基本介紹
- 中文名：PCM復用設備
- 中文：稱脈碼調製
- 套用於：市內電話網以擴充容量
- 創始人：A.里弗斯
簡介,工作原理,技術基礎,一位可變,讀取速度,寫入/擦除速度,結論,
簡介
在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈衝“0”碼和“1”碼，它由二進 脈衝編碼調製
制數位訊號對光源進行通斷調製而產生。而數位訊號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（Pulse-code modulation），即脈衝編碼調製。這種電的數位訊號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。當前的數字傳輸系統都是採用脈碼調製（Pulse-code modulation）體制。PCM最初並非傳輸計算機數據用的，而是使交換機之間有一條中繼線不是只傳送一條電話信號。PCM有兩個標準（表現形式）即E1和T1。
中國採用的是歐洲的E1標準。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。
脈衝編碼調製可以向用戶提供多種業務，既可以提供從2M到155M速率的數字數據專線業務，也可以提供話音、圖象傳送、遠程教學等其他業務。特別適用於對數據傳輸速率要求較高，需要更高頻寬的用戶使用。
脈衝編碼調製是70年代末發展起來的，記錄媒體之一的CD，80年代初由飛利浦和索尼公司共同推出。脈碼調製的音頻格式也被DVD-A所採用，它支持立體聲和5.1環繞聲，1999年由DVD 脈衝編碼調製
討論會發布和推出的。脈衝編碼調製的比特率，從14-bit發展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；採樣頻率從44.1kHz發展到192kHz。PCM脈碼調製這項技術可以改善和提高的方面則越來越來小。只是簡單的增加PCM脈碼調製比特率和採樣率，不能根本的改善它的根本問題。其原因是PCM的主要問題在於：
（1）任何脈衝編碼調製數字音頻系統需要在其輸入端設定急劇升降的濾波器，僅讓20Hz-22.05kHz的頻率通過（高端22.05kHz是由於CD44.1kHz的一半頻率而確定）。
（2）在錄音時採用多級或者串聯抽選的數字濾波器（減低採樣頻率），在重放時採用多級的內插的數字濾波器（提高採樣頻率），為了控制小信號在編碼時的失真，兩者又都需要加入重複定量噪聲。這樣就限制了PCM技術在音頻還原時的保真度。
為了全面改善脈衝編碼調製數字音頻技術，獲得更好的聲音質量，就需要有新的技術來替換。飛利浦和索尼公司再次聯手，共同推出一種稱為直接流數字編碼技術DSD的格式，其記錄媒體為超級音頻CD即SACD，支持立體聲和5.1環繞聲。DSD是PCM脈衝編碼調製的進化版。
制數位訊號對光源進行通斷調製而產生。而數位訊號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（Pulse-code modulation），即脈衝編碼調製。這種電的數位訊號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。當前的數字傳輸系統都是採用脈碼調製（Pulse-code modulation）體制。PCM最初並非傳輸計算機數據用的，而是使交換機之間有一條中繼線不是只傳送一條電話信號。PCM有兩個標準（表現形式）即E1和T1。
中國採用的是歐洲的E1標準。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。
脈衝編碼調製可以向用戶提供多種業務，既可以提供從2M到155M速率的數字數據專線業務，也可以提供話音、圖象傳送、遠程教學等其他業務。特別適用於對數據傳輸速率要求較高，需要更高頻寬的用戶使用。
脈衝編碼調製是70年代末發展起來的，記錄媒體之一的CD，80年代初由飛利浦和索尼公司共同推出。脈碼調製的音頻格式也被DVD-A所採用，它支持立體聲和5.1環繞聲，1999年由DVD 脈衝編碼調製
討論會發布和推出的。脈衝編碼調製的比特率，從14-bit發展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；採樣頻率從44.1kHz發展到192kHz。PCM脈碼調製這項技術可以改善和提高的方面則越來越來小。只是簡單的增加PCM脈碼調製比特率和採樣率，不能根本的改善它的根本問題。其原因是PCM的主要問題在於：
（1）任何脈衝編碼調製數字音頻系統需要在其輸入端設定急劇升降的濾波器，僅讓20Hz-22.05kHz的頻率通過（高端22.05kHz是由於CD44.1kHz的一半頻率而確定）。
（2）在錄音時採用多級或者串聯抽選的數字濾波器（減低採樣頻率），在重放時採用多級的內插的數字濾波器（提高採樣頻率），為了控制小信號在編碼時的失真，兩者又都需要加入重複定量噪聲。這樣就限制了PCM技術在音頻還原時的保真度。
為了全面改善脈衝編碼調製數字音頻技術，獲得更好的聲音質量，就需要有新的技術來替換。飛利浦和索尼公司再次聯手，共同推出一種稱為直接流數字編碼技術DSD的格式，其記錄媒體為超級音頻CD即SACD，支持立體聲和5.1環繞聲。DSD是PCM脈衝編碼調製的進化版。
工作原理
量化，就是把經過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示,通常是用二進制表示。
量化誤差：量化後的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現為噪聲，稱為量化噪聲。 量化級數越多誤差越小，相應的二進制碼位數越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。 為使量化噪聲儘可能小而所需碼位數又不太多，通常採用非均勻量化的方法進行量化。 非均勻量化根據幅度的不同區間來確定量化間隔，幅度小的區間量化間隔取得小，幅度大的區間量化間隔取得大。
一個模擬信號經過抽樣量化後，得到已量化的脈衝幅度調製信號，它僅為有限個數值。
編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。
