PCM非均匀量化与编码
实验报告
一、实验目的
(1). 了解模拟信号数字化的三个基本步骤：抽样、量化、编码。
(2). 抽样频率、量化级数对信号数字化的影响.
(3). 加深对非均匀量化的理解。
(4). 理解信息速率与抽样量化编码的关系。
(5). 掌握MATLAB语言的函数调用，提高编程编程能力,，为之后的学习做准备。
二、实验内容：
对模拟信号进行抽样、量化并进行13折线PCM编码，运用Matlab软件实现PCM编码全过程。
三、实验步骤与结果
1、抽样：
产生一个周期的正弦波x(t)=1024cos(2πt)mv ，分别以4HZ和32Hz的频率进行采样用plot函数在绘出原信号和抽样后的信号序列(可用stem函数)。(4Hz保存为图1，32Hz保存为图2)
function sample(f)
t=0:1/f:1;
y=1024*cos(2*pi*t);
stem(t,y,'b','filled');
hold on;
T=1:0.01:1;
Y=1024*cos(2*pi*T);
plot(T,Y,'r');
2、均匀量化：
对以32Hz的抽样频率进行抽样后的信号的绝对值分别进行8级和2048级均匀量化。在同一张图上绘出正弦波波形(用plot函数)、量化图(用stairs函数)。(保存为图3)
function y=Even(n,m)
t=0:1/m:1;
x=1024*cos(2*pi*t);
a=-1024:2048/n:1024;
for i=1:m+1
for j=1:n
if (x(i)>=a(j)&x(i)<=a(j+1))
y(i)=(a(j)+a(j+1))/2;
end
end
end
y=y/max(y);
if(n==8)
stairs(t,y,'b');
end
if(n==2048)
stairs(t,y,'k')
end
axis([0 1 -1.5 1.5]);
hold on;
T=0:0.01:1;
Y=1024*cos(2*pi*T);
Y=Y/max(Y);
plot(T,Y,'r');
3、PCM编码
对所有的抽样值对应的2048级均匀量化值进行13折线编码，输出相应的PCM编码，并对总的编码比特数进行计数。具体编码程序流程如下：
function code=pcm(S)
z=sign(S);
MaxS=max(abs(S));
S=abs(S/MaxS);
Q=2048*S;
code=zeros(length(S),8);
a=[0,16,32,64,128,256,512,1024,2048];
b=[1,1,2,4,8,16,32,64];
for i=1:length(S)
for j=1:8
if (Q(i)>=a(j))&&(Q(i)<=a(j+1))
g=dec2bin(j-1,3);
code(i,(2:4))=[str2num(g(1)) str2num(g(2)) str2num(g(3))]; q=ceil((Q(i)-a(j))/b(j));
if q==0
code(i,(5:8))=[0,0,0,0];
else k=num2str(dec2bin(q-1,4));
code(i,(5:8))=[str2num(k(1)) str2num(k(2)) str2num(k(3))
str2num(k(4))]
end
end
end
if z(i)>0
code(i,1)=1;
elseif z(i)<0
code(i,1)=0;
end
end
四．结果分析
1.图1，图2的区别和特征
图1和图2分别以4HZ和32Hz的频率对函数进行采样，由于图2的采样频率更高，采集的点更多，更能反映原函数的特征。
2. 图3中不同量化等级的区别
图3是对以32Hz的抽样频率进行抽样后的信号的绝对值分别进行8级和2048级均匀量化而产生的函数以及原函数的正弦波波形，可以明显看出2048级的量化更精准，更能反映原函数的特征。
五．实验遇到的问题及解决方法
在该实验中我们主要学习了老师的编码，体会用matlab编程的思想与方法，初步掌握了matlab的应用，之后我与闫黄一起对原来的pcm编码进行了自己的编程，通过自己的变成对matlab有了更深的了解，感受比较深的是遇到matlab 编程的问题时，不仅需要自己的思考，而且也需要去与别人讨论，有时也需要向老师与同学咨询，这样才能更快掌握matlab
六．相关源程序
Even.m sample.m pcm.m
重庆交通大学信息科学与工程学院综合性设计性实验报告 专业班级：通信工程2012级1班 学号：631206040118 姓名：王松 实验所属课程：信息论与编码 实验室(中心)：软件与通信实验中心 指导教师：黄大荣 2015年4月
霍夫曼编码的matlab实现 一、实验目的和要求。 利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，缩短信息传输的时间，降低传输成本。 本实验用Matlab语言编程实现霍夫曼（Huffman）编码。 二、实验原理。 霍夫曼（Huffman）编码算法是满足前缀条件的平均二进制码长最短的编-源输出符号，而将较短的编码码字分配给较大概率的信源输出。算法是：在信源符号集合中，首先将两个最小概率的信源输出合并为新的输出，其概率是两个相应输出符号概率之和。这一过程重复下去，直到只剩下一个合并输出为止，这个最后的合并输出符号的概率为1。这样就得到了一张树图，从树根开始，将编码符号1 和0 分配在同一节点的任意两分支上，这一分配过程重复直到树叶。从树根到树叶途经支路上的编码最后就构成了一组异前置码，就是霍夫曼编码输出。离散无记忆信源： 例如 U u 1u 2 u 3 u 4 u 5 P(U) = 0.4 0.2 0.2 0.1 0.1
