一、數(shù)字信號與模擬信號

    信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩大類。模擬信號對應(yīng)于時(shí)間軸有連續(xù)的無窮多個(gè)值，它完全準(zhǔn)確地表示信號電平，如語音、圖像……是模擬信號。數(shù)字信號只有有限多個(gè)值，離散并且近似地表示信息，如數(shù)字電視、電報(bào)……是數(shù)字信號。

    傳輸模擬電視信號的系統(tǒng)叫做模擬電視系統(tǒng)，傳輸數(shù)字電視信號的系統(tǒng)叫做數(shù)字電視系統(tǒng)，數(shù)字電視是未來的發(fā)展方向。

    在日常生活中，我們用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這10個(gè)數(shù)字來構(gòu)成十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)算，而數(shù)字電視卻是基于二進(jìn)制的原理來工作的。二進(jìn)制不同于十進(jìn)制，二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)字，不是逢十進(jìn)一，是逢二進(jìn)一。有信號或無信號，開關(guān)的通或斷，真或假，這些都可以用數(shù)字0或1來表示，即表示為二進(jìn)制的兩個(gè)狀態(tài)。開關(guān)、繼電器、晶體管、觸發(fā)器以及類似的電子器件都可作為二進(jìn)制器件。

    二、脈沖調(diào)制與數(shù)字調(diào)制

    調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相這3種調(diào)制方式都是連續(xù)改變正弦載波振蕩的某一參數(shù)（振幅、頻率或相位）來完成調(diào)制的，所得調(diào)制信號是模擬信號，這類調(diào)制叫做連續(xù)波的模擬調(diào)制。

    脈沖調(diào)制的載波不是正弦波，而是周期性的離散脈沖序列，如圖1（a）所示。脈沖的波形參數(shù)有4個(gè)：脈沖振幅e、脈沖寬度t、脈沖位置以及脈沖重復(fù)頻率fs（即重復(fù)周期ts的倒數(shù)）。若用調(diào)制信號控制上述4個(gè)參數(shù)中之一使之發(fā)生變化，則可得到4種基本的脈沖調(diào)制方式：脈沖振幅調(diào)制（pam，pulse amplitude modulation）、脈沖寬度調(diào)制（pwm，pulse width modulation）、脈沖位置調(diào)制（ppm，pulse position modulation）和脈沖頻率調(diào)制（pfm，pulse frequency modulation）。在圖1中，（b）是調(diào)制信號，（c）、（d）、（e）、（f）分別是這4種脈沖調(diào)制波形，圖1中垂直虛線表示未調(diào)制脈沖序列中每個(gè)脈沖的位置（即參考位置）。

圖1 脈沖調(diào)制示意圖

    從圖1中可以看出，脈沖調(diào)制不是完整的傳送調(diào)制信號的每一個(gè)瞬時(shí)值，而只是傳送調(diào)制信號在相隔一定時(shí)間間隔（即周期ts）的那些瞬時(shí)值；這些瞬時(shí)值叫做取樣值，如（b）中垂直線段所示。從連續(xù)信號取出取樣值的過程叫做取樣。因此，脈沖調(diào)制首先必須將調(diào)制信號取樣，然后用各取樣值去控制脈沖序列的某一參數(shù)。由于調(diào)制信號本身是連續(xù)變化的，因而取樣值的大小可能為任意數(shù)值。這就是說，各取樣值在時(shí)間上是離散的，而在取值（振幅、寬度、位置、頻率）上卻具有連續(xù)的性質(zhì)，它們是時(shí)間上的離散的模擬信號。這樣，上述幾種脈沖調(diào)制可統(tǒng)稱為模擬脈沖調(diào)制。

    數(shù)字調(diào)制不僅在時(shí)間上是離散的，而且在取值上也是離散的，這種信號叫做數(shù)字信號。它不傳送每個(gè)取樣的真實(shí)數(shù)值，而是傳送每個(gè)取樣的近似值。為此，必須先取樣進(jìn)行量化處理，即預(yù)先確定若干個(gè)（有限個(gè)）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值（叫做量化值），并從其中選擇與真實(shí)取樣 接近的量化值來代替該真實(shí)取樣值。

    為什么要進(jìn)行量化呢？其原因是：

    （1）信號在傳送過程中，總是會混進(jìn)噪聲和干擾，在接收端，無論是人或電子線路，都不可能有很強(qiáng)的鑒別力去分辨信號的細(xì)節(jié)。這樣，不管發(fā)送出來的取樣值多么準(zhǔn)確，接收端畢竟無力恢復(fù)真實(shí)的取樣值，所以準(zhǔn)確地傳送真實(shí)取樣值是沒有必要的。

    （2）如果發(fā)送的是量化值，即使在傳送過程中混進(jìn)了噪聲和干擾，但只要不是太大，還不足以使所收到的量化值增大或減小到相鄰的另一個(gè)量化電平，接收端就能夠很容易地判斷發(fā)出的是哪一個(gè)量化電平，并重新準(zhǔn)確地把它再生出來。這樣就從根本上消除了傳輸過程中的噪聲和干擾。

    （3）通常是用一組一組的脈沖電碼來表示各取樣的量化值的，這一過程叫做脈沖編碼。由于量化值為有限個(gè)，所以所需的不同脈沖電碼的組數(shù)也是有限的，這是可實(shí)現(xiàn)的。但是，如果不經(jīng)量化處理而要脈沖電碼傳送實(shí)際取樣值，那么，由于實(shí)際取樣值有無限多個(gè)，這就需要用無限組不同的電碼來代表它們，顯然這是無法實(shí)現(xiàn)的。所以，只有量化才使脈沖編碼成為可能，而編碼是模擬信號數(shù)字化和提高數(shù)字信號傳輸有效性的重要措施。

    在數(shù)字電子技術(shù)中，數(shù)字脈沖調(diào)制屬于信源編碼，其具體方案有很多種。其中比較重要的有兩種：脈種編碼調(diào)制（pcm，pulse code modulation）和增量調(diào)制（dm，delta modulation）。前者利用若干個(gè)脈沖所組成的一組一組的電碼來表示每個(gè)取樣的量化值；后者是前者的特例，每組脈沖電碼只由一個(gè)脈沖構(gòu)成，但它不表示各取樣的量化值，而是表示兩個(gè)相鄰取樣值之間增量的極性，或者說它表示信號的變化率。

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