1、CVSD 与 PCM 编码转换算法摘 要： 提出一种 PCM 和 CVSD 之间的数字转换算法。该算法在无信道传输误码的影响下，不仅满足“多次转接时无误差积累”，保证多次转接时信噪比不变,还极大地提高了单次转接时的信噪比并且根据国标和 G711 建议设计了数字 CVSD 编译码器、数字 PCM 编译码器。算法模拟结果表明，该转换算法是行之有效的、成为网间互联技术新的信源转换方法。 广告插播信息维库最新热卖芯片： P80C51BH EPM7256ERC208-15 MAX970ESD XC4062XLA-09HQ240C PBSS5540Z BA1332L MC68EC060RC66 2SB11
2、85 2SK902 IDT7025L25PF 关键词： 连续可变斜率增量调制 脉冲编码调制 编码数字转换 信噪比中图分类号 TN 9112l引 言人们在设计通信网时，通常因为考虑了用户、温度的升降、季节的转换以及环境的变迁、信道误码等影响，从而设计了各种各样的通信网。但不同的通信网存在着不同的信令以及信源编码体制，比如，野战综合通信网、卫星网、移动通信网等专业网都采用 CVSD 信源编码体制，而电话通信网采用 PCM 编码体制。面对各种各样的通信网，要想实现数据的共享是非常困难的。因此，采用数字信号码变换，便于数字通信网中数据的交换、转接、存储和处理。在数字通信网中，为了使不同数据信号能直接接
3、口，需要能从一种速率的数字信号变换成另一种速率的信号，这样可以充分扩大信息资源的有效利用以及延伸信息传递距离。本文主要研究 PCM 和 CVSD的相互转换问题。本文，首先设计了符合国际的 16kb/s CVSD 方案及 CCITTG.711A 律 PCM 方案。其次，根据“多次转接无误差积累”的思想，设计了 16kb/s CVSD 与 64KB/s PCM 编码的数字转换算法。通过计算机高级语言模拟，结果表明，该编码转换算法是正确的。 1 CVSD 与 A 律 PCM 数字编译码器的设计及指标测试 11 CVSD 数字编译码器 111 数字 CVSD 编译码器的设计根据欧洲通信组织标准，可以得
4、到模拟 CVSD 编译码器中音节平滑滤波器及编译码器中的主积分器的转移函数。(1)音节平滑滤波器转移函数为 为时间常数， 为增益因子。(2)模拟 CVSD 编码器中，主积分器采用双积分，其转移函数为(3)模拟 CVSD 译码器中，主积分器转移函数为：都是模拟 CVSD 编译码器的增益系数。采用冲激不变法把模拟域的转移函数变为数字域，从而得到数字 CVSD 编译码器。图 1 (a)数字 CVSD 编码器(b)数字 CVSD 译码器其中：音节平滑滤波器 编码器双积分器 译码器主积分器 是时间常数， 是增益因子。 均是和工作频率、通带频率及采样频率有关的系数。表 1 CVSD 数字编译码器的各参量的
5、取值参量 a1 b1 b2 c1 G1 G2c G2d16kb/s 0.9844964 1.270821 -0.320194 0.509245 1 1 1.509245图中，输出滤波器的功能一般对 CVSD 编码是相当关键的。实用的 CVSD 编码器一般输入过抽样，以便在二电平粗量化器的限制条件下达到实用编码的目的。由于这种过抽样,所以未滤波的输出阶跃函数的特性中，包含了量化噪声及输入信号频带 以外的失真分量，这就要求用低通滤波器来抑制 与 /2 之间的带外分量。根据指标：采样率为 16kHz，通带截止频率为 3.4kHz，阻带截止频率为 3.8kHz。阻带最小衰减为 0.53dB，温带最大衰
6、减为 0.0283dB。数字低通滤波器设计成五阶椭圆 IIR 滤波器。将国标表 5 中周期性测试比特序列 ag 作为 CVSD 译码器的输入 ，这些序列将在 B点产生 800Hz 音频信号。为了使 B 点产生的 800Hz 电平符合国标表 5 给出的值，确定出16kb/s CVSD 编译码器中 。 112 全数字 CVSD 编译码器的性能测试采用 800Hz 正弦信号对图 1 所示的全数字 CVSD 编译码器进行以下性能测试，为了防止差拍现象，采用 820Hz 正弦波。1)A 点和 B 点之间的插入损耗；2)频率衰减失真；3)增益随输入电平的变化；4)空闲信道噪声；5)动态范围特性；6)频率响
7、应特性；7)非线性压扩比测试结果表明，各项指标均符合国家标准。说明本文所设计的 CVSD 数字编译码器是正确的。本文只给性能 5 的测试结果，同时也给出国标所要求的样板曲线。图 2 给出了 16kb/s CVSD 的动态范围特性曲线，它是采用频率为 820Hz 的正弦测试信号Asin2820/l6000) 获得的，纵坐标 SNR101g(输入信号功率/重建误差功率)(dB)，横坐标为 201g( /ODBM)(dB )，参考电平为 0dBm。是根据国标表 5 给出的周期性测试比特序列 g 得到的，对于 l6kb/s CVSD 为 ODBMl729.08974。 12 64kb/s A 律 PC