通过上表的对信源缩减合并过程，从而完成了对信源的霍夫曼编码。 三、实验步骤 分为两步，首先是码树形成过程：对信源概率进行合并形成编码码树。然后是码树回溯过程：在码树上分配编码码字并最终得到霍夫曼编码。 1、码树形成过程：将信源概率按照从小到大顺序排序并建立相应的位置索引。然后按上述规则进行信源合并，再对信源进行排序并建立新的位置索引，直到合并结束。在这一过程中每一次都把排序后的信源概率存入矩阵G中，位置索引存入矩阵Index中。这样，由排序之后的概率矩阵G以及索引矩阵Index就可以恢复原概率矩阵P了，从而保证了回溯过程能够进行下去。 2、码树回溯过程：在码树上分配编码码字并最终得到Huffman 编码。从索引矩阵M 的末行开始回溯。 (1) 在Index的末行2元素位置填入0和1。 (2) 根据该行索引1 位置指示，将索引1 位置的编码（‘1’）填入上一行的第一、第二元素位置，并在它们之后分别添加‘0’和‘1’。 (3) 将索引不为‘1’的位置的编码值（‘0’）填入上一行的相应位置（第 3 列）。 (4) 以Index的倒数第二行开始向上，重复步骤(1) ～(3)，直到计算至Index 的首行为止。 四、程序代码： %取得信源概率矩阵,并进行合法性判断 clear; P=input('请输入信源概率向量P='); N=length(P); for component=1:1:N
第5章_无失真信源编 码题与答案 本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
有一信源，它有6个可能的输出，其概率分布如题表所示，表中给出了对应的码 E D C B A ,,,, 和 F 。 (1) 求这些码中哪些是唯一可译码； (2) 求哪些是非延长码（即时码）； (3) 对所有唯一可译码求出其平均码长L 。 解： (1) 唯一可译码：A ，B ，C A 是等长码，码长3，每个码字各不相同，因此是唯一可译码。 B 是非即时码，前缀码，是唯一可译码。 C 是即时码，是唯一可译码。 D 是变长码，码长}4 ,4 ,4 ,3 ,2 ,1{，不是唯一可译码，因为不满足Kraft 不等式。 10625.132******** 321≥=??? ? ??+??? ??+??? ??+??? ??=∑-i l i r E 是变长码，码长}4 ,4 ,4 ,4 ,2 ,1{，满足Kraft 不等式，但是有相同的码字， 110053==W W ，不是唯一可译码。 1142121214 21≤=??? ? ??+??? ??+??? ??=∑-i l i r F 是变长码，码长}3 ,3 ,3 ,3 ,3 ,1{，不满足Kraft 不等式，不是唯一可译码。 1125.1521213 1≥=??? ? ??+??? ??=∑-i l i r (2) 非延长码：A ，C (3)
3125.1616 1 5161416131612411213 =?+?+?+?+?+?= ?===∑i i i C B A l p L L L
实验二十三 时分复用与解复用实验 实验项目一 256K 时分复用帧信号观测 （1）帧同步码观测：用示波器连接复用输出，观测帧头的巴克码。 （2）帧内PN 序列信号观测：用示波器接复用输出，利用储存功能观测3个周期 中的第一时隙的信号。 实验项目二 256K 时分复用及解复用 （1）帧内PCM 编码信号观测：将PCM 信号输入DIN2，观测PCM 数据。以帧同 思考题：PN15序列的数据是如何分配到复用信号中的？ 分析分时复用的实质，可知，在模拟传送时，一位用户的数据根据复用划分的时隙以一帧为周期，逐次将8位数据插入每个帧相同的时隙处。对于此次实验中的PN15序列，检测到帧同步信号的帧头时，便插入第一帧数据，在第二次检测到帧头时插入第二帧数据，以此类推，将信号分配到复用信号中，以达到提高信道利用率的目的。 对比观测实验出现的码元，发现为01110010，根据所学知识可知，这串码即为帧头的观测码。
步为触发分别观测PCM编码数据和复用输出的数据。 （2）解复用帧同步信号观测：PCM对正弦波进行编译码。观测复用输出与FSOUT， 观测帧同步上跳沿与帧同步信号的时序关系。 思考题：PCM数据是如何分配到复用信号中去的？ 时分多路复用以时间作为信号分割的参量，将各路输入变为变为并行数据，然后按照给端口数据所在的时隙进行帧的拼接，完成一个完整的数据帧。而在本实验中，PCM 的数据输入到DIN2，将其插入到复用信号的第2个时隙，与其它3个时隙拼接为一帧，从而实现了PCM信号分配到复用信号中。 上图分别为PCM编码输入和复用输出的波形。仔细观察可知，对比复用输入信号，复用输出有2帧的延时，且在复用输出的第0时隙为帧头的巴克码，第1时隙没有数据，第2时隙有了数据的存放，即PCM复用编码时被插在了一帧的第2时隙中，在解复用时先寻找巴克码，再按照每一帧的数据存放的相应的时隙进行解复用，之后拼接起来，便实现了PCM的数据恢复。
深圳大学实验报告 课程名称：通信原理 实验项目名称：脉冲编码调制（PCM）及系统 学院：信息工程学院 专业：通信工程 指导教师：苏恭超 报告人：郭如亮学号：20091301330 班级： 2 实验时间：2011-11-11 实验报告提交时间：2011-12-22 教务处制
实验2-2 脉冲编码调制（PCM ）及系统 一、实验目的 1．掌握PCM 编译码原理与系统性能测试。 2．熟悉PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法。 3．学习PCM 编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。 二、实验仪器 1．PCM/ADPCM 编译码模块，位号：H 2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G 3．20M 双踪示波器1台 4．低频信号源1台（选用） 5．频率计1台（选用） 6．信号连接线3根 7．小平口螺丝刀1只 三、实验原理 脉冲编码调制（PCM ）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。 PCM 通信系统的实验方框图如图所示: 四、实验内容及步骤 1．插入有关实验模块： 在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PCM/ADPCM 编译码模块”，插到底板“G 、H ”号的位置插座上。 2．信号线连接：用专用导线将P04、34P01；34P02、34P03；32P04、P15。 3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，立即关闭电源，查找异常原因。
