模拟信号按照一定时间间隔进行测量和记录，获得一系列离散的采样值。

采样的时间间隔应足够小，以保证样点之间的信号变化不会丢失。

2. 量化：量化是指将采样得到的连续信号幅值值分成有限的几个级别，并用离散的数值来表示。

量化过程中需要确定量化级的数量，即每个样本可以取得的离散数值。

3. 编码：编码是将量化后的离散数值转化为二进制数据，以便传输和存储。

常用的编码方式有自然二进制编码、格雷码编码等。

二、PCM解码原理PCM解码是将经过编码和传输的数字信号重新恢复为模拟信号的过程。

解码过程与编码过程相反，主要包括解码、还原和重构三个步骤。

1. 解码：解码是将二进制数据转化为离散的数字信号，恢复出量化的幅值值。

2. 还原：还原是将离散的数字信号转化为特定幅值的样本点，通过插值技术将样本点之间的信号变化补充完整。

3. 重构：重构是将还原后的离散信号通过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声成分，最终得到还原的模拟信号。

三、PCM技术的应用PCM编码与解码技术在音频领域得到广泛应用，主要体现在以下几个方面：1. 音频传输：PCM技术可以将模拟音频信号转化为数字信号传输，通过数字信号传输可以提高音频的传输质量和抗干扰性能。

2. 数字音频存储：PCM技术可以将模拟音频信号转化为数字信号存储，通过数字信号存储可以提高音频的保真度和持久性。

3. 语音通信：PCM技术在电话语音通信领域得到广泛应用，通过将语音信号转化为数字信号进行传输，实现电话语音通信的数字化。

课程设计报告课程名称：专业综合课程设计学生姓名：学号：专业班级：通信1001指导教师：毛小燕完成时间：2013年6月14日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期摘要本课题是PCM通信系统的仿真与实现，根据原理框图设计出了电路图，实现了对PCM编译码电路的设计，采用SystemView 软件对其进行仿真，得到了所需要的仿真结果，并达到了预期的仿真效果，得出了相关波形。

SystemView 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。

脉冲编码调制（PCM）是现代语音通信中数字化的重要编码方式。

利用SystemView 实现脉冲编码调制(PCM)仿真，可以为硬件电路实现提供理论依据。

本次课程设计将通过仿真展示PCM编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。

关键词: PCM ；通信系统；SystemViewAbstractThis topic is PCM communication system simulation and implementation, according to the principle diagram to design the circuit diagram, implementation of PCM encoding decoding circuit design, use SystemView software carries on the simulation, the need of the simulation results, and achieved the desired effect of the simulation, the relevant waveform is obtained.SystemView simulation software can realize the multi-level communication system simulation. Pulse code modulation (PCM) is a modern important encoding digital voice communication. Use SystemView realize simulation of pulse code modulation (PCM) can provide theoretical basis for the hardware circuit implementation. This course design will show through the simulation design ideas and specific process of PCM encoding implementation, and analysis.Keywords: PCM ；communication system；SystemView目录第一章绪论 01.1 课程设计任务与目的 01.1.1 任务： 01.1.2 目的： 01.1.3 课程设计要求 01.2 设计方案 (1)第二章理论基础 (2)2.1 PCM系统结构 (2)2.2 PCM调制原理 (2)2.2.1 抽样 (2)2.2.2 量化 (3)2.2.3 编码 (5)第三章硬件设计 (8)3.1晶振-分频器1 (9)3.2分频器2 (9)3.3 帧同步信号产生器 (10)3.4 PCM编译码器 (10)第四章软件设计 (11)4.1 SystemView的简介 (11)4.2仿真电路模块 (12)4.2.1 信号源子系统 (12)4.2.2 编码器模块 (13)4.2.3 译码器模块 (14)4.3 仿真结果 (15)结论 (17)参考文献 (19)致谢 (20)附录PCM编码器的电路图 (21)第一章绪论1.1 课程设计任务与目的1.1.1 任务：PCM是现代语言通信中数字化的重要编码方式。

