基于matlab的信源编码仿真研究【字数：11676】
摘 要随着现代科技不断地进步发展，特别是我国5G技术即将大规模地投入商业化运行，人们对现代通信系统的需求不断增长。在现代信道频率资源十分有限的情况下，作为以不断追求通信系统性能有效性和可靠性为目标的信源编码技术的作用将会日益突出。信源编码将模拟信号经过采样、量化、编码等过程转化成数字信号。本文将利用MATLAB仿真软件及其仿真模块库Simulink，通过编写源程序、搭建动态模型、运行调试分析等过程，对信源编码进行仿真研究。通过仿真均匀量化与非均匀量化、A律与μ律、PCM编码与DPCM编码，对它们进行综合性能研究，实验结果符合信源编码理论，达到预期效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2 国内外现状及发展应用 1
1.3本文研究目标和主要内容 2
第二章 信息论与信源编码理论 3
2.1 信息论基本概念 3
2.2 通信系统组成 3
2.2.1 数字通信系统一般模型 3
2.3信源编码理论 5
2.4小结 5
第三章 模拟信号数字化传输 6
3.1抽样 6
3.1.1低通抽样定理 6
3.1.2带通抽样定理 6
3.2量化 6
3.2.1均匀量化 6
3.2.2非均匀量化 7
3.3编码调制 9
3.3.1脉冲编码调制 9
3.3.2差分脉冲编码调制 10
第四章 MATLAB/Simulink仿真系统 11
4.1 MATLAB简介 11
4.2 M文件 11
4.2.1 M文件简介 11
4.2.2 M文件创建 12
4.3 Simulink 12
4.3.1 Simulink简介 12
4.3.2 Simulink基本操作 13
4.4 GUI 13
4.4.1 GUI组成 13
4.4.2 GUI基本操作 13
第五章 信源编码仿真研究 14
5.1 A律、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
μ律压缩效果程序仿真 14
5.2 A律13折、μ律15折仿真 15
5.2.1 A律13折、μ律15折程序仿真 15
5.2.2 A律13折、μ律15折动态仿真 17
5.3 PCM编码、DPCM编码仿真 19
5.3.1 PCM编码、DPCM编码动态仿真 19
5.3.2 DPCM编码程序仿真 23
5.4小结 24
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A A律、μ律压缩效果源程序 28
附录B A律十三折、μ律十五折源程序 29
附录C DPCM编码源程序 30
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着移动通信技术不断进步发展，特别是5G技术即将大规模地投入商业化运行，通信系统功能越来越综合，性能越来越高，构成越来越复杂[1]。由于信道的频率资源十分有限，如何提高通信的有效性和可靠性以快速、准确地传递信息，是人们需要解决的首要问题。
由于不同信源符号之间存在不均匀性和相关性，从而导致了信源产生冗余，信源编码的主要目标就是设法消除或者减少信源的冗余。信源输出的符号序列具有相关统计特性，通过寻找适合的方法把信源输出的符号序列变为最短的码字序列，以适应信道传输，提高传输效率[2]。传输带宽直接反映了通信系统的有效性，而码元速率又直接影响传输数据所占的带宽，信源编码的功能便是设法减少码元数目和降低码元速率（即数据压缩），并且可以将模拟信源转化为数字信源，实现模拟信号数字化传送[3]。
利用MATLAB仿真软件及其Simulink通信模块库，通过编写源程序、搭建动态模型、运行调试分析等过程，对信源编码进行仿真研究。利用示波器显示信号波形，并通过绘图函数描述信号在各种不同信道中传输仿真结束后的误码率曲线图，随时修改参数，便捷直观地观察最佳传输效果[4]，验证信源编码工作理论，并为后续搭建实验电路，实现系统功能提供原始数据进行验证。
1.2 国内外现状及发展应用