4．PCM的编码时钟设定： “时钟与基带数据产生器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ（后面将简写为：拨码器4SW02）。拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。 5．同步正弦波幅度调节及监测： “同步正弦波”上提供了频率2KHZ的同 步正弦波，幅度由W04电位器调节。满足PCM 输入模拟信号频率在300～3400HZ语音范围内 的要求，可用频率计监测此点信号频率。 6．时钟为64KHZ，同步正弦波及 PCM编 码数据观察： 拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编 码时钟为64KHZ。 双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察同步正弦波及 PCM编码数据。调节W04电位器，改变同步正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。注意，此时时钟为64KHZ，一帧中只能容纳1路信号。 改变同步正弦波幅度后： 7．时钟为128KHZ同步正弦波及 PCM编码数据观察： 拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。 双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察同步正弦波及 PCM编码数据。调节W04电位器，改变同步正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。注意，此时时钟
实验一PCM编译码实验 一、实验目的 1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。 2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态围和频率特性的定义及测量方法。 3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。 4、熟悉了解W681512。 二、实验器材 1、主控&信号源模块、3号、21号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、实验原理框图 图1-1 21号模块W681512芯片的PCM编译码实验
图1-2 3号模块的PCM编译码实验 图1-3 A/μ律编码转换实验 2、实验框图说明 图1-1中描述的是信号源经过芯片W681512经行PCM编码和译码处理。W681512的芯片工作主时钟为2048KHz，根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。 图1-2中描述的是采用软件方式实现PCM编译码，并展示中间变换的过程。PCM编码过程是将音乐信号或正弦波信号，经过抗混叠滤波（其作用是滤波3.4kHz以外的频率，防
止A/D转换时出现混叠的现象）。抗混滤波后的信号经A/D转换，然后做PCM编码，之后由于G.711协议规定A律的奇数位取反，μ律的所有位都取反。因此，PCM编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。PCM译码过程是PCM编码逆向的过程，不再赘述。 A/μ律编码转换实验中，如实验框图1-3所示，当菜单选择为A律转μ律实验时，使用3号模块做A律编码，A律编码经A转μ律转换之后，再送至21号模块进行μ律译码。同理，当菜单选择为μ律转A律实验时，则使用3号模块做μ律编码，经μ转A律变换后，再送入21号模块进行A律译码。 四、实验步骤 实验项目一测试W681512的幅频特性 概述：该项目是通过改变输入信号频率，观测信号经W681512编译码后的输出幅频特性，了解芯片W681512的相关性能。 1、关电，按表格所示进行连线。 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【A律编码观测实验】。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。将模块21的开关
信源编码的基本原理及其应用 课程名称通信原理Ⅱ 专业通信工程 班级******* 学号****** 学生姓名***** 论文成绩 指导教师***** ******
信源编码的基本原理及其应用 信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948 年的著名论文《通信的数学理论》所定义的，它为信息论奠定了理论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加深入的探讨。使得信息论到现在形成了一套比较完整的理论体系。 信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信息。要做到既不失真又快速地通信，需要解决两个问题：一是不失真或允许一定的失真条件下，如何提高信息传输速度（如何用尽可能少的符号来传送信源信息）；二是在信道受到干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大（如何尽可能地提高信息传输的可靠性）。这样就对信源的编码有了要求，如何通过对信源的编码来实现呢？ 通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息，降低传递这些不必要的信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题，那么首先需要对这些冗余信息的来源进行分析，接下来才能够根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的信源编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次是信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中有段。 信源编码的基本原理： 信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信源的信息熵： 香农称信源输出的一个符号所含的平均信息量为 为信源的信息熵。 通信原理中对信源研究的内容包括3个方面： (1)信源的建模 信源输出信号的数学描述已有成熟的理论——随机过程，一般的随机过程理∑=-=L i i i x p x p x H 12) (log )()()(x H