PCM编译码器的仿真设计摘要随着通信事业的发展，特别是电子器件、集成电路、脉冲技术的发展，脉冲编码通信（PCM）得到了广泛的发展与应用。

PCM是一种一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现数字通信的方式。

由于这种通信方式抗干扰能力强，易于加密，易于集成化小型化，因此它已成为数字通信网与综合业务数字网中的主要传输方式。

本设计分别基于MATLAB和FPGA完成了PCM的编译码过程，整个系统包含有A 律13折线编码、PCM线路编码如HDB3码及PCM组帧（复用）过程，以及对应的13折线译码、线路译码及解复用过程的各个模块。

能够完整的实现PCM的编译器的整个过程。

关键词：PCM MATLAB FPGA线路编译码复用Design and Simulation of the PCMIncoding and DecodingAbstractWith the development of communication technology, especially the development of electronic components, integrated circuit, pulse technology, pulse code communication (PCM) has widely development and application. PCM is a set of binary digital code instead of a continuous signal sampling value, so as to realize the digital communication. Because of this communication mode and stronganti-interference ability, easy encryption, easy integration of small, so it has become the main mode of transmission of digital communication network and integrated services digital network.The design of MATLAB and FPGA were completed based on encoding and decoding process of PCM, the whole system includes the A Law 13 l ine coding, PCM line code such as HDB3 code and PCM framing (multiplexing) process, and the decoding of 13 line, line corresponding decoding and demultiplexing process each module. Can realize the whole process of PCM compiler completeKeywords：PCM ;FPGA ;MATLAB ;Line coding ;multiplexing目录1 引言 (1)1.1 设计的背景及意义 (1)1.2 PCM编译码系统的发展历史及研究现状 (1)1.3 PCM通信系统原理 (2)1.4 方案选择 (4)1.4.1 MATLAB软件仿真 (4)1.4.2 VHDL硬件编程 (5)2 MATLAB软件设计 (7)2.1总体结构框图 (7)2.2正弦信号产生模块 (8)2.3 A律13折线的编码译码 (8)2.3.1 编码模块及仿真 (10)2.3.2 译码模块及仿真 (11)2.4复用模块 (12)2.5 HDB3编译码模块 (13)2.5.1 HDB3编码模块 (14)2.5.2 HDB3译码模块 (17)3 VHDL硬件编程设计 (18)3.1 Quartus II软件设计结构 (18)3.2 A率13折线编解码模块 (18)3.2.1 A率13折线编码模块 (19)3.2.2 A率13折线译码模块 (19)3.3复用解复用模块 (20)3.3.1时分复用模块 (21)3.3.2时分解复用模块 (22)3.4 HDB3编译码模块 (23)3.4.1 HDB3编码模块 (23)3.4.2 HDB3译码模块 (30)4 总结 (33)谢辞 (34)参考文献 (35)附录 (36)1 引言1.1 设计的背景及意义随着科学技术的不断发展，数字通信在日常生活中到处可见，在数字通信中编解码器的应用更是很广泛。

PCM编码器与PCM解码器MATLAB实现性能分析部门： xxx时间： xxx制作人：xxx整理范文，仅供参考，可下载自行修改PCM编译码器设计及应用摘要：利用MATLAB集成环境下地Simulink仿真平台,设计一个PCM编码与解码系统.在给定信号地前提下用经过理论计算分析地数据、图形与用虚拟地示波器、display器件所得到地图形、数据相比较。

