◇四川职业技术学院 袁妙琴

通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统两大类，但数字通信无疑是现代通信的主流。模拟信号的数字化是通信过程中的重要环节，而PCM是模拟信号数字化的一种经典方式。笔者分析了根据A律13折线实现量化编码的两种方法，并基于其中一种方法设计了具体的实现方式。

1 引言

随着通信技术的发展，尤其是5G网络的逐渐覆盖，人民生活的方方面面都离不开通信系统。通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统两大类，但数字通信因为具有许多模拟通信所没有的优点而成为了现代通信的主流。但我们生活中常见的语音、图像等等信号大多为模拟的，所以要使这些信号能在数字的通信系统中传输，就必须要把模拟信号转换为数字信号，这叫做模拟信号的数字化。常见的模拟信号的数字化方法有很多，脉冲编码调制（(Pulse Code Modulation，PCM）无疑是当中非常经典的一种。

运用PCM对模拟信号的数字化，要经过抽样、量化、编码三个过程，抽样完成时间上的离散化，量化完成信号在幅度上的离散化，编码将信号转换为二进制信息。而其中的量化又分为均匀量化和非均匀量化，为了得到更好的量化效果，更多的采用非均匀量化，也就是在量化时对大信号采用大量化级差，对小信号采用小量化级差。而根据实现非均匀量化时采用的压缩扩张技术的不同，目前非均匀量化运用得较多的是A律和μ律压扩特性。笔者分析了根据A律13折线实现量化编码的两种方法（逐次反馈比较法和直接比较法），并就两种方法的特点进行了分析，并基于其中一种方法设计了具体的实现方式，希望对PCM的实现有一定的借鉴意义。

2 A律非均匀量化规则

A律的压缩特性公式为：

在A律13折线中，将第一象限的y、x各分为8段。

通过这样的划分，就可以得到在第一象限的八个点，坐标分别为（0,0）、（1/128,1/8）、（1/64,2/8）、（1/32,3/8）、（1/16,4/8）、（1/8,5/8）、（1/4,6/8）、（1/2,7/8）、（1,1）。把这八个点连起来就可以得到在第一象限的八段折线，在x、y为负值的第三象限按同样的方法也可以得到对应的八段折线，由于第一象限和第三象限的1、2段斜率相同，所以将这四段看做同一段，所以两个象限相加一共为13段折线。

在实际运用A律13折线进行数字化的过程当中，编码通常采用八位二进制折叠码。因为量化区间分为第一象限和第三象限，所以用1位极性码来表示编码的正负；无论正负，都被分为了非均匀的八段，所以用3位段落码来表示样值所处的段落；因为段内被均匀的分为16个小段，所以用4位段内码来表示样值所处的段内位置。8位编码的整体排布如下图所示：

为了计算方便通常采用归一化的方法：将所有量化间隔中的最小间隔（1/2048）定义为一个，那么归一化之后各段落的起止电平如下图所示。

3 A律13折线量化编码方法及仿真

规定了归一化方法后，就可以根据归一化电平对样值进行量化编码了，而常用的编码方法通常有两种。

3.1 逐次反馈比较法

逐次反馈比较法就是将样值与比较值进行比较，大于该位取1反之取0，而前一位的编码值会影响后一位的比较值选取。这样的比较共进行8次，完成所有8位码的编制。首先将样值与0比较，大于0极性码X1取1，小于0极性码X1取0。段落码的编制过程如下图所示。

段内码的编制过程近似，只是比较值不同。

逐次反馈比较法虽然比较的次数较多，但是每次比较都是一样的过程，所以相应的编码器是很好设计的，结构上通常分为极性判决、幅度比较和本地译码三个部分，极性判决负责生成极性码，幅度比较负责比较样值和比较值的大小，本地译码负责生成合适的比较码，仿真实现上可以通过MATLAB进行。

3.2 直接比较法

直接比较法是根据编码的原理，更快速高效的一种方法，主要分为三步依次判决极性，段落和段内码。下面举例说明，假设通过抽样得到的样值为500Δ：

（1）极性码。

500Δ>0，极性码X1=1。

（2）段落码。

256Δ<500Δ<512Δ，所以该样值落在第6段线上，段落码X2X3X4=101。

（3）段内码。

因为落在第6段线上，所以段内量化间隔为16Δ，根据公式：

（样值起始电平）/段内量化间隔=（结果取整）

可以求得样值落在段内的第几间隔上

（500Δ-256Δ）/16Δ=16

根据运算结果样值落在第16个间隔上，因为段内的16个间隔为均匀，且从0000开始编号，所以第16个间隔为15号所对应的二进制编码X5X6X7X8=1111。

直接比较法在计算上更快速，在仿真实现上可在mutisim上运用相关电路元件进行实现。现对段内码的电路实现进行说明。

整个电路分为比较电平生成，幅度比较和编码输出三个部分。①比较电平生成部分负责生成段落码的9个起止电平，运用电阻分压按照8个段落1/2递减的分布原则生成对应的比较电平。②幅度比较运用运放的窗口比较电路，实现判断样值落在哪个段落，则该段落比较器输出为0。③最后运用编码器将8个比较电路的输出编为二进制码输出。

4 结束语

通过对两种A律13折线的量化方法的分析，不难看出两种方法各有优点，逐次反馈比较法虽然过程看上去较为繁琐，但过程单一，适合运用MATLAB，EDA等软件进行实现。直接比较法过程直观，可运用电路直接实现功能，特别是对于只学习了电路相关课程的学生，可运用所学的知识在Multisim软件上直接仿真。所以，在运用软件进行仿真时，可根据方法的特点选择不同的仿真实现方法，而且也可以根据实际的环境去选择合适的方法进行仿真研究。