PCM编译码的实验报告 篇一：实验十一：PCM编译码实验报告 实验报告 哈尔滨工程大学教务处制 实验十一 PCM编译码实验 一、实验目的 1. 掌握PCM编译码原理。 2. 掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。 3. 掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。 二、实验仪器 1. 双踪示波器一台 2. 通信原理Ⅵ型实验箱一台 3. M3:PCM与ADPCM编译码模块和M6数字信号源模块 4. 麦克风和扬声器一套 三、实验步骤 1．实验连线 关闭系统电源，进行如下连接： 非集群方式 2. 熟悉PCM编译码模块，开关K1接通SL1，打开电源开关。 3．用示波器观察STA、STB，将其幅度调至2V。 4. 用示波器观察PCM编码输出信号。
当采用非集群方式时： 测量A通道时：将示波器CH1接SLA（示滤波器扫描周期不超过SLA的周期， 以便观察到一个完整的帧信号），CH2接PCM A OUT，观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。 测量B通道时：将示波器CH1接SLB，（示滤波器扫描周期不超过SLB的周期， 以便观察到一个完整的帧信号），CH2接PCM B OUT，观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。 当采用集群方式时：将示波器CH1接SL0，（示滤波器扫描周期不超过SL0的周期， 以便观察到一个完整的帧信号），CH2分别接SLA、PCM A OUT、SLB、PCM B OUT以及PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及PCM信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有29个时隙是空时隙，SL0、SLA及SLB的脉冲宽度等于一个时隙宽度）。开关S2分别接通SL1、SL2、SL3、SL4，观察PCM基群帧结构的变化情况。 5. 用示波器观察PCM译码输出信号 示波器的CH1接STA，CH2接SRA，观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。 示波器的CH1接STB，CH2接SRB，观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。
有一信源，它有6个可能的输出，其概率分布如题表所示，表中给出了对应的码E D C B A ,,,, 和 F 。 (1) 求这些码中哪些是唯一可译码； * (2) 求哪些是非延长码（即时码）； (3) 对所有唯一可译码求出其平均码长L 。 解： (1) 唯一可译码：A ，B ，C A 是等长码，码长3，每个码字各不相同，因此是唯一可译码。 B 是非即时码，前缀码，是唯一可译码。 C 是即时码，是唯一可译码。 D 是变长码，码长}4 ,4 ,4 ,3 ,2 ,1{，不是唯一可译码，因为不满足Kraft 不等式。 10625.132******** 321≥=??? ? ??+??? ??+??? ??+??? ??=∑-i l i r ） E 是变长码，码长}4 ,4 ,4 ,4 ,2 ,1{，满足Kraft 不等式，但是有相同的码字，110053==W W ，不是唯一可译码。 1142121214 21≤=??? ? ??+??? ??+??? ??=∑-i l i r F 是变长码，码长}3 ,3 ,3 ,3 ,3 ,1{，不满足Kraft 不等式，不是唯一可译码。 1125.1521213 1≥=??? ? ??+??? ??=∑-i l i r
(2) 非延长码：A ，C (3) 3125 .16161 5161416131612411213 =?+?+?+?+?+?=?===∑i i i C B A l p L L L 设离散信源的概率空间为 % ???? ??=??????05.010.015.020.025.025.0654321 s s s s s s P S 对其采用香农编码，并求出平均码长和编码效率。 解： ()%7.897 .2423 .2)( 423.205.0log 05.0...25.0log 25.0log )(7 .2505.041.0315.032.0225.0225.0=== =?++?-=-==?+?+?+?+?+?=?=∑∑L S H bit p p S H l p L i i i i i i η 设无记忆二元信源，其概率995.0 ,005.021==p p 。信源输出100=N 的二元序列。在长为 100=N 的信源序列中只对含有3个或小于3个“1”的各信源序列构成一一对应的一组等长码。 (1) 求码字所需要的长度； (2) 考虑没有给予编码的信源序列出现的概率，该等长码引起的错误概率E p 是多少 } 解： (1)
信息学院 现代交换实验报告 姓名：刘璐 学号： 2011080331229 专业：通信工程 2014年6月10日 实验一：抽样定理仿真
