模拟信号数字化：PCM、DPCM与ADPCM

"模拟信号编码传输，主要涉及模拟信号的数字化过程，包括抽样、量化和编码等步骤，尤其关注脉冲编码调制(PCM)、差分脉冲编码调制(DPCM)、增量调制(ΔM)和自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)等技术。" 在通信领域，模拟信号编码传输是将连续的模拟信号转化为数字信号的过程，以便在数字系统中处理、存储和传输。这一过程主要由三步组成：抽样、量化和编码。 1. **理想低通抽样定理**：抽样是模拟信号数字化的第一步，根据奈奎斯特定理，如果一个模拟信号的最高频率成分不超过fmax，那么该信号可以被无失真地恢复，只要抽样频率fs大于2fmax。抽样定理确保了在采样过程中不会丢失信号的关键信息。 2. **线性量化与量化信噪比**：量化是将抽样得到的连续值转换为离散的数字值。线性量化是最简单的量化方式，但可能会引入量化噪声。量化信噪比(QNR)是衡量量化质量的重要指标，它表示量化信号功率与量化噪声功率之比。 3. **非线性量化策略**：在处理如语音这样的非均匀信号时，非线性量化策略如A律和μ律量化更加有效。A律和μ律量化主要用于pcm系统，尤其是13折线A律和μ律量化，它们能更好地适应信号动态范围的变化。 4. **预测编码**：预测编码是一种提高编码效率的方法，它通过预测下一个样本值来减少需要传输的信息量。DPCM（差分脉冲编码调制）基于前一时刻的样本预测当前样本，从而减少数据量。DM（增量调制）和ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）则进一步优化了预测过程，ADPCM能够根据信号变化自适应调整量化步长，提高编码效率和信号质量。 5. **PCM基群**：PCM是模拟信号编码的基石，它是一种固定的量化步长和固定抽样率的编码方式。在电话系统中，PCM基群通常包含32个时隙，每个时隙用于传输一路电话信号。 6. **信源编码**：模拟信号数字化不仅限于简单的抽样和量化，还包括信源编码。无失真信源编码力求在不损失信息的情况下进行编码，而有损编码如压缩编码则在一定程度上牺牲信号质量以节省资源。 7. **信息论背景**：模拟信号的数字化属于信息论中的信源编码范畴，旨在通过编码减少信息的冗余，提高存储和传输效率。这一过程可能包括熵编码、算术编码、预测编码等技术。 本章深入探讨了模拟信号如何通过抽样、量化和编码转化为数字信号，同时涉及到了多种编码技术，这些都是现代通信系统的基础，如电话网络、数字音频和视频传输等。这些技术的掌握对于理解和设计高效的通信系统至关重要。