程 设 计 报
课题名称 DPCM编译码器设计及应用
专 业班 级学 号
姓 名
指导教师
2013年12月21 日 课告
湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书
课程名称 通信原理
课 题 DPCM编译码器设计及应用
专业班级 学生姓名 学 号
指导老师
审 批
任务书下达日期 2013年12月 14 日
任 务 完成日期 2013年12月 21 日
一、课程设计内容
1.课程设计目的：
通过课程设计，使学生加强对通信系统的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，培养他们动脑动手﹑独立完成通信系统设计与实现的实践能力，真正实现由课本知识向实际能力的转化；
2.课题题目
题目1 DPCM编译码器设计及应用：
要求：（1）编程实现DPCM编译码器
（2）输入模拟话音信号观察其输出波形；
（3）输入数字信号观察其输出波形
（4）对所设计的系统性能进行仿真分析
题目2 二进制数字信号最佳基带传输系统设计
要求：（1）编程实现常见基带信号的波形、码型转换：双极性非归零/归零码、
AMI码、HDB3码；
（2）并绘出每种波形、码型的功率谱分布，给出与在理论课上所学相符
合的分析与理解；
（3）编程实现最佳基带传输系统的误码率计算（分别采用AMI码和HDB3
码，并进行比较分析）；
题目3 二进制确知信号最佳带通传输系统设计
要求：（1）编程实现二进制数字信号最佳带通传输系统（分别采用2FSK、2PSK
调制技术，解调均采用相干解调）
（2）输入数字信号序列并进行接收判决。
（3）通过多次输入输出对两种系统性能进行分析比较
（4）绘出信号的时域波形和频谱图；
题目4 二进制随相信号最佳带通传输系统设计
要求：（1）编程实现二进制随相信号最佳带通传输系统（分别采用2ASK、2FSK、2PSK调制技术，解调均采用相干解调）
（2）输入数字信号序列并进行接收判决。
（3）通过多次输入输出对两种系统性能进行分析比较
（4）绘出信号的时域波形和频谱图；
题目5 SSB调制/解调系统的设计
要求：（1）编程实现SSB调制/解调系统（SSB调制采用移相法实现）。
（2）输入模拟话音信号观察其输出波形。
（3）对所设计的系统抗噪声性能进行仿真分析。
题目6 FM调制/解调系统的设计
要求：（1）编程实现FM调制/解调系统（分别采用直接调频和间接调频）
（2）输入模拟话音信号观察其输出波形。
（3）对所设计的系统抗噪声性能进行仿真分析。
二、课程设计要求：
设计课题题目：每位同学根据自己学号除以6所得的余数加一选择相应题号的
课题。换题者不记成绩。
要求：掌握通信系统中的关键技术——调制、解调、PCM编解码等的基本原理；具备通信系统的初步设计和分析能力。
①培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
②通过设计和实现通信系统，更加深入的理解通信技术的基本原理和应用。
③掌握Matlab/Simulink在通信工程中的应用；
④培养严谨的工作作风和科学态度。
三、课程设计进度安排
目 录
一．课程设计要求 .................................................................................................................... 1
1.课设要求 ......................................................................................................................... 1
2.课题要求 ......................................................................................................................... 1
二．基本原理 ............................................................................................................................ 1
三．设计方案 ............................................................................................................................ 2
1.DPCM编码及解码过程和原理 ........................................................................................ 2
2.语音信号采集 ................................................................................................................. 3
3模拟信号编码解码设计 .................................................................................................. 3
4.数字信号编码解码设计 ................................................................................................. 4
四．设计结果及其分析 ............................................................................................................ 5
1.原始声音信号波形和频谱 ............................................................................................. 5
2.模拟信号DPCM编码解码 ............................................................................................... 6
3 数字信号DPCM编码解码 ............................................................................................... 6
五．小结 .................................................................................................................................... 7
六．参考文献 ............................................................................................................................ 7
课题名称 DPCM编译码器设计及应用
一．课程设计要求
1.课设要求
要求：掌握通信系统中的关键技术——调制、解调、PCM编解码等的基本原理；具备通信系统的初步设计和分析能力。
①培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
②通过设计和实现通信系统，更加深入的理解通信技术的基本原理和应用。
③掌握Matlab/Simulink在通信工程中的应用；
④培养严谨的工作作风和科学态度。
2.课题要求
（1）编程实现DPCM编译码器
（2）输入模拟话音信号观察其输出波形；
（3）输入数字信号观察其输出波形
（4）对所设计的系统性能进行仿真分析
二．基本原理
DPCM基本原理:
DPCM编码,简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式(抽样差值的含义请参见“增量调制”)。这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。