量化誤差：量化後的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現為噪聲，稱為量化噪聲。 量化級數越多誤差越小，相應的二進制碼位數越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。 為使量化噪聲儘可能小而所需碼位數又不太多，通常採用非均勻量化的方法進行量化。 非均勻量化根據幅度的不同區間來確定量化間隔，幅度小的區間量化間隔取得小，幅度大的區間量化間隔取得大。
一個模擬信號經過抽樣量化後，得到已量化的脈衝幅度調製信號，它僅為有限個數值。
編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。
然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數變換，可記作A/D。
話音信號先經防混疊低通濾波器，進行脈衝抽樣，變成8KHz重複頻率的抽樣信號（即離散的脈衝調幅PAM信號），然後將幅度連續的PAM信號用“四捨五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經編碼後轉換成二進制碼。對於電話，CCITT規定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有2∧8=256個量化值，因而每話路PCM編碼後的標準數碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大，音質差的問題，在實際中採用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密，量化間隔小，而在大信號時分層疏，量化間隔大。
在實際中使用的是兩種對數形式的壓縮特性：A律和U律，A律編碼主要用於30/32路一次群系統，U律編碼主要用於24路一次群系統。A律PCM用於歐洲和中國，U律PCM用於北美和日本。
編碼:PCM編碼原理與規則：PCM數字接口是G.703標準，通過75Ω同軸電纜或120Ω雙絞線進行非對稱或對稱傳輸，傳輸碼型為含有定時關係的HDB3碼，接收端通過解碼可以恢復定時，實現時鐘同步。Fb為幀同步信號，C2為時鐘信號，速率為2.048Mbps，數據在時鐘下降沿有效，E1接口具有 脈衝編碼調製編碼
PCM幀結構，一個復幀包括16個幀，一個幀為125μs，分為32個時隙，其中偶幀的零時隙傳輸同步信息碼0011011，奇幀的零時隙傳輸對告碼，16時隙傳輸信令信息，其它各時隙傳輸數據，每個時隙傳輸8比特數據。
可採用u率或者是A率進行編碼。我國採用的是A率13折線編碼。
PCM復用設備以採樣技術為定理。採樣定理：如果在規定的時間內，以有效信號最高頻率的二倍或二倍以上的速率對該信號進行採樣，則這些採樣信息值中包含了全部原始信號信息。
話音信號先經防混疊低通濾波器，進行脈衝抽樣，變成8KHz重複頻率的抽樣信號（即離散的脈衝調幅PAM信號），然後將幅度連續的PAM信號用“四捨五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經編碼後轉換成二進制碼。對於電話，CCITT規定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有2∧8=256個量化值，因而每話路PCM編碼後的標準數碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大，音質差的問題，在實際中採用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密，量化間隔小，而在大信號時分層疏，量化間隔大。
在實際中使用的是兩種對數形式的壓縮特性：A律和U律，A律編碼主要用於30/32路一次群系統，U律編碼主要用於24路一次群系統。A律PCM用於歐洲和中國，U律PCM用於北美和日本。
編碼:PCM編碼原理與規則：PCM數字接口是G.703標準，通過75Ω同軸電纜或120Ω雙絞線進行非對稱或對稱傳輸，傳輸碼型為含有定時關係的HDB3碼，接收端通過解碼可以恢復定時，實現時鐘同步。Fb為幀同步信號，C2為時鐘信號，速率為2.048Mbps，數據在時鐘下降沿有效，E1接口具有 脈衝編碼調製編碼
PCM幀結構，一個復幀包括16個幀，一個幀為125μs，分為32個時隙，其中偶幀的零時隙傳輸同步信息碼0011011，奇幀的零時隙傳輸對告碼，16時隙傳輸信令信息，其它各時隙傳輸數據，每個時隙傳輸8比特數據。
可採用u率或者是A率進行編碼。我國採用的是A率13折線編碼。
PCM復用設備以採樣技術為定理。採樣定理：如果在規定的時間內，以有效信號最高頻率的二倍或二倍以上的速率對該信號進行採樣，則這些採樣信息值中包含了全部原始信號信息。
技術基礎
一位可變
讀取速度
如同RAM和NOR快閃記憶體，PCM復用設備技術具有隨機存儲速度快的特點。這使得存儲器中的代碼可以直接執行，無需中間拷貝到RAM。PCM復用設備讀取反應時間與最小單元一比特的NOR快閃記憶體相當，而它的的頻寬可以媲美DRAM。相對的，NAND快閃記憶體因隨機存儲時間長達幾十微秒，無法完成代碼的直接執行。
寫入/擦除速度
PCM復用設備能夠達到如同NAND的寫入速度，但是PCM復用設備的反應時間更短，且無需單獨的擦除步驟。NOR快閃記憶體具有穩定的寫入速度，但是擦除時間較長。PCM同RAM一樣無需單獨擦除步驟，但是寫入速度（頻寬和反應時間）不及RAM。隨著PCM復用設備技術的不斷發展，存儲單元縮減，PCM復用設備將不斷被完善。
縮放比例
縮放比例是PCM復用設備的第五個不同點。NOR和NAND存儲器的結構導致存儲器很難縮小體型。這是因為門電路的厚度是一定的，它需要多於10V的供電，CMOS邏輯門需要1V或更少。這種縮小通常被成為摩爾定律，存儲器每縮小一代其密集程度提高一倍。隨著存儲單元的縮小，GST材料的體積也在縮小，這使得PCM復用設備具有縮放性。
縮放比例
縮放比例是PCM復用設備的第五個不同點。NOR和NAND存儲器的結構導致存儲器很難縮小體型。這是因為門電路的厚度是一定的，它需要多於10V的供電，CMOS邏輯門需要1V或更少。這種縮小通常被成為摩爾定律，存儲器每縮小一代其密集程度提高一倍。隨著存儲單元的縮小，GST材料的體積也在縮小，這使得PCM復用設備具有縮放性。