一、实验目的 1、掌握Systemview 软件的使用 2、熟练使用软件的图符库,能够构建简单系统 二、实验内容 1、熟悉软件的工作界面； 2、用Systemview 软件建立仿真电路 3、进行参数设置 4、观测过程中各关键点波形 5、对仿真结果进行分析 三、实验原理 所谓抽样。就是对时间连续的信号隔一定的时间间隔T抽取一个瞬时幅度值（样值），抽样是由抽样门完成的。 在一个频带限制在（0，f h）内的时间连续信号f（t），如果以小于等于1/(2 f h)的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号f（t）的频谱中最高频率不超过f h，这种信号必定是个周期性的信号，当抽样频率f S≥2 f h 时，抽样后的信号就包含原连续信号的全部信息，而不会有信息丢失，当需要时，可以根据这些抽样信号的样本来还原原来的连续信号。根据这一特性，可以完成信号的模-数转换和数-模转换过程。 四、实验结果
参数设置：1V500HZ 1V8000HZ 16000HZ 正弦波Sinusoid 参数: 1.幅度 2.频率 3.相位 功能: 产生一个正弦波：y(t)=Asin(2PIfct+*) 脉冲串Pulse Train 参数: 1.幅度 2.频率(HZ) 3.脉冲宽度(秒) 4.偏置 5.相位 功能: 产生具有设定幅度和频率的周期性脉冲串，脉宽由设置决定。 y(t)=+-A*PT(t)+Bias 有方波选项。 实时显示 Real Time 功能: 能在系统仿真运行同时，实时地在系统窗口显示接收到的波形。 加法器 Adder 参数: 1.寄存器大小N 2.分数大小F 3.指数大小K 4.输出类型T 5.整型数转换选择 功能: 将输入的一个或多个值求和，并给出适当的标志。 线性系统滤波器 Linear Sys Filters 结论：由此证明了证明了抽样定理的正确性，抽样信号在fs>=fm时可以还原，抽样频率越高效果越好。
信源编码的基本原理 及其应用
信源编码的基本原理及其应用 课程名称通信原理Ⅱ 专业通信工程 班级 ******* 学号 ****** 学生姓名 ***** 论文成绩 指导教师 ***** ******
信源编码的基本原理及其应用 信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948 年的著名论文《通信的数学理论》所定义的，它为信息论奠定了理论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加深入的探讨。使得信息论到现在形成了一套比较完整的理论体系。 信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信息。要做到既不失真又快速地通信，需要解决两个问题：一是不失真或允许一定的失真条件下，如何提高信息传输速度（如何用尽可能少的符号来传送信源信息）；二是在信道受到干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大（如何尽可能地提高信息传输的可靠性）。这样就对信源的编码有了要求，如何通过对信源的编码来实现呢？ 通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息，降低传递这些不必要的信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题，那么首先需要对这些冗余信息的来源进行分析，接下来才能够根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的信源编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次是信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中有段。 信源编码的基本原理： 信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信源的信息熵： 香农称信源输出的一个符号所含的平均信息量为 为信源的信息熵。 通信原理中对信源研究的内容包括3个方面： ∑=-=L i i i x p x p x H 12) (log )()() (x H
Pcm编译码实验报告 学院：信息学院 ：靳家凯 专业：电科 学号：20141060259
一、实验目的 1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。 2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态围和频率特性的定义及测量方法。 3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。 4、熟悉了解W681512。 二、实验器材 1、主控&信号源模块、3号、21号模块 2、双踪示波器 3、连接线 三、实验原理 1、实验原理框图
图1 21号模块w68 1 5 1 2芯片的PCM编译码实验 图2 3号模块的PCM编译码实验 图3 ~μ律编码转换实验 2、实验框图说明 图1中描述的是信号源经过芯片W6815 12经行PcM编码和译码处理。 w681512的芯片工作主时钟为2o48KHz, 根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。图2中描述的是采用软件方式实现PcM编译码, 并展示中间变换的过程。 PcM 编码过程是将音乐信号或正弦波信号, 经过抗混叠滤波 (其作用是滤波 3.4kHz 以外的频率, 防止A/D转换时出现混叠的现象) 。抗混滤波后的信号经A/D转换,
然后做PcM编码,之后由于G.711协议规定A律的奇数位取反, μ律的所有位都取反。因此, PcM编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。 PcM译码过程是PcM编码逆向的过程,不再赘述。 A/μ律编码转换实验中,如实验框图3所示,当菜单选择为 A律转μ律实验时,使用3 号模块做 A律编码, A律编码经 A转μ律转换之后, 再送至21号模块进行μ律译码。同理, 当菜单选择为μ律转 A律实验时,则使用3号模块做μ律编码,经l,转A律变換后,再送入21号模块进行 A律译码。 四、实验步骤 实验项目一测试 w68l512的幅频特性 概述:该项目是通过改变输入信号频率,观测信号经 w681512编译码后的输出幅频特性, 了解芯片 w681512的相关性能。 1、关电,按图1所示进行连线。 2、开电,设置主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【A 律编码观测实验】。调节 w1主控&信号源使信号 A_0UT输出峰峰值为3V左右。将模块21的开关 Sl 拨至“A-Law”, 即完成 A律PCM编译码。 3、此时实验系统初始状态为:设置音频输入信号为峰峰值3V,频率1KHz正弦波; PCM编码及译码时钟 CLK为64KHz方波;编码及译码帧同步信号 FS为8KHz。 4、实验操作及波形观测。 (1)调节模拟信号源输出波形为正弦波,输出频率为50Hz,用示波器观测A-out,设置A_out峰峰值为3V。 (2)将信号源频率从50Hz增加到4oooHz,用示波器接模块21的音频输出,观测信