得出系统地性能.关键词：MATLAB7.0；Simulink仿真平台；PCM编码器与解码器；1 引言1.1 课程设计目地通过本课程地学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学地有关 PCM 编码和解码地基本概念、基本理论和基本方法,而且能锻炼我们分析问题和解决问题地能力.体会了做一些简单理论验证地经验.b5E2RGbCAP1.2 课程设计内容利用MATLAB集成环境下地Simulink仿真平台,设计一个 PCM编码与解码系统.用示波器观察编码与解码前后地信号波形,最后根据运行地数据和波形来分析该系统性能.p1EanqFDPw1.3 课程设计要求1．用Simulinlk对系统建模并搭建一个Pcm编译码器.2. 输入模拟话音信号观察其输出波形.3. 再输入数字波形观察一码波形4. 对所设计地系统进行仿真分析.5. 对其应用阐述举例.2 脉冲编码调制2.1 PCM简介现在地数字传输系统都是采用脉码调制<Pulse Code Modulation）体制.PCM最初并非传输计算机数据用地,而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号.PCM有两个标准即E1和T1.DXDiTa9E3d我国采用地是欧洲地E1标准.T1地速率是 1.544Mbit/s,E1地速率是2.048Mbit/s.PCM：相变存储器(Phase-change memory,PCM>是由IBM公司地研究机构所开发地一种新型存储芯片,将有望来替代如今地闪存Flash和硬盘驱动器HDD.RTCrpUDGiTPCM在光纤通信系统中,光纤中传输地是二进制光脉冲"0"码和"1"码,它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生.而数字信号是对连续变化地模拟信号进行抽样、量化和编码产生地,称为PCM<pulse code modulation）,即脉冲编码调制.这种电地数字信号称为数字基带信号,由PCM电端机产生.5PCzVD7HxAPCM可以向用户提供多种业务,既可以提供从2M到155M速率地数字数据专线业务,也可以提供话音、图象传送、远程教案等其他业务.特别适用于对数据传输速率要求较高,需要更高带宽地用户使用.jLBHrnAILgPCM线路地特点：•PCM线路可以提供很高地带宽,满足用户地大数据量地传输.•支持从 2M开始地各种速率,最高可达155M地速率.•通过SDH设备进行网络传输,线路协议简单.与传统地DDN技术相比,PCM具有以下特点：•线路使用费用相对便宜.•能够提供较大地带宽.•接口丰富便于用户连接内部网络.•可以承载更多地数据传输业务.PCM <动力控制模块）：汽车电控部分,电控单元地动力控制模块,有存储器、输入、输出.2.2 PCM原理所谓脉冲编码调制,就是将模拟信号抽样量化,然后将已量化值变换成代码.下面将用一个PCM系统地原理框图简要介绍.原理框图如图2-1所示.xHAQX74J0X图2-1 PCM原理方框图在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样,得到在抽样时刻上地信号抽样值.这个抽样值仍是模拟量.在它量化之前,通常由保持电路<holding circuit）将其作短暂保存,以便电路有时间对其量化.在实际电路中,常把抽样和保持电路作在一起,称为抽样保持电路.图中地量化器把模拟抽样信号变成离散地数字量,然后在编码器中进行二进制编码.这样,每个二进制码组就代表一个量化后地信号抽样值.图中地译码器地原理和编码过程相反.其中,量化与编码地组合称为模/数变换器(A/D变换器>；译码与低通滤波地组合称为数/模变换器(D/A变换器>.LDAYtRyKfE抽样是对模拟信号进行周期性地扫描, 把时间上连续地信号变成时间上离散地信号.我们要求经过抽样地信号应包含原信号地所有信息, 即能无失真地恢复出原模拟信号, 抽样速率地下限由抽样定理确定.Zzz6ZB2Ltk 量化是把经抽样得到地瞬时值进行幅度离散,即指定Q规定地电平,把抽样值用最接近地电平表示.编码是用二进制码组表示有固定电平地量化值.实际上量化是在编码过程中同时完成地.图1是PCM单路抽样、量化、编码波形图.dvzfvkwMI1μ律与A律压缩特性μ律： <美、日）A律： <我国、欧洲）式中,x为归一化输入,y为归一化输出,A、μ为压缩系数.数字压扩技术：一种通过大量地数字电路形成若干段折线, 并用这些折线来近似A律或μ律压扩特性,从而达到压扩目地方法.即对数压扩特性地折线近似法.rqyn14ZNXI折线压扩特性：既不同于均匀量化地直线,又不同于对数压扩特性地光滑曲线.总地来说用折线作压扩特性是非均匀量化地, 但它既有非均匀量化(不同折线有不同斜率>, 又有均匀量化(在同一折线地小范围内>.EmxvxOtOco两种常用数字压扩技术：<1）A律13折线压扩——13折线近似逼近A=87.6地A律压扩特性；<2）μ律15折线压扩——15折线近似逼近μ=255地μ律压扩特性.SixE2yXPq5采用折线压扩地特点：基本上保持了连续压扩特性曲线地优点,又便于数字电路地实现实际中A律常采用13折线近似如图2-2所示图2-2 A律13折线其具体分法如下:先将X轴地区间[0,1]一分为二,其中点为1/2,取区间[1/2,1]作为第八段。