20世纪20年代，最对“信息”的做出科学定义的是哈物莱(R.V.L Hartley)和朗格(G.Longe)。哈物莱提出发信者所发出的信息是其在通信符号表中选择符号的具体方式，并主张信息由选择的自由度进行测度；而朗格则认为信息应由差异量进行测量，认为“信息就是差异”。
1942年，维纳以均方量化误差最小为准则，建立最优预测原理，进行系统性、开创性的理论研究，开信源编码工作的研究先河。1948年10月，“现代信息论之父”香农在《贝尔系统技术学报》上公开发表了具有划时代意义的论文——《通信的数学理论》，科学定义信源、信道、编码、译码等概念，创立信息论理论基础。
此后，在香农信息论的指导下，信源编码理论得以迅速发展。20世纪50、60年代，英国人提出脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）的概念，但是受限于当时的技术条件，该理论未能付诸实现。随着大规模集成电路的发展与广泛应用，PCM编码得以普遍应用于语音通信系统。为了进一步提高语音传输效率，人们又相继提出了增量调制（DM）和差分脉冲编码调制（Different Pulse Code Modulation，DPCM）理论并广泛应用于实践。
此外，人们针对离散信源陆续提出了香农编码、费诺编码、哈夫曼编码和算术编码理论，它们可以很好地达到香农无失真信源编码定理所指出的压缩极限。
从古代的烽火狼烟、到近代的莫尔斯码电报码，直到现代的ASCII码。随着科技不断地进步发展，步入“信息化时代”以来，信源编码技术广泛应用于日常生活和生产实践中。通过商品上运用条行码设计出的粗细条纹组成的标签，我们可以了解到商品地价格、生产日期和生产厂家等信息；通过每本书籍时出版给定的国际标准书号( ISBN)，人们可以方便地进行图书的销售和编目收藏工作；此外，数字图像压缩、音频、视频等都要运用信源编码技术。可以说，人们正在越来越多地使用到信源编码技术。
1.3本文研究目标和主要内容
通信性能的有效性和可靠性是信源编码技术不断演进所追求的目标。现代移动通信技术以语音压缩编码、各类图像压缩编码和多媒体数据压缩编码等信源编码技术为基础。语音通信是移动通信提供的重要业务之一，伴随着5G技术即将投入大规模商业化运行，作为信源编码技术之一的语音编码技术在数字通信中的作用将会更加突出。本文将重点研究语音编码技术的PCM技术和DPCM技术，对两者进行仿真建模，综合分析两者性能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2 国内外现状及发展应用 1
1.3本文研究目标和主要内容 2
第二章 信息论与信源编码理论 3
2.1 信息论基本概念 3
2.2 通信系统组成 3
2.2.1 数字通信系统一般模型 3
2.3信源编码理论 5
2.4小结 5
第三章 模拟信号数字化传输 6
3.1抽样 6
3.1.1低通抽样定理 6
3.1.2带通抽样定理 6
3.2量化 6
3.2.1均匀量化 6
3.2.2非均匀量化 7
3.3编码调制 9
3.3.1脉冲编码调制 9
3.3.2差分脉冲编码调制 10
第四章 MATLAB/Simulink仿真系统 11
4.1 MATLAB简介 11
4.2 M文件 11
4.2.1 M文件简介 11
4.2.2 M文件创建 12
4.3 Simulink 12
4.3.1 Simulink简介 12
4.3.2 Simulink基本操作 13
4.4 GUI 13
4.4.1 GUI组成 13
4.4.2 GUI基本操作 13
第五章 信源编码仿真研究 14
5.1 A律、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
μ律压缩效果程序仿真 14
5.2 A律13折、μ律15折仿真 15
5.2.1 A律13折、μ律15折程序仿真 15
5.2.2 A律13折、μ律15折动态仿真 17
5.3 PCM编码、DPCM编码仿真 19
5.3.1 PCM编码、DPCM编码动态仿真 19
5.3.2 DPCM编码程序仿真 23
5.4小结 24