实验1：霍夫曼信源编码综合设计 【实验目的】 通过本专题设计，掌握霍夫曼编码的原理和实现方法，并熟悉利用C语言进行程序设计，对典型的文本数据和图像数据进行霍夫曼编解码。 【预备知识】 1、熵的概念，霍夫曼编码原则 2、数据结构和算法设计 3、C(或C++)编程语言 【实验环境】 1、设备：计算机一台 2、软件：C程序编译器 【设计要求】 根据霍夫曼编码原则，利用C语言设计并实现霍夫曼编码和解码程序，要求能够对给出的典型文本数据和图像数据进行霍夫曼编解码，并计算相应的熵和压缩比。 【实验原理】 Huffman编码属于熵编码的方法之一，是根据信源符号出现概率的分布特性而进行的压缩编码。 Huffman编码的主要思想是：出现概率大的符号用长的码字表示；反之，出现概率小的符号用短的码字表示。 Huffman编码过程描述： 1. 初始化: 将信源符号按出现频率进行递增顺序排列，输入集合L; 2. 重复如下操作直至L中只有1个节点: (a) 从L中取得两个具有最低频率的节点，为它们创建一个父节点； (b) 将它们的频率和赋给父结点，并将其插入L; 3. 进行编码： 从根节点开始，左子节点赋予1，右节点赋予0，直到叶子节点。 【基本定义】
1. 熵和平均编码符号长度 熵是信息量的度量方法，它表示某一事件出现的概率越小，则该事件包含的信息就越多。根据Shannon 理论，信源S 的熵定义为2()log (1/)i i i H s p p =∑,其中i p 是符号i S 在S 中出现的概率；2log (1/)i p 表示包含在i S 中的信息量，也就是编码i S 所需要的位数 假设符号i S 编码后长度为l i (i=1,…,n)，则平均编码符号长度L 为：i i i L p l =∑ 2. 压缩比 设原始字符串的总长度为L orig 位,编码后的总长度为L coded 位，则压缩比R 为 R = (L orig - L coded )/ L orig 【例子】 有一幅40个象素组成的灰度图像，灰度共有5级，分别用符号A 、B 、C 、D 和E 表示，40个象素中出现灰度A 的象素数有15个，出现灰度B 的象素数有7个，出现灰度C 的象素数有7个等等，如表1所示。如果用3个位表示5个等级的灰度值，也就是每个象素用3位表示，编码这幅图像总共需要120位。 根据Shannon 理论，这幅图像的熵为 H (S ) = (15/40)?2log (40/15)+(7/40)?2log (40/7)+ +(5/40)?2log (40/5)=2.196 平均编码符号长度L 为(15/40)*1+(7/40)*3+(7/40)*3+(6/40)*3+(5/40)*3 ＝ 2.25 根据霍夫曼编码原则可以得到如下的霍夫曼编码表。 霍夫曼码的码长虽然是可变的，但却不需要另外附加同步代码。例如，码串中的第1位为0，那末肯定是符号A ，因为表示其他符号的代码没有一个是以0开始的，因此下一位就表示下一个符号代码的第1位。同样，如果出现“110”，那么它就代
第五章 信源编码（第十讲） （2课时） 主要内容：（1）编码的定义（2）无失真信源编码 重点：定长编码定理、变长编码定理、最佳变长编码。 难点：定长编码定理、哈夫曼编码方法。 作业：5。2，5。4，5。6； 说明：本堂课推导内容较多，枯燥平淡，不易激发学生兴趣，要注意多讨论用途。另外，注意，解题方法。多加一些内容丰富知识和理解。 通信的实质是信息的传输。而高速度、高质量地传送信息是信息传输的基本问题。将信源信息通过信道传送给信宿，怎样才能做到尽可能不失真而又快速呢？这就需要解决两个问题：第一，在不失真或允许一定失真的条件下，如何用尽可能少的符号来传送信源信息；第二，在信道受干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大。为了解决这两个问题，就要引入信源编码和信道编码。 一般来说，提高抗干扰能力（降低失真或错误概率）往往是以降低信息传输率为代价的；反之，要提高信息传输率常常又会使抗干扰能力减弱。二者是有矛盾的。然而在信息论的编码定理中，已从理论上证明，至少存在某种最佳的编码或信息处理方法，能够解决上述矛盾，做到既可靠又有效地传输信息。这些结论对各种通信系统的设计和估价具有重大的理论指导意义。 §3.1 编码的定义 编码实质上是对信源的原始符号按一定的数学规则进行的一种变换。 讨论无失真信源编码，可以不考虑干扰问题，所以它的数学描述比较简单。图 3.1是一个信源编码器，它的输入是信源符号},,,{21q s s s S =，同时存在另一符号},,,{21r x x x X =，一般来说，元素xj 是适合信道传输的，称为码符号（或者码元）。编码器的功能就是将信源符号集中的符号s i （或者长为N 的信源符号序列）变换成由x j (j=1,2,3,…r)组成的长度为l i 的一一对应的序列。 输出的码符号序列称为码字，长度l i 称为码字长度或简称码长。可见，编码就是从信源符号到码符号的一种映射。若要实现无失真编码，则这种映射必须是一一对应的，并且是可逆的。 码符号的分类： 下图是一个码分类图