引言通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关 PCM编码和解码的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我们分析问题和解决问题的能力；同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养，为今后参加科学工作打下良好的基础。

利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个 PCM编码与解码系统.用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,或含有噪声的信道，最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。

熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉PCM编码与解码原理，构建PCM 编码与解码电路图。

对模拟信号进行采样、量化、编码(PCM), 将编码后的信号输入信道再进行PCM解码，还原出原信号.建立仿真模型,分析仿真波形。

在编码与解码电路间加上噪声源，或者加入含有噪声源的信道，并给出仿真波形。

1 软件介绍1.1 Matlab介绍Matlab[1]是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。

由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。

科研工作者通常可以通过Matlab来学习某个领域的科学知识，这就是Matlab真正在全世界推广开来的原因。

目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。

另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。

可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。

1.2 Simulink介绍Simulink[2]是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

实验5 PCM编译码仿真实验5.1 实验目的1. 掌握PCM系统的工作原理。

2. 掌握由模拟信号转变为PCM信号的过程。

3. 掌握由PCM信号恢复模拟信号的过程。

5.2 实验原理将模拟信号变换成二进制信号的方法称为脉冲编码调制（PCM）。

在发送端，对输入的模拟信号进行抽样、量化和编码，编码后的PCM信号是一个二进制数字序列，其传输方式可以采用数字基带传输，也可以是对载波调制后的带通传输。

在接收端，PCM信号经译码后还原为量化值序列（含有误差），再经低通滤波器滤除高频分量，便可得到重建的模拟信号。

1、由模拟信号转变为PCM信号的过程过程及原理框图详见教材10.5节相关内容。

2、由PCM信号恢复模拟信号的过程过程及原理框图详见教材10.5节相关内容。

5.3 实验内容1、基本要求（1）搭建PCM编码和译码系统仿真模型（2）对信号源输出的模拟信号进行归一化处理（3）分别对单频和多频模拟信号进行PCM编码过程，观察信源归一化输出波形、抽样信号波形、压缩器输入波形、压缩器输出波形和量化输出波形，并记录相关实验数据，体会信号在数字化每一步过程中所产生的变化。

（注意：记录的波形要有整体和细节展示两部分）（4）分别对（3）中进行PCM编码过程得到的二进制数字信号进行PCM译码过程，观察译码输出和恢复出的模拟信号波形，并与信号源输出信号进行比较，记录相关实验数据。

2、提高部分（1）在基本要求部分的基础上，采用步进仿真的方法观察信号源任意输出信号的PCM 编码和译码过程，重点观察抽样脉冲值、PCM编码结果、相对应的编码波形、PCM译码结果，体会与理解PCM编码和译码的分解过程，并记录相关波形和实验数据。

