数字通信系列文章：

数字通信相关基本概念（一）

数字通信之抽样（二）

数字通信之量化（三）

数字通信之编码（四）

数字通信之语音信号编码主要内容简介（五）

数字通信之语音压缩编码基本概念（六）

数字通信之PCM 30/32 时分多路复用通信系统（七）

    语音信号的编码指的是模拟语音信号的数字化，即信源编码。

    PCM，是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信号。即PCM是模/数变换的一种方法，模/数变换的方法有很多，由此构成的数组通信系统称为PCM通信系统。 PCM编码的特性：

    抽样是每隔一定的时间间隔T抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值）。即 模拟信号在时间上离散化得到PAM信号。

    设模拟信号的频率范围为 f0~ fM , B=fM - f0 ，当 f0 < B ，为低通型信号（语音信号等），当 f0 ≥ B，为带通型信号。则有，抽样信号频谱的频率成分为：

    接收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。为在接收端准确的恢复原模拟信号，避免产生折叠噪声，应满足抽样定理 fs ≥ 2 fM ，否则PAM信号产生折叠噪声，收端就无法用低通滤波器准确地恢复原模拟话音信号。但为了留有一定的防卫带，需满足 fs ＞ 2 fM 。

    则对于话音信号，其频谱范围为 300~3400 Hz， fM = 3400 Hz，因需满足 fs ≥ 2 fM = 6800Hz，且为了留有一定的防卫带，需取 fs = 8000Hz，即 T= 1 f \frac 1f f1​ = 125μs，这也是 CCITT 中规定的。（ 国际电信咨询机构简称CCITT，International Telephone and Telegraph Consultative Committee , 后改为ITU-T的中文名称是国际电信联盟电信标准分局(ITU-T for ITU Telecommunication Standardization Sector), 它是国际电信联盟管理下的专门制定电信标准的分支机构。）

    量化，即将PAM信号（样值）在幅度上离散化。分为均匀量化和非均匀量化。

    均匀量化，即在量化区内（即从-U ~ +U， U为过载电压，话音信号的幅度主要分布在这个区间）均匀等分N（量化级数）个小间隔（Δ = 2 U N \frac {2U}N N2U​）。

    若在量化区内，则取各个量化间隔的中间值；过载区内则取量化区内最大的量化值（值绝对值），即 |uq| = U - Δ 2 \frac Δ2 2Δ​ 。则有 1）量化值的数目等于量化级数N，量化后对N个量化值要用二进制编码，编码的码位数为l，N=2l 。 2）量化误差=量化值-样值=uq(t) - u(t)

    量化误差会引起量化噪声，此噪声会叠加在原来的信号上，对原信号产生干扰。通常使用量化信噪比来衡量量化误差，量化噪声比越大，噪声对信号的影响也相对越小。

(S/Nq)db = 10lg S N q \frac {S}{Nq} NqS​(dB)

其中，S为话音信号的平均功率， S N q \frac {S}{Nq} NqS​ 为量化噪声功率。

    经过上述可知均匀量化的缺点为，在N(或l) 大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求，而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求。而数字通信系统中，一般要求量化信噪比要大于等于26db。则对于均匀量化，大小信号在量化区内的最大量化都是 Δ 2 \frac Δ2 2Δ​ ，量化误差等效为量化噪声功率，而小信号的信号功率小故信噪比大，大信号的信号功率大故信噪比大。为了解决这个问题，若依旧采用均匀量化，对于小信号则需要提高信噪比，因话音信号功率不变则需要降低量化噪声功率，即量化误差emax(t) 要降低，Δ = 2 U N \frac {2U}N N2U​要降低，则N需要增大，又N=2l，则最终必然会引起 l 增大，这又会引起其他的问题，比如编码复杂度增大，信道利用率下降（虽然l增大，传信率会增大，但是数码率的数值近似的等于数字信号所占用的带宽，而数码率增大即需要占用的带宽增大，信道利用率自然就下降了）。

    非均匀量化的宗旨在不增大量化级数 N 的前提下， 利用降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比。 为了达到这一目的，对于小信号（信号幅度小）需要降低量化间隔，则量化误差降低等效的噪声功率降低，进而提高量化信噪比；对于大信号（信号幅度大），量化增大量化间隔，则量化误差降低等效的噪声功率提高，进而降低量化信噪比     常用的非均匀量化方法有，模拟压扩法和直接非均匀编解码法（根据非均匀量化的划分，根据样值落在哪个间隔范围内直接对样值进行编码，相当于编码过程中就进行了量化。)

在数字通信系统中，理论上需要抽样、量化 变化，而在实际实现中通常是根据量化