语音处理DSP系统设计 第12页

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可以看出均匀量化的输入信号共有4096个量化级，需要12位编码。这正符合MAX1246A/D的输出码的位数。而经过非均匀量化的输出信号共有256个量化级，只需要8位编码。这就实现了语音数据压缩的设计目的。
3.2.2.2编码的基本原理
编码是利用二进制码组来表示固定电平的量化值，实际上量化是在编码过程中同时完成的。
前面讨论量化基本原理时，并未涉及量化的电路，这是因为量化过程不是以独立的量化电路来实现，而是在编码过程中实现，故还要讨论编码。
已知模拟信号经过抽样量化后，还需要进行编码过程才能使离散样值形成更适宜的二进制数字信号进行信号传输，这就是PCM基带信号，接收端将PCM信号还原成模拟信号的过程称为译码，这里主要介绍常用二进制码的编码和译码。
编码类型有多种，如低速编码和高速编码，线性编码和非线性编码，逐次比较型，级联型和混合型等。
编码的码字和码型。二进制码可以经受较高的噪声电平的干扰，并易于再生，因此PCM中一段采用二进制码，对于Q个量化电平，可以用k位二进制码来表示，称其中每一种组合为一个码字，在点对点之间通信和短距离通信中，采用k=7位的码基本能满足质量要求。
码型指的是把量化后的所有量化级，按基电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。
码位的安排，目前实际上普遍采用8位非线性编码。例如PCM30/32路终端机中最大输入信号幅度对应4096个量化单位（最小的量化间隔称为一个量化单位），在4096个单位的输入幅度范围内，被分成256个量化级，因此需用8位码表示每一个量化级。13折线A律特性的8位非线性编码的码组结构如下。
极性码：M1，段落码：M2M3M4，段内码M5M6M7M8。
其中，第1位码M1的数值“1”或“0”分别代表信号的正、负极性，称为极性码。从折叠二进制码的规律可知，对于两个极性不同，但绝对值相同的样值脉冲，用折叠码表示时，除极性码M1不同外，其余几位码是完全一样的。因此在编码过程中，只要将样值脉冲的极性判断出来后，编码器便是以样值脉冲的位对值进行量化和输出码组成的，这样只要考虑13折线中对应于正输入信号的8段折线就行了，这8段折线共包含128个量化级，正好用剩下的7位码（M2，…M8）就能表示出来。
第2位至第4位码（即M2，M3，M4）称为段落码，因为8段折线用3位码就能表示，具体划分如表1所示。应注意，段落码的每一位不表示固定的电平，只能是用M2 M3 M4的不同排列码组表示各段的起始电平，这样就把样值脉冲属于哪一段先确定下来了，以便很快地定出样值脉冲应纳入到这一段的哪个量化级上。
 
表1 段落码

 
表2段内码
M5至M8为段内码,每一段中的16个量化级就是用这4位码表示的,段内码具体的方法如表2所示。由表可见，4位段内码的变化规律具有与段落码相似的变化规律。
这样，一个信号的正负极性用M1表示，幅度在一个方向（正或负）有8个大段用M2M3M4表示，具体落在某段内的电平上，用4位段内码M5 M6 M7 M8G表示。
编码原理，逐次比较型编码的方法与用天平称重物的过程极为相似，因此先说天平称重的过程：第1次称重所加砝码（在编码过程中称为“权”，它的大小称为权值）是一个估值。这种权值当然不能正好使天平平衡。若砝码的权值大了，换一个小一些的砝码再称。请注意，第二次所加砝码的权值，是根据第1次做出判断的结果确定的。若第2次的结果说明砝码小了，就要在第2次权值基础上加上一个要大一些的砝码，如此进行下去，直到接近平衡为止。这个过程叫做逐次比较称重过程。“逐次”的含意，可理解为称重是一次次由粗到细进行的。而“比较”则是把上一次称重的结果作为参考，比较得到下一次输出权值的大小。如此反复进行下去，使所加权值逐步逼近物体真实重量。
有了称重的概念之后，就可以具体说明逐次比较型编码方法编出8位码的过程了。 如图13逐次比较编码器原理图，由抽样保持、全波整流、极性判决、比较器及本地译码器组成。
 