（2）将基本要求部分的信源改为常数模块，在-2048至+2048范围内设定几组常数数值（要有正有负），分别对其归一化后，重复上述操作，观察并记录归一化后数值、PCM编码结果、PCM译码结果，并与根据理论课知识所编的PCM码进行对比，看两者是否完全一致，若不一致，分析原因。

南华大学电气工程学院《通信原理课程设计》设计题目： PCM编码器的仿真设计专业：通信工程学生姓名: 学号:起迄日期: 2013年12月20日——2014年月4日指导教师:系主任：《通信原理课程设计》任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：（1）技术要求1）用matlab编程实现15折线 率PCM编码器；2）采用逐次比较法编码。

（2）工作要求：①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Simulink、Systemview、Multisim、MaxPlusIII、QuartusII等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；③熟悉通信系统的调试和测量方法；④掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。

⑤不能直接从网上或其他资料下载拷贝，一旦发现雷同35%以上，则相关雷同设计的成绩都为不及格。

⑥按时完成设计报告；提交的电子稿必须在附录中含有全套仿真源文件、或设计原图（电子稿是以“学生学号姓名”为命名的压缩文件）；并提交纸质设计报告书。

⑦随机抽查，并进行最后答辩。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：用Matlab等编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形。

设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字3500~5000字。

仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。

3．主要参考文献：1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：电子工业出版社,2012,12.[2]樊昌信,曹丽娜.通信原理教程(第3版)[M].北京：国防工业出版社,2006,9.[3]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社,2011,11.[4]张水英,徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京：人民邮电出版社,2012,9.[5]赵鸿图,茅艳.通信原理MATLAB仿真教程[M].北京：人民邮电出版社,2010,11.[6]赵静,张瑾.基于MATLAB的通信系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2010,1.[7]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析(修订版)[M].北京：电子工业出版社,2011, 6.在数字通信传输系统中，都是采用脉冲编码调制（pulse-code-modulation），简称PCM。

《学科基础课群课设》任务书学生姓名：王晓丹专业班级：通信1103班指导教师：周建新工作单位：信息工程学院题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现初始条件：Matlab软件，电路基础，通信原理基础要求完成的主要任务:（1）任务实现脉冲编码调制（PCM）技术的三个过程：采样、量化与编码。

（2）要求用仿真软件对其进行验证，使其满足以下要求：1）模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内2）分别实现64级电平的均匀量化和A压缩率的非均匀量化3）按照13折线A律特性编成8位码参考书：[1] 樊昌信曹丽娜，《通信原理第六版》，国防工业出版社，2007[2] 周开利，《邓春晖主编MATLAB基础及其应用教程》，北京大学出版社，2007[3] 董振海,《精通MA TLAB 7 编程与数据库应用》，电子工业出版社,2007时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为2周。

（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间2天；（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间6天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要..................................................................................... 错误！未定义书签。

Abstract ............................................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论................................................................................. 错误！未定义书签。

2 matlab简介...................................................................... 错误！未定义书签。

PCM编码器与PCM解码器的MATLAB实现及性能分析学生姓名：指导老师：摘要：利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个DPCM编码与解码系统.用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。

关键词：MATLAB7.1 ，Simulink仿真平台， PCM编码器与解码器，信号波形。

第1部分引言1.1 PCM 简介现在的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse Code Modulation）体制。

PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。

PCM有两个标准即E1和T1。

我国采用的是欧洲的E1标准。

T1的速率是1.544Mbit/s,E1的速率是2.048Mbit/s。

PCM：相变存储器(Phase-change memory,PCM)是由IBM公司的研究机构所开发的一种新型存储芯片,将有望来替代如今的闪存Flash和硬盘驱动器HDD。

PCM在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。

而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。

这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

PCM可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。

特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。

PCM线路的特点：•PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。

•支持从 2M开始的各种速率,最高可达155M的速率。

•通过SDH设备进行网络传输，线路协议简单。

与传统的DDN技术相比,PCM具有以下特点：•线路使用费用相对便宜。