非均匀量化方法-13折线近似法

时间：2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：将所有线段合为一条直线的话,应用13条直线段来近似代替原曲线,故称为13折线近似法。这样x轴上共有8×16=128个不均匀分层,即有128个非均匀量化级数。①段划分为16个均匀小段,每个小段长度为图3.18 A律压缩特性的13折线近似法示意图②段划分为16个均匀小段,每个小段长度为=Δ。均匀量化时,8个段分成了2 048个Δ小段,如图3.20所示。图3.20 均匀量化时示意图这样的话x轴共有Δ=2048Δ小段。

非均匀量化方法-13折线近似法

均匀量化有一个很大的缺点,即量化信噪比随信号电平的减小显著下降,也就是说,当信号很大时,其信噪比比平均信噪比大,这是有利的,而当信号很小时,其信噪比比平均信噪比小很多。音量小的信号本来听起来就费劲,再在加上信噪比低,信号问题将更严重。

例如,Vm=128 m V,n=7,则。

那么量化平均信噪比为

当为大信号128 m V时,信噪比为

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而当为小信号1 m V时,信噪比为

以上u噪声均取m V,由此可见,小信号的信噪比远小于平均信噪比。改善措施是增加分层数,例如,把n由7改为9,Vm=128 m V,那么

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这时

可见,当小信号为1 V时,信噪比为20lg pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=33 2 dB≈18 dB,这样信噪比就大大提高了。

但是,不能无限增加码元数n,因为总的码元速率(系统)提高,小信号编码精度不易保证,设备制造烦琐,需更宽的信道频带。解决思路是采取相应弥补措施,即降低大信号的信噪比来换取小信号信噪比的提高,具体做法有两种。

第一种方法是先用压缩器对信号进行非线性压缩,非线性压缩指对大、小信号分别进行不同程度的放大,改变大小信号间的差异。线性压缩是指对大、小信号放大程度一致。

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第一种方法的特点是在发送端对输入量化器前的信号进行压缩处理,在接收端再进行相应的扩张处理,如图3.13(a)所示,信号压缩和扩张的结果示意图如图3.13(b)所示。

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图3.13 非均匀量化压扩特性原理

由图3.13可见,输入信号中幅值小的信号在压缩后幅值变大,而幅值大的信号经压缩后变小,这种输入和输出信号之间的关系是非线性的,它改变了大信号与小信号之间的比例关系,使得对大信号的增益基本不变或改变很小,而对小信号相应地按比例放大。这种经过压缩处理后的信号再进行均匀量化,最后的等效效果就是对原信号进行非线性量化。

在图3.13中,均匀量化电平为8级。一个输入信号样值脉冲在压缩前均匀量化时量化为1 m V,而在压缩特性处理后量化为5 m V,可见小信号电平明显增大,从而使信噪比增加。原来小信号1 m V的信噪比为 pagenumber_ebook=43,pagenumber_book=34 dB≈6 dB,经压缩特性处理后小信号变为5 m V,此时的信噪比为20lgdB=20lg 10 dB=20 dB。而大信号在脉冲压缩前后电平变化很小,信噪比也基本没变化。