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一、语音信号的模 / 数转换

一、语音信号的模 / 数转换. 　　数字化：即将连续变化的模拟信号转换为二进制的数码 0 和 1 。完成这种转换功能的电路称为数 / 模 转换器，常用 “ A/D ” 或 “ ADC ” 来表示。数字手机一般采用脉冲编码调制（ PCM ）进行模数转换，其原理图如所示。. 1．取样. 　　每隔一定的  t 时间，对模拟信号提取一次样值，将连续变化的信号转换为一个个等间隔的脉冲信号，其幅值等于各瞬间模拟信号的幅值，如图所示。. 　　图所示为一个简单的取样电路。.

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一、语音信号的模 / 数转换

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  1. 一、语音信号的模/数转换 　　数字化：即将连续变化的模拟信号转换为二进制的数码 0和 1。完成这种转换功能的电路称为数/模 转换器，常用“A/D”或“ADC”来表示。数字手机一般采用脉冲编码调制（PCM）进行模数转换，其原理图如所示。

  2. 1．取样 　　每隔一定的 t 时间，对模拟信号提取一次样值，将连续变化的信号转换为一个个等间隔的脉冲信号，其幅值等于各瞬间模拟信号的幅值，如图所示。

  3. 　　图所示为一个简单的取样电路。 　　信号受控于取样脉冲，当取样脉冲来的时候，场效应晶体管 VT 的栅极加上正向电压，导通，输入信号经过场效晶体管的漏极-源极到达输出端。没有取样脉冲时 VT 截止，信号不能通过。 　　因此，该电路在取样脉冲高电平时取样，低电平为取样间隔时间。

  4. 2．量化 　　将取样的信号用“四舍五入”的办法归类为若干个幅度取值的量化信号，这个过程成为“量化”。量化的方式为均匀量化和非均匀量化。

  5. 　　（1）均匀量化 　　将取样信号幅度变化范围划分为若干量化等级，每个量化等级的间隔相等，称为均匀量化。如图所示为均匀量化的传输特性，语音信号的取样幅度在 -V ~ +V 内连续变化，对应的量有8个。 　　量化误差：量化值与实际样值之间的误差。小信号的量化误差大。

  6. 　　（2）非均匀量化 　　对小信号采用小级差量化，大信号采用大级差量化，克服了均匀量化产生的小信号量化误差大的缺点。 　　优势：较少的量化级数就可以获得高信噪比。如图所示 为实现非均匀量化的方案。

  7. 数字通信中，我国采用 A 律 13 折线压缩特性，其压缩曲线如图所示。

  8. 　　坐标横轴代表输入信号 vi，最大输入信号幅度为 1，在 vi的 0 ~ 1 区间分为 8 个量化段，分段点为 0、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128，最小输入信号范围间隔最小。大输入信号间隔最大，横轴各个段分为 16 等分。纵轴代表压缩后的输入信号 vo，选取 8 个分段点：1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8、1 从上图可知，8 个断点的折线斜率是不同的 ，第一折线斜率小

  9. 　　由此可见小信号折线斜率大， ，信号被放大；大信号时折线斜率小， ，信号被压缩。 　　第 8 段折线斜率为

  10. 3．PCM 编码与解码 PCM 编码是将取样并量化的信号变换成一组二进制数码，而PCM解码是将一组二进制数码还原成相应幅值的量化值。 　（1）PCM 编码 　　按照 A 律 13 折线方式，将 - vi 至 + vi 的量化区间划分为 16 个正负对称的量化段，每一段均匀分为 16 个等间隔，可用 8 个二进制数码来表示所有值，即对量化信号进行编码，实现数字化。

  11. 　　第 1 位 D1：极性码：正 D1 = 1；D1 = 0。 　　第 2、3、4 位 D2D3D4 ：量化码。 　　后 4 位 D5D6D7D8：代表段内 16 个等间隔。

  12. 8 位编码中各个位 表示的含义见表

  13. 　　（2）PCM 解码 解码是编码的反变换，用于数字手机的语音数/模转换电路。通过解码后的信号通过扩张电路恢复大小信号幅度的正常比例，再通过低通滤波器滤去高频次波，保留基波成分，就可恢复到原来的语音信号。

  14. 二、语音编码与解码 1．语音编码 目的：维持一定的语音质量的前提下，压缩语音数据量，以实现 GSM 系统一个载波上分时传送 8 路语音信号的要求。 　　分波形编码和声源编码两类。 　　波形编码以再现波形为目的，利用波形相关性采用线性预测技术，尽可能不失真的恢复原来的输入语音波形。波形编码可以保证较高的通话质量。 　　声源编码是将语音信息用特定的声源模型表示，该技术确定了一套模拟声带频谱特性的滤波器系数和若干声源参数。声源编码后传送语音特性参数所需的数码大大降低。

  15. GSM 手机采用规则激励线性预测（RPE-LTP）语音编码器，原理框图如所示。 　　（1）线性预测器 它是由 8 抽头滤波器组成的 8 个声域分析电路。 （2）长周期预测器 它提取的特征参数用于表征浊音的音调结构。 （3）激励脉冲发生器 输入的语音数据信号与合成预测值Sn二者进行比较获得误差电信号。 RPE - LTP语音编码属于参数编码。

  16. 2．语音解码 数字手机接受到经语音编码压缩的语音信号，即语音特征参数传送到接收端，接收端按特征参数来解压缩，还原语音信号，这就是语音解码。

  17. GSM 手机采用规则激励线性预测（RPE-LTP）语音编码器，原理框图如所示。 　　（1）线性预测器 它是由8抽头滤波器组成的 8 个声域分析电路。 （2）长周期预测器 它提取的特征参数用于表征浊音的音调结构。 （3）激励脉冲发生器 输入的语音数据信号与合成预测值Sn 二者进行比较获得误差电信号。 RPE – LTP 语音编码属于参数编码。

  18. 3．语音处理电路实例 摩托罗拉 cd928 双频手机语音处理电路包括发送语音基带处理电路、接收语音基带处理电路两部分，电路原理框图如图所示。 （1）发送语音基带处理电路 。 　　（2）接受语音基带处理电路。

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