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A A律、μ律压缩效果源程序 28
附录B A律十三折、μ律十五折源程序 29
附录C DPCM编码源程序 30
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着移动通信技术不断进步发展，特别是5G技术即将大规模地投入商业化运行，通信系统功能越来越综合，性能越来越高，构成越来越复杂[1]。由于信道的频率资源十分有限，如何提高通信的有效性和可靠性以快速、准确地传递信息，是人们需要解决的首要问题。
由于不同信源符号之间存在不均匀性和相关性，从而导致了信源产生冗余，信源编码的主要目标就是设法消除或者减少信源的冗余。信源输出的符号序列具有相关统计特性，通过寻找适合的方法把信源输出的符号序列变为最短的码字序列，以适应信道传输，提高传输效率[2]。传输带宽直接反映了通信系统的有效性，而码元速率又直接影响传输数据所占的带宽，信源编码的功能便是设法减少码元数目和降低码元速率（即数据压缩），并且可以将模拟信源转化为数字信源，实现模拟信号数字化传送[3]。
利用MATLAB仿真软件及其Simulink通信模块库，通过编写源程序、搭建动态模型、运行调试分析等过程，对信源编码进行仿真研究。利用示波器显示信号波形，并通过绘图函数描述信号在各种不同信道中传输仿真结束后的误码率曲线图，随时修改参数，便捷直观地观察最佳传输效果[4]，验证信源编码工作理论，并为后续搭建实验电路，实现系统功能提供原始数据进行验证。
1.2 国内外现状及发展应用
20世纪20年代，最对“信息”的做出科学定义的是哈物莱(R.V.L Hartley)和朗格(G.Longe)。哈物莱提出发信者所发出的信息是其在通信符号表中选择符号的具体方式，并主张信息由选择的自由度进行测度；而朗格则认为信息应由差异量进行测量，认为“信息就是差异”。
1942年，维纳以均方量化误差最小为准则，建立最优预测原理，进行系统性、开创性的理论研究，开信源编码工作的研究先河。1948年10月，“现代信息论之父”香农在《贝尔系统技术学报》上公开发表了具有划时代意义的论文——《通信的数学理论》，科学定义信源、信道、编码、译码等概念，创立信息论理论基础。
此后，在香农信息论的指导下，信源编码理论得以迅速发展。20世纪50、60年代，英国人提出脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）的概念，但是受限于当时的技术条件，该理论未能付诸实现。随着大规模集成电路的发展与广泛应用，PCM编码得以普遍应用于语音通信系统。为了进一步提高语音传输效率，人们又相继提出了增量调制（DM）和差分脉冲编码调制（Different Pulse Code Modulation，DPCM）理论并广泛应用于实践。
此外，人们针对离散信源陆续提出了香农编码、费诺编码、哈夫曼编码和算术编码理论，它们可以很好地达到香农无失真信源编码定理所指出的压缩极限。
从古代的烽火狼烟、到近代的莫尔斯码电报码，直到现代的ASCII码。随着科技不断地进步发展，步入“信息化时代”以来，信源编码技术广泛应用于日常生活和生产实践中。通过商品上运用条行码设计出的粗细条纹组成的标签，我们可以了解到商品地价格、生产日期和生产厂家等信息；通过每本书籍时出版给定的国际标准书号( ISBN)，人们可以方便地进行图书的销售和编目收藏工作；此外，数字图像压缩、音频、视频等都要运用信源编码技术。可以说，人们正在越来越多地使用到信源编码技术。
1.3本文研究目标和主要内容
通信性能的有效性和可靠性是信源编码技术不断演进所追求的目标。现代移动通信技术以语音压缩编码、各类图像压缩编码和多媒体数据压缩编码等信源编码技术为基础。语音通信是移动通信提供的重要业务之一，伴随着5G技术即将投入大规模商业化运行，作为信源编码技术之一的语音编码技术在数字通信中的作用将会更加突出。本文将重点研究语音编码技术的PCM技术和DPCM技术，对两者进行仿真建模，综合分析两者性能。
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