《信息论与信源编码》实验报告 1、实验目的 (1) 理解信源编码的基本原理； (2) 熟练掌握Huffman编码的方法； (3) 理解无失真信源编码和限失真编码方法在实际图像信源编码应用中的差异。 2、实验设备与软件 (1) PC计算机系统 (2) VC++6.0语言编程环境 (3) 基于VC++6.0的图像处理实验基本程序框架imageprocessing_S (4) 常用图像浏览编辑软件Acdsee和数据压缩软件winrar。 (5) 实验所需要的bmp格式图像（灰度图象若干幅） 3、实验内容与步骤 (1) 针对“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”进行灰度频率统计（即计算图像灰度直方图），在此基础上添加函数代码构造Huffman码表，针对图像数据进行Huffman编码，观察和分析不同图像信源的编码效率和压缩比。 (2) 利用图像处理软件Acdsee将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像 3.bmp”转换为质量因子为10、50、90的JPG格式图像（共生成9幅JPG图像），比较图像格式转换前后数据量的差异，比较不同品质因素对图像质量的影响； (3) 数据压缩软件winrar将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”分别生成压缩包文件，观察和分析压缩前后数据量的差异； (4) 针对任意一幅图像，比较原始BMP图像数据量、Huffman编码后的数据量（不含码表）、品质因素分别为10、50、90时的JPG文件数据量和rar压缩包的数据量，分析不同编码方案下图像数据量变化的原因。 4、实验结果及分析 (1)在VC环境下，添加代码构造Huffman编码表，对比试验结果如下： a.图像1.bmp：
姓名：专业：学号： ADPCM编码实验 一、实验目的 1、了解语音编码的工作原理，验证adpcm编译码原理。 2、熟悉adpcm抽样时钟，编码数据和输入速出时钟之间的关系。 3、了解adpcm专用大规模集成电路的工作原理和应用 二、实验仪器 1、JH5001通信原理综合实验系统。 2、20M双踪示波器。 3、信号源。 三、实验原理 1ADPCM编译码模块中，由收、发两个支路组成，在发送支路上发送信号经U501A运放后放大后，送入U502的2脚进行ADPCM编码。编码输出时钟为BCLK（256KHz），编码数据从U502的20脚输出（DT_ADPCM1），FSX为编码抽样时钟（8KHz）。编码之后的数据结果送入后续数据复接模块进行处理，或直接送到对方ADPCM译码单元。在接收支路中，收数据是来自解数据复接模块的信号（DT_ADPCM_MUX），或是直接来自对方PCM/ADPCM编码单元信号（DT_ADPCM2），在接收帧同步时钟FSX（8KHz）与接收输
入时钟BCLK（256KHz）的共同作用下，将接收数据送入U502中进行ADPCM译码。译码之后的模拟信号经运放U501B放大缓冲输出，送到用户接口模块中。 2、各跳线功能如下： 1、跳线开关K501是用于选择输入信号，当K501置于N（正常）位置时，选择来自用 户接口单元的话音信号；当K501置于T（测试）位置时选择测试信号。测试信号主要用于测试ADPCM的编译码特性。测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号，当设置在交换模块内的跳线开关KO01设置在1_2位置（左端）时，选择内部1KHz测试信号；当设置在2_3位置（右端）时选择外部测试信号，测试信号从J005模拟测试端口输入。 2、跳线器K502用于设置发送通道的增益选择，当K502置于N（正常）位置时，选择 系统平台缺省的增益设置；当K502置于T（调试）位置时可将通过调整电位器W501设置发通道的增益。 3、跳线器K504用于设置ADPCM译码器数据信号选择，当K504置于MUX（左）时 处于正常状态，解码数据来自解数据复接模块的信号；当K504置于ADPCM2（中）时处于正常状态，解码数据直接来自对方ADPCM编码单元信号；当K504置于LOOP （右）时ADPCM单元将处于自环状态。 4、跳线器K503用于设置接收通道增益选择，当K503置于N（正常）时，选择系统平 台缺省的增益设置；当K503置于T（调试）时将通过调整电位器W502设置收通道的增益。 3、各测试点的定义如下： 1、TP501：发送模拟信号测试点 2、TP502：PCM/ADPCM发送码字 3、TP503：PCM/ADPCM编码器输入/输出时钟 4、TP504：PCM/ADPCM编码抽样时钟 5、TP505：PCM/ADPCM接收码字 6、TP506：接收模拟信号测试点 四、实验步骤及数据分析 （一）ADPCM 编码器 1. 输出时钟和抽样时钟信号观测 用示波器同时观测帧同步时隙信号（TP504）和输出时钟信号（TP503），观测时以TP504
实验三 无失真信源编码 一、[实验目的] 1、理解香农第一定理指出平均码长与信源之间的关系； 2、加深理解香农编码具有的重要的理论意义。 3、掌握霍夫曼编码的原理； 4、掌握霍夫曼编码的方法和步骤； 二、[实验环境] windows XP,MATLAB 7 三、[实验原理] 香农第一定理： 设离散无记忆信源为 12 (1) (2)....()S s s sq P p s p s p sq ????=???????? 熵为H(S)，其N 次扩展信源为 12 (1) (2)....()N q S p p p q P αααααα????=???????? 熵为H(S N )。码符号集X=（x1,x2,…,xr ）。先对信源N S 进行编码，总可以找 到一种编码方法，构成惟一可以码，使S 中每个信源符号所需的平均码长满足： 1N L H S H S N N +>≥（）（）logr logr 当N →∞时 lim ()N r N L H S N →∞= N L 是平均码长 1 ()N q N i i i L p αλ==∑ i λ是i α对应的码字长度 四、[实验内容] 1、在给定离散无记忆信源 S P s1 s2 s3 s4 1/8 5/16 7/16 1/8 =
