浅谈脉冲调制编码 PCM的三个过程

例题:用PCM对语音进行数字量化,如果将声音分为64个量化级,采样频率为8000次/秒,那么一路话音需要的数据传输率为
A.128bit/s
B.56kbit/s
C.48kbit/s
D.64kbit/s

答案:C (解答在文末)

在数字通信系统中,信源和信宿都是模拟信号,而信道传输的是数字信号。可见在发送端,要有一个将模拟信号转化成数字信号的过程,为A/D转换,在接收端有一个将数字信号转化成模拟信号的过程,为D/A转换。

脉冲调制编码PCM的主要作用是将时间连续,取值连续模拟信号变换成时间离散,取值离散数字信号后在信道中传输,即完成A/D转换。

那么我们为什么需要将模拟信号转换成数字信号呢?

主要原因在于模拟信号和数字信号两者的特点:
模拟信号会随着信息的变化而变化,模拟信号其特点是幅度连续(连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值),如果要用计算机来识别模拟信号传输的内容,会十分的困难,且模拟信号抗干扰性也较差
数字信号只有0、1两个状态,它的值是通过中央值来判断的,在中央值以下规定为0,以上规定为1,所以即使混入了其他干扰信号,只要干扰信号的值不超过阂值范围,就可以再现出原来的信号。因此数字信号在传输过程中不仅具有较高的抗干扰性,还可以通过压缩,占用较少的带宽,实现在相同的带宽内传输更多、更高音频、视频等数字信号的效果。
基于这样的原因,我们需要采用PCM的方法将模拟信号转换成数字信号。

PCM过程划分为3步,采样、量化、编码

采样:

为了将模拟信号转换成数字信号,首先就需要搞清楚模拟信号究竟长成什么样,于是我们第一步是采样,采样的方法是不断地在固定的时间间隔下,通过高频率的探测来采集模拟信号当时的电压瞬时值。
浅谈脉冲调制编码 PCM的三个过程_第1张图片
采样后得到的其实已经变成数字信号,但还不是实际应用中的二进制数字信号。并且采样得到的电压大小难以确定,且各不相同。如果让计算机记录下所有电压,难度很高且没有必要。因此接下来便进入第二步:量化。

量化:

量化是将电压划分为不同的等级,采用就近原则(“四舍五入”),把采集到的电压划分为不同的等级,减少工作量。例如下图,将采样得到的信号量化为了256个等级
浅谈脉冲调制编码 PCM的三个过程_第2张图片
介绍三个概念:
•量化值:确定的量化后的取值
•量化级:量化值的个数(也能表示电压等级个数)
•量化间隔:相邻两个量化值之差

编码:

经过量化后的信号也存在很多不同的信号电压,若要计算机能够识别,就需要将每个采样电压等级转化成计算机可识别的二进制编码。用二进制码组表示量化后的十进制量化组。所以上图中采样信号的256个等级,如果转化成二进制的话,可以用8个bit位来表示。

对于例题:
将声音分为64个量化级,采样频率为8000次/秒。
64个量化级表示采样后得到的电压被转化成64个电压等级,在编码时要用6bit表示。
采样频率为8000次/秒,也就是说明每秒钟会采集到8000个6bit的电压数字信号。
因此,为满足采样信号能够稳定传输,数据传输率就应该为8000次/秒*6bit=48000bit/s=48kbit/s。答案选择C。

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