基于simulink的A律13折线量化编码性能仿真

课程设计说明书课程设计名称：专业课程设计课程设计题目：基于Simulink的A律13折线量化编码性能仿真学院名称：信息工程学院专业：通信工程班级：100421学号：10042134姓名：吴涌涛评分：教师：程宜凡2013年7月2日专业课程设计任务书2012－2013学年第2学期第17周－19周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目基于Matlab的A律13折量化编码性能仿真研究内容及要求设计内容：通过脚本编程或者Simulink实现A律13折量化编码性能仿真。设计要求：1、以一正弦信号作为输入信号，用示波器模块观察A律13折量化编码后的信号，与量化前的信号进行对比；2、仿真A律13折量化误差，对理论推导进行验证。进度安排17周：相关资料收集，方案比较与选择。18周：编写脚本，建立Simulink仿真系统，系统调试。19周：设计结果验收，报告初稿的撰写。学生姓名：吴涌涛指导时间指导地点：E楼607室任务下达2013年6月19日任务完成2013年7月3日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师程宜凡系（部）主任付崇芳摘要在当今信息化时代，模拟通信已不能满足人们的需求，需要实现模拟信号的数字传输。通过对模拟信号抽样，量化，编码完成A/D转换，而抽样信号的量化方法分为均匀量化和非均匀量化两种，在通信中，电话信号的非均匀量化可以有效地改善其信号量噪比，ITU对电话信号制定了具有对数特性的非均匀量化标准建议，A律13折线法和μ律15折线法，在我国通常采用13折线法。本次试验通过MATLAB中的simulink对A律13折线编码过程进行建模仿真，分析比较均匀量化和非均匀量化的输出量化电平以及量化误差等几个方面，理解非均匀量化和均匀量化的不同特性区别。仿真中用正弦信号模拟语音输入，分别通过均匀量化和非均匀量化（13折线法），用示波器观察两种编码后的信号波形，并与编码前的信号进行分析比较，分析其量化误差，对理论推导进行验证。通过Simulink仿真，语音信号经过量化编码后，量化误差在允许范围内，并且仿真结果与理论知识基本相符合，结果符合要求。关键字：A律13折线、量化编码、simulink仿真、量化误差目录前言..................................................................1第一章A律十三折线的编码仿真内容及要求................................21.1设计内容：.........................................................21.2设计要求：.........................................................2第二章Simulink仿真系统...............................................32.1Simulink简介......................................................32.2Simulink的工作环境................................................32.2.1simulink模块库..............................................32.2.2设计仿真模型.................................................4第三章A律13折线的量化编码原理.......................................63.1量化的原理........................................................63.2均匀量化.........................................................63.3非均匀量化.........................................................93.3.1A压缩律特性................................................103.3.2十三折线压缩特性............................................11第四章A律13折线量化编码仿真........................................144.1A律13折线量化编码系统...........................................144.1.1基带信号....................................................154.2采样量化器.......................................................164.2.1均匀量化....................................................164.2.2非均匀量化（A律13折线量化）...............................17第五章仿真结果分析..................................................195.1量化波形.........................................................195.2量化误差.........................................................20第六章结论..........................................................22参考文献.............................................................231前言A律编码（A-law）是ITU-T（国际电联电信标准局）CCITTG.712定义的关于脉冲编码的一种压缩/解压缩算法。