PCM编解码原理

一、通信系统信源
通信系统的信源有两大类：模拟信号和数字信号。例如：话筒输出的语音信号属于模拟信号； 而文字、计算机数据属于数字信号。 数字信号相比于模拟信号有抗干扰能力强、无噪声积累的优点。因此，若输入是模拟信号，则在数字通信系统的信源编码部分需对输入模拟信号进行数字化。
数字化需要三个步骤：抽样、量化和编码。抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值， 把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。 编码则是按照一定的规律， 把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。
三个步骤如下图所示：

二、抽样信号的非均匀量化编码（ 13 折线法）
（1）脉冲编码调制简介
模拟信号抽样后变成时间离散的信号，经过量化后，此抽样信号才能成为数字信号。分析可知：最简单的均匀量化器对于小输入信号很不利。为了改善小信号时的信号量噪比，在实际应用中常采用非均匀量化。非均匀量化时，量化间隔随信号抽样值的不同而变化。信号样值小时，量化间隔 v也小；信号抽样值大时，量化间隔 v也变大。
实际应用中，用 13 折线法近似 A压缩律，来进行非均匀量化。图中横坐标 x 在 0 至 1 区间中分为不均匀的 8 段。1/2 至 1 间的线段称为第8 段；1/4 至 1/2 间的线段称为第 7 段；1/8 至 1/4 间的线段称为第 6 段；依此类推。图中纵坐标 y 则均匀地划分作 8 段。将与这 8 段相应的座标点 (x, y) 相连，就得到了一条折线。

在语音通信中，通常采用 8 位的 PCM编码就能够保证满意的通信质量。在 13 折线法中采用的折叠码有 8 位。第一位 c1 表示量化值的极性正负。后面的 7 位分为段落码和段内码两部分，用于表示量化值的绝对值。其中第 2 至 4位(c2 c3 c4) 是段落码，共计 3 位，可以表示 8 种斜率的段落；其他 4 位(c5 --c8)为段内码，可以表示每一段落内的 16 种量化电平。段内码代表的 16 个量化电平是均匀划分的。所以，这 7 位码总共能表示 7 2 ＝128 种量化值。

在下面的表中给出了段落码和段内码的编码规则。

在上述编码方法中，段内码是按量化间隔均匀编码的，但是因为各个段落的斜率不等，长度不等，故不同段落的量化间隔是不同的。其中第 1 和 2 段最短，斜率最大，其横坐标 x 的归一化动态范围只有 1/128。再将其等分为 16 小段后，每一小段的动态范围只有 (1/128)/(1/16) = 1/2048 。第 8 段最长，其横坐标 x的动态范围为 1/2 。将其 16等分后，每段长度为 1/32。假若采用均匀量化而仍希望对于小电压保持有同样的动态范围 1/2048，则需要用 11 位的码组才行。现在采用非均匀量化，只需要 7 位就够了。