条件下，实现二进制霍夫曼编码，求最后得到的码字并算出编码效率。 五、[实验过程] 每个实验项目包括：1)设计思路2)实验中出现的问题及解决方法； 某一离散信源概率分布：p=[1/2,1/4,1/8,1/16,1/16] 求信源的熵，并对该信源进行二元哈夫曼编码，得到码字和平均码长以及编码效率。 Matlab程序： function [h,l]=huffman(p) p=[1/2 1/4 1/8 1/16 1/16]; if length(find(p<0))~=0, error('Not a prob.vector,there is negative component') end if abs (sum(p)-1)>10e-10 error('Input is not a prob.vector,the sun of the components is not equal to 1') end n=length(p); q=p; m=zeros(n-1,n); for i=1:n-1 [q,l]=sort(q); m(i,:)=[l(1:n-i+1),zeros(1,i-1)]; q=[q(1)+q(2),q(3:n),1]; end for i=1:n-1 c(i,:)=blanks(n*n); end c(n-1,n)='0'; c(n-1,2*n)='1'; for i=2:n-1
5.1 设信源12 34567()0.20.190.180.170.150.10.01X x x x x x x x P X ????=???????? (1) 求信源熵H(X)； (2) 编二进制香农码； (3) 计算平均码长和编码效率。 解： (1) symbol bit x p x p X H i i i /609.2)01.0log 01.01.0log 1.015.0log 15.017.0log 17.018.0log 18.019.0log 19.02.0log 2.0() (log )()(22222227 1 2=?+?+?+?+?+?+?-=-=∑= 0.0 --- 0.000000 2) 0.2*2 = 0.4 0 0.4*2 = 0.8 0 0.8*2 = 1.6 1 3) 0.39 * 2 = 0.78 0 0.78 * 2 = 1.56 1 0.56 * 2 = 1.12 1 4) 0.99 * 2 = 1.98 1 0.98 * 2 = 1.96 1 0.96 * 2 = 1.92 1 0.92 * 2 = 1.84 1 0.84 * 2 = 1.68 1 0.68 * 2 = 1.36 1 0.36 * 2 = 0.72 0 (3) % 1.8314.3609.2)()(14 .301 .071.0415.0317.0318.0319.032.03)(=====?+?+?+?+?+?+?==∑K X H R X H x p k K i i i η
5.2 对信源??????=????? ?01.01.015.017.018.019.02.0)(765432 1x x x x x x x X P X 编二进制费诺码，计算编码效率。 % 2.9574.2609.2)()(74 .2=====K X H R X H i η 5.3 对信源??????=????? ?01.01.015.017.018.019.02.0)(765432 1x x x x x x x X P X 编二进制和三进制哈夫曼码，计算各自的平均码长和编码效率。 解： % 9.9572.2609.2)()(72 .2=====K X H R X H i η
脉冲编码调制(PCM)实验 一、实验目的 1.了解语音信号编译码的工作原理； 2. 验证PCM 编码原理； 3. 初步了解PCM 专用大规模集成电路的工作原理和应用； 4. 了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。 二、实验仪器 双踪同步示波器1台；直流稳压电源l 台；低频信号发生器l 台；失真 度测试仪l 台；PCM 实验箱l 台。 三、实验原理 PCM数字终端机的结构示意图如下： PCM 原理图如下：
PCM 编译码原理为： 1.PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。 2.抽样:把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号； 3.量化:把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字 信号； 4.编码:将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。 5.国际标准化的PCM 码组(电话语音)是八位码组代表一个抽样值。 https://www.doczj.com/doc/307163268.html,ITT G.712 详细规定了它的S/N指标，还规定比特率为64Kb/s. 使用 A 律或u 律编码律。 内为均匀分层量化，即等问隔16 个分层。 系统性能测试有三项指标，即动态范围、信噪比特性和频率特性。在满足一定信噪比(SIN)条件下，编译码系统所对应的音频信号的幅度范围定义为动态范围。
PCM 编译码系统动态范围样板值图： 动态范围测试框图： （一）时钟部分： 1.主振频率为4096KHz；用示波器在测试点(1)观察主振波形，用 示波器测量其频率。同样在(2) 、(3)和(4)观察并测量其它时钟信 号，并记录各点波形的频率和幅度。 （二）PCM编译码器： 1.音频信号(f=1KHz,Vpp=2V) 从(5)、(5’)输入；在(6)观察到PCM 编 码输出的码流； 2.连接(6)-(7)，在测试点(8)可观察到经译码和接收低通滤波器恢复 出的输出音频信号，记录测试此点的波形参数。 （三）系统性能测试： 1.动态范围：取输入信号的最大幅度为5Vpp，信号由小至大调节， 测出此时的S/N值，记录于表。 2. 信噪比特性：在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高)， 在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在500Hz、 1000Hz、1500Hz、2000Hz、3000Hz；记录对应的信噪比。 3.频率特性：选一合适的输入电平(Vin=2Vpp) ，改变输入信号的 频率，在(8)处逐频率点测出译码输出信号的电压值，频率特性 测试数据记录于表。