常用于脉冲编码调制（PCM），PCM是数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。其优点就是音质好、抗干扰强、传输稳定，且噪声不易积累，可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性；灵活性强，能适应各种业务要求；此外，由于PCM可以把各种消息都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，也可实现数据传输和数据处理一体化的综合信息处理。所以，它能较好地适应社会信息化的发展要求。因此，PCM一种极具发展前途的通信方式，故在本课题中重点研究A律13折量化编码。脉冲编码包括采样、量化、编码三个部分。其中，量化分均匀量化和非均匀量化，PCM压缩算法又有A律13折线量化编码和U律15折线量化编码两种。本课题结合Simulink中的模块库对A律13折线量化编码进行建模仿真和分析，并且对均匀量化与非均匀量化的量化误差比较。2第一章A律十三折线的编码仿真内容及要求1.1设计内容：1.通过Simulink实现A律13折量化编码性能仿真；2.观察比较量化后的信号波形，分析量化误差的影响因素。1.2设计要求：1．熟悉SIMULINK仿真平台的使用方法，掌握仿真参数的设定方法；2．以一正弦信号作为输入信号，用示波器模块观察A律13折量化编码后的信号，与量化前的信号进行对比；3．仿真A律13折量化误差，对理论推导进行验证。3第二章Simulink仿真系统2.1Simulink简介Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建摸、仿真和分析的工具包。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中，供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。根据输出信号与输入信号的关系，Simulink提供3种类型的模块：连续模块、离散模块和混合模块。连续模块是指输出信号随输入信号发生连续变化的模块，离散模块则是输出信号以固定间隔变化的变化的模块。混合模块是根据输入信号的类型来确定输出信号类型的，它既能够产生连续输出信号，也能够产生离散输出信号。2.2Simulink的工作环境当采用Simulink进行建摸和仿真时，一般是从Simulink模型库中提供的模块出发，通过组合各种模块来完成模块的设计。Simulink模型库提供了一种模块的集成环境，通过它可以快速地开发各种仿真模型。2.2.1simulink模块库在MATLAB工作区中输入“Simulink”并回车，就进入了Simulink模型库。其中，本课题用到SourceCoding（信源编码模块库），其包含各种用于实现抽样和量化功能的模块，包括抽样量化编码器模块等。4图2.1simulink模块库界面2.2.2设计仿真模型在MATLAB主窗口或Simulink模型库的菜单栏中依次选择“File”|“New”|“Model”，MATLAB生成一个空白的仿真模型窗口。在设计仿真模型的过程中，如果Simulink模型库中包含了仿真模型所需的模块，直接把模块拖到仿真模型中即可。Simulink模型库中的模块一般具有各种才参数设置。在仿真窗口再双击模块，弹出该模块的参数设置对话框，这时候可以修改模块中各个参数的数值。通常情况下，仿真模块的设计过程就是对Simulink模型库中各个模块的一种组合。5Simulink模块库按功能分为以下16类子模块库：（1）CommonlyUsedBlocks模块库，为仿真提供常用软件；（2）Continuous模块库，为仿真提供连续系统；（3）Discontinutiles模块库，为仿真提供非连续系统软件；（4）Discrete模块库，为仿真提供离散软件；（5）LogicandBitOperations模块库，提供逻辑运算和位运算的软件；（6）LookupTables模块库，线形插值查表模块库；（7）MathOperations模块库，提供数学功能软件；（8）ModelVerification模块库，模型验证库；（9）Model-wideUtilities模块库；（10）Ports&Subsystems模块库，端口和子系统；（11）SignalAttributes模块库，信号属性模块；（12）SignalRouting模块库，提供用于输入输出控制的相关信号及相关处理；（13）Sinks模块库，为仿真提供输出设备；（14）Sources模块库，为仿真提供各种信号源；（15）User-definedFunctions模块库，用户自定义函数元件；（16）AdditionalMath&Discrete模块库。6第三章A律13折线的量化编码原理3.1量化的原理量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图3.1所示，量化器Q输出L个量化值ky，k=1，2，3，…，L。ky常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在kx与1kx之间时，量化器输出电平为ky。这个量化过程可以表达为：1(),1,2,3,,kkkyQxQxxxykL这里kx称为分层电平或判决阈值。通常kkkxx1称为量化间隔。图3.1模拟信号量化3.2均匀量化设模拟信号的抽样值为m(kT),其中T是抽样周期，k是整数。此抽样值还是一个取值连续变化的，即它可以有无数个可能的连续取值，若用N个二进制数字信号来代表该采样值的大小，以便利用