8、M 数字编译码器的设计根据 7 位非线性码(不含极性位)和 12 位线性码(不合极性位)的对应关系，本文设计了两个PCM 编码(LPCMPCM)和 PCM 译码(CPCMLPCM)程序。本文对 PCM 编译码器的动态范围进行了测试，即当输入 800Hz 正弦信号时的 SNR 特性，并给出了所要求的样板曲线/测试方法和图 2 相同，可见，在信号输入很宽的范围内，PCM 编译码器的 SNR 保持在 37dB 左右。图 2 数字 CVSD 编译码器的动态范围特性曲线图 3 数字 PCM 编译码器动态范围特性曲线2 CVSD 与 PCM 编码数字转换算法 21 PCMCVSD 数字转换器设计的 PCM
9、/CVSD 的数字转移器如图 4 所示：图 4 PCM/CVSD 数字转换器图 5 判决系统PCM/CVSD 数字转换器的工作原理为：每当输入一个 CPCM 码 时，采用延迟判决编码的方法获得所需的两位码。首先用 CVSD 译码器译出 00，01，10，11 的译码值，再通过抽取器将采样率从 16kHz 降为 8kHz。然后通过判决系统优选出所需要的 CVSD 组合码，并将此时的 CVSD 译码器的状态保存下来，以供下一次优选时用。判决系统(如图 5 所示)的工作原理为：(1)首先计算 CVSD00 码的 8KHz 采样的 的 CPCM 码 及 的 PCM 译码值 ，记录CVSD00 码及此时
10、译码器状态，保存 和 到 和 中；(2)计算 CVSD01 码的 8kHz 采样译码值 的 CPCM 码 及 的 PCM 译码值 ，分别与输入的 PCM 码进行比较。i)若 ，则保留 CVSD01 码及此时译码器状态，相应地，用 更换，转到步骤 (3)；ii)若 ，则转向步骤(3)；iii)若当 时，若 ，则保留 01 码及此时译码器的状态，用 更换，转向步骤(3)；若 ，则转向步骤(3)；当 ，若 ，则保留 01 码及此时译码器的状态，用 更换 转向步骤(3)；若，则转向步骤(3)；(3)对 CVSD10 码及 11 码依次作步骤(2)中的处理。最后，所保留的两位 CVSD 码即为优选码，所
11、保存的译码器状态即为下一次处理输入的CPCM 码时的 CVSD 译码器的起始状态。22 CVSD/PCM 数字转换器设计 CVSD/PCM 数字转换器如图 6 所示：图 6 CVSD/PCM 数字转换器图中，抽取器将 16kHz 采样的线性码信号 变为 8kHz 采样的线性码 ，即 ， =0、1、2，因为其转接过程比 PCM/CVSD 简单，故本文不再论述。 3 编码转换算法的模拟结果本文采用正弦波对算法进行了 C 语言模拟测试，在文献3曾刊出了一种关于 PCM 和 CVSD之间数字转换的算法。因而，本文同时也给出了该算法的模拟结果。表 2 中，SNR 为常用信噪比，也即量化信噪比。和图 2
12、的计算方法一样，编码转换次序0，l，2，含义为 PP/C C/P P/C C/P P/C次序 0 即为 PP 直接 PCM 编码情况。次序 l 即/C C/P P 为第一次转接情况，以此类推。我们可从表 2 看出，多次转接时信噪比不变。表 3 为文献【3】方法的测试结果。 基于上两种方法的结果对比，本文所提出的方法信噪比在 034dB 范围内信噪比都大于文献3所刊出的方法，不仅极大地提高了单次转接时的信噪比，同时也保证了“多次”转接时信噪比不变”，究其原因：文献3方法实质上并没有做到优选 CVSD 码，所以造成信噪比不仅在34dBmo25dBm。范围内有很大的衰减，还在单次转接时信噪比也没有本
13、文方法高。因此本文的新方法成为联接两种通信网中的信源编码转换的首先方法。这对我们实际生活有极大的意义。综上所述，本文对 PCM 和 CVSD 之间数字转换算法的研究，解决了通信网的互联问题。从转换的结果可以看出，采用 PCM/CVSDL 转换方式和直接 CVSD 信源编码方式相比，信噪比没有降低，但如果信息由 PCM/CVSD，再经 CVSD/PCM 时，信噪比降低很多。这是由 CVSD 这种特殊的信息编码方式造成的，用 PCM 方式编码的信息转换成 CVSD 编码方式时，由于 CVSD 粗量化的结果造成信息的大量丢失，因此，己由 PCM 转换成 CVSD 码的信息再次转换成 PcM 时，信噪
14、比不可能还原到初始的 PCM 信噪比水平。这种“多次转换无误差积累”的算法是以损伤 PCM 信噪比为代价的。参 考 文 献 139972039431 钱亚生，诸庆麟译语音与图象的波形编码原理及应用北京：人民邮电出版社1990 456512 2 国家技术监督局增量调制终端设备技术要求及测量方法北京：中国标准出版社、19922535 3 杨俊，冯重熙32kb/sCVSD 与 64kb/sPCM 编码数字转换算法通信学报，1994，15(1)：3339 4 张向东，杨俊，唐昆CVSD 多径搜索编码算法研究电子科学学刊，1994，16(4)：337344 5 冯重熙现代数字通信技术北京人民邮电出版社1987 101103 6 曹志刚，钱亚生现代通信原理北京：清华大学出版社1992154163
