1、脈沖編碼調(diào)制

脈沖編碼調(diào)制（PCM，Pulse Code Modulation）簡稱脈碼調(diào)制，是一種將模擬語音信號變換成數(shù)字信號的編碼方式。

1937年，法國工程師Alec Reeres最早提出脈沖編碼調(diào)制的概念。1946年美國貝爾實驗室實現(xiàn)了第一臺PCM數(shù)字電話終端機。20世紀(jì)70年代后期，超大規(guī)模集成電路的PCM編解碼器的出現(xiàn)，使PCM在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中獲得了更廣泛的應(yīng)用。

PCM指將模擬話音信號經(jīng)抽樣、量化、編碼三個步驟變換為一個64kbit/s速率的數(shù)字信號流的過程。

抽樣是把模擬信號轉(zhuǎn)換成離散時間、幅度連續(xù)的抽樣信號（PAM），為在收端能順利恢復(fù)原信號，要求抽樣脈沖頻率應(yīng)滿足抽樣定理，即抽樣脈沖頻率至少要大于或等于被抽樣模擬信號中所包含最高頻率的兩倍。對于300~3400Hz的話音信號，一般規(guī)定抽樣脈沖頻率為8000Hz。

量化是指將PAM信號連續(xù)變化的幅度值變換為不連續(xù)的有限個間隔量值的過程。這種變換帶來的誤差稱為量化誤差。幅度被量化后，用八位脈沖的有無組合來表征其量化值的大小，這就是所謂的編碼。經(jīng)過編碼，300~3400Hz的話音信號被變換為一個64kbit/s的數(shù)字碼流。編碼后的PCM碼組經(jīng)數(shù)字信道傳輸，可以是直接的基帶傳輸或者是微波、廣播載頻調(diào)制后的通帶傳輸。

為減少量化噪聲及大信號過載噪聲，通常采用壓擴技術(shù)，即在發(fā)送端對模擬信號進(jìn)行量化之前先用對數(shù)函數(shù)對幅度信號進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)行均勻量化編碼；在收端做相反處理，即譯碼后用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擴張，恢復(fù)其原信號。ITU-T建議G.712對PCM設(shè)備中采用的壓擴特性有明確規(guī)定，對1544kbit/s數(shù)字系列PCM基群采用μ律壓縮函數(shù)，而對于2048kbit/s數(shù)字系列PCM基群采用A律壓縮函數(shù)。規(guī)定A律壓擴特性用13折線近似。

13折線近似A律壓擴特性編碼的規(guī)則詳見下表1。

表1：13折線近似A律壓擴特性編碼的規(guī)則

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2、自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制

自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM，Adaptive Differential Pulse Code modulation）是一種為數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率而發(fā)展起來的語音壓縮編碼技術(shù)。

現(xiàn)有的PCM編碼需采用64kbit/s的A律或μ律對數(shù)壓擴的方法才能符合長途電話傳輸話音的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在最簡單的二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)中，傳輸64kbit/s的數(shù)字信號所需的最小頻帶帶寬理論值為32kHz。而模擬單邊帶多路載波電話占用的頻帶僅為4kHz。因此在頻帶帶寬嚴(yán)格受限的傳輸系統(tǒng)中，能傳送的PCM電話話路要比模擬單邊帶通信方式傳送的電話話路少得多。這樣，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)、超短波波段的移動通信網(wǎng)以及短波通信系統(tǒng)中64kbit/s的PCM法，其性能很難與其他方式相比擬。

通常，人們把低于64kbit/s速率的話音編碼方法稱為話音壓縮編碼技術(shù)。例如自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM）、子帶編碼（SBC）、變換域編碼（ATC）、多脈沖激勵線性預(yù)測編碼（MPLPC）、參數(shù)或波形矢量編碼（VQ），以及碼激勵預(yù)測編碼（CELP）等等。多年來的研究表明，自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM）是語音壓縮編碼中復(fù)雜度較低的一種方法，它能在32kbit/s速率上達(dá)到符合64kbit/s速率的話音質(zhì)量要求。為此，ITU-T經(jīng)過三年多時間（1981~1984年）的討論，提出了32kbit/s ADPCM語音編碼的G.721建議，作為長途傳輸中新型的國際通用語音編碼方法。1986年6月又對G.721建議進(jìn)行了適當(dāng)修正，使32kbit/s ADPCM語音編碼方法進(jìn)一步完善，更趨于實用化。后又用G.726代替了G.721。

ITU-T G.721建議提出了能與原有PCM數(shù)字電話網(wǎng)兼容的32kbit/s ADPCM算法，主要用于擴充現(xiàn)有PCM信道傳輸容量，即把兩個PCM信號合并成一個2048kbit/s的60路ADPCM信號。ADPCM信號若傳輸電話信號，相當(dāng)于每個樣值為4個比特。其主要技術(shù)指標(biāo)列于下表2中、

表2：ADPCM主要技術(shù)指標(biāo)

ADPCM算法采用標(biāo)準(zhǔn)的64kbit/s PCM信號作為其輸入、輸出接口，在輸入端將A律PCM碼轉(zhuǎn)化成自然二進(jìn)制碼，在內(nèi)部經(jīng)15級量化電平的雙模式非均勻自適應(yīng)量化器，在輸出端進(jìn)行一次反變換。另外，在ADPCM編碼系統(tǒng)中，為了防止在同步級聯(lián)（ADPCM-PCM-ADPCM-PCM-ADPCM）的情況下可能發(fā)生的量化噪聲積累問題，必須經(jīng)過同步編碼調(diào)整單元進(jìn)行一次校驗。

應(yīng)當(dāng)注意的是，ADPCM編碼方法在更低的速率上，例如16kbit/s或8kbit/s應(yīng)用時，其語音質(zhì)量明顯下降，不能達(dá)到高質(zhì)量通信系統(tǒng)的要求。但和其他語音編碼方法（如子帶編碼等）組合起來，可以達(dá)到較高的話音質(zhì)量。另外，對圖像也可進(jìn)行ADPCM，以獲得高質(zhì)量的數(shù)字化圖像信號。

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