图13 逐次比较编码器原理图
抽样后的模拟PAM信号，需保持展宽后再进行编码。保持后的PAM信号仍为双极性信号，将该信号经过全波整流变为单极性信号，对此信号进行极性判决，编出极性码M1，当信号为正极性时，极性判决电路出“1”，反之出“0”码。
比较器通过比较样值电流Ic和标准电流Is，从而对输入信号抽样值实现非线性（即压扩）量化和编码，每比较一次，输出一位二进制代码，且当Ic>Is 时，出“1”码，反之出“0”码。由于13折线法中用7位二进制码代表段落码和段内码，所以对一个信号的抽样值需要进行7次比较，每次所需的标准电流均由本地译码器提供。
由于13折线A律在正方向共分为8大段，用段落码M2M3M4表示，所以在判决输出码时，第1次比较应先决定信号Ic是属于8大段的上4段还是下4段，这时权值Is是8段的中间值，Ic落在上4段，m2=1，落在下4段，M2=0；第2次比较要选择在第1次比较结果后的那4段的上两段还是下两段，当Is在上两段时，M3=1，否则M3=0；同理用M4为“1”或“0”来表示Ic落在那两段的上一段还是下一段，可以说段落码编码的过程是决定Ic落在8段中那一段并用这段起始电平表示Is的过程。
段内码的编码过程与段落码相似，即决定Ic落在16等份段中那一段内，并用这段起始电平表示Ic的过程。
本地译码器是由A/D转换器和记忆器，7/11变换电路以及输出权值的恒流源网络组成的。如图14所示，由于比较器输出反馈至本地译码器的M2到M87位非线性码是串行的，经过串/并变换为并行码，同时记忆电路把它寄存下来。这是因为除第1次比较外，其余各次比较都要依据前几次比较的结果来确定标准电流Is的值。因此，7位码组中的前6位状态均应由记忆电路寄存下来。7/11变换电路就是数字压缩器，因为采用非均匀量化的7位非线性编码等效为11位线性码，而比较器只能编7位码，反馈到本地译码器的全部码也只有7位，恒流源有11个基本权值电流支路，需要11个控制脉冲来控制，所以必须经过变换，把7位码变为11位码。其实质就是完成扩张（或非线性到线性之间的变换）。恒流源用来提供各种标准电压值。为了获得各种标准电流值Is，在恒流源中有数个基本权值电流支路，基本的权值电流个数与量化级数有关，上述128个量化级需要7位码，它要求有11个基本权值支路，每次应该开那个开关接通形成比较用的标准电流Is，由前面的比较结果经变换后得到的控制信号来控制。
译码原理，译码作用是把收到的PCM信号还原成相应的PAM信号，即实现数/模变换（D/A变换）。
A律13折线译码器原理图，如图13所示，与图12中本地译码器很相似，所不同的增加了极性控制部分和带有寄存读出的7/12位码变换电路，下面简单介绍这两部分电路
 
图14 A律13折线译码器原理图
极性控制部分作用是根据收到的极性码M1是“1”还是“0”来辨别PCM信号的极性，使译码后的PAM信号的极性恢复成与发送端相同的极性。
7/12变换电路是将7位非线性码转换为12位线性码，在编码器的本地译码器中采用7/11位码变换，使得量化误差有可能大于本段落量化间隔的一半，为使量化误差均小于段落内量化间隔的一半，译码器的7/12变换电路使输出的线性码增加一位码，人为地补上半个量化间隔，从而改善量化信噪比。
寄存读出电路是将输入的串行码在存储器中寄存起来，待全部接收后再一起读出，送入解码网络，这实际上是进行串/并变换。
以上介绍完量化和编码的基本原理。
3.2.2.3 A律压缩的详细设计
虽然这一部分完成了抽样，量化和编码，但MAX1246的输出码流是12位，为了实现12位数转换成8位的A律PCM码，还要进行数据压缩。

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