对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这类瞬时斜率比较大的信号，通常采用一种综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制，或称差值脉码调制，用DPCM表示。
这种调制方式的主要特点是把增量值分为个等级，然后把个不同等级的增量值编为位二进制代码( )再送到信道传输，因此，它兼有增量调制和PCM的各自特点。
设这个误差电压经过量化后变为个电平中的一个，电平间隔可以相等，也可以不等，这里认为它是间隔相等的均匀量化。量化了的误差电压经过脉冲调制器变为PAM脉冲序列，这个PAM信号一方面经过PAM编码器编码后得到DPCM信号发送出去。另一方面把它经过积分器后变为与输入信号x(t)进行比较，通过相减器得到误差电压e(t)。 实验表明，经过DPCM调制后的信号，其传输的比特率要比PCM的低，相应要求的系统传输带宽也大大地减小了。此外，在相同比特速率条件下，DPCM比PCM信噪比也有很大的改善。与ΔM相比，由于它增多了量化级，因此，在改善量化噪声方面优于ΔM系统。DPCM的缺点是易受到传输线路上噪声的干扰，在抑制信道噪声方面不如ΔM。
三．设计方案
1.DPCM编码及解码过程和原理
图1 DPCM编、解码原理图 系统包括，发送、接收和信道传输三个部分。发送端由编码器、量化器、预测器和加／减法器组成；接收端包括解码器和预测器等；信道传送以虚线表示。由图可见DPCM系统具有结构简单，容易用硬件实现（接收端的预测器和发送端的预测器完全相同）的
优点。图中输入信号f(i,j)是坐标为(i, j)像素点的实际灰度值，f(i, j)是由已出现先
前相邻像素点的灰度值对该像素点的预测灰度值。e(i, j)是预测误差。假如发送端不带量化器，直接对预测误差e(i, j)进行编码、传送，接收端可以无误差地恢复f(i, j)。这是可逆的无失真的DPCM编码，是信息保持编码；但是，如果包含量化器，这时编码器对e(i, j)编码，量化器导致了不可逆的信息损失，这时接收端，经解码恢复出的灰度信号，
不是真正的f(i, j)，以f(i, j)表示这时的输出。可见引入量化器会引起一定程度的信息损失，使图像质量受损。但是，为了压缩比特数，利用人眼的视觉特性，对图像信息丢失不易觉察的特点，带有量化器有失真的DPCM编码系统还是普遍被采用。
2.语音信号采集
clear;clc;
[x1,fs,bits]=wavread('d:/a');
%sound(x1,fs,bits);
y1=fft(x1,32768);%求频谱函数而且fft求的的频谱函数具有对称性
figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(x1);
title('原始语音信号时域波形');
subplot(2,1,2)
plot(abs(y1));%求整数的绝对值
title('原始语音信号频谱')
3模拟信号编码解码设计
Ts=0.001; %采样间隔
t=0:Ts:20*Ts; %仿真时间序列
x=2*sin(2*pi*50*t); %信号
for i=2001:2021
x(i-2000)=x1(i);
end
delta=0.4; %量化阶距
D(1+length(t))=0; %预测器初始状态
for k=1:length(t)
e(k)=x(k)-D(k);
e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);%量化器输出
D(k+1)=e_q(k)+D(k); %延迟器状态更新
codeout(k)=(e_q(k)>0); %编码输出
end
figure(2)
subplot(4,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,-2 2]);
%解码端
Dr(1+length(t))=0; %解码端预测器初始状态 for k=1:length(t)
eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); %解码
xr(k)=eq(k)+Dr(k);
Dr(k+1)=xr(k); %延迟器状态更新
end
subplot(4,1,3);stairs(t,xr);axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on; %解码输出 subplot(4,1,4);plot(t,x); %原信号
4.数字信号编码解码设计
Ts=0.002; %采样间隔
t=0:Ts:20*Ts; %仿真时间序列
x=[];
for i=1:21
if rand()>0.5
k=1;
else
k=-0;
end
x=[x k];
end
delta=0.4; %量化阶距
D(1+length(t))=0; %预测器初始状态
for k=1:length(t)
e(k)=x(k)-D(k);
e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);%量化器输出
D(k+1)=e_q(k)+D(k); %延迟器状态更新
codeout(k)=(e_q(k)>0); %编码输出
end
subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,0 2]); %解码端 Dr(1+length(t))=0; %解码端预测器初始状态 for k=1:length(t)
eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); %解码
xr(k)=eq(k)+Dr(k);
Dr(k+1)=xr(k); %延迟器状态更新
end
subplot(3,1,3);stairs(t,xr);hold on; %解码输出
subplot(3,1,3);plot(t,x); %原信号
四．设计结果及其分析
1.原始声音信号波形和频谱
原始语音信号时域波形
1
0.5
-0.5
-[1**********]4
x 10
原始语音信号频谱
2000
1500
1000
500
000.511.522.533.5
x 1044
图2 模拟原始信号频谱
2.模拟信号DPCM编码解码
20-220-20.50-0.5
0.0020.0040.006
0.008
0.01
0.0120.0140.0160.018
0.02
0.0020.0040.006
0.008
0.01
0.0120.0140.0160.018
0.02
0.0020.0040.006
0.008
0.01
0.0120.0140.0160.018
0.02
0.0020.0040.0060.008
0.01
0.0120.0140.0160.018
0.02
图3 模拟信号编码解码
3 数字信号DPCM编码解码
21
01.510.500
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04
图4 数字编码输出
五．小结
通过本次课程设计，我们了解了DPCM编码与解码原理，特别是MATLAB实现与调制性能分析，把本学期学的通信原理等通信类科目的内容应用到本课程设计中来，进一步巩固复习通信原理，MATLAB等课程，以达到融会贯通的目的。我懂得DPCM编码我们深刻的体会到理论知识内容的学习联系具体的实践操作，在提高实践操作能力的同时，增强了对理论内容的理解与掌握，真正实现了学以致用。通过本次课程设计，我清楚的认识到自己在实际动手操作方面还比较薄弱，缺乏系统化、规范化的学习与训练，在今后的学习过程中应当加以强化。通过本次课程设计，我还深刻的意识到自己在将理论内容转化为实际模型方面的能力比较欠缺，对于知识的学习，只有具备了将其转化为具体问题的能力才算真正对其掌握，仅仅停留在看懂教材、会做习题、通过考试是远远不够的。因此，在今后的学习过程之中，应当注意对这些方面能力的培养与强化。
六．参考文献
[1]赵鸿图编著.通信原理MATLAB仿真教程[M].人民邮电出版社 [2]樊昌信 曹丽娜编著.通信原理[M].国防工业出版社
课程设计评分表
教师签名： 日 期：