一、數字信號與模擬信號

    信號可以分為模擬信號和數字信號兩大類。模擬信號對應于時間軸有連續的無窮多個值，它完全準確地表示信號電平，如語音、圖像……是模擬信號。數字信號只有有限多個值，離散并且近似地表示信息，如數字電視、電報……是數字信號。

    傳輸模擬電視信號的系統叫做模擬電視系統，傳輸數字電視信號的系統叫做數字電視系統，數字電視是未來的發展方向。

    在日常生活中，我們用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這10個數字來構成十進制進行計算，而數字電視卻是基于二進制的原理來工作的。二進制不同于十進制，二進制只有0和1兩個數字，不是逢十進一，是逢二進一。有信號或無信號，開關的通或斷，真或假，這些都可以用數字0或1來表示，即表示為二進制的兩個狀態。開關、繼電器、晶體管、觸發器以及類似的電子器件都可作為二進制器件。

    二、脈沖調制與數字調制

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

    脈沖調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。脈沖的波形參數有4個：脈沖振幅e、脈沖寬度t、脈沖位置以及脈沖重復頻率fs（即重復周期ts的倒數）。若用調制信號控制上述4個參數中之一使之發生變化，則可得到4種基本的脈沖調制方式：脈沖振幅調制（pam，pulse amplitude modulation）、脈沖寬度調制（pwm，pulse width modulation）、脈沖位置調制（ppm，pulse position modulation）和脈沖頻率調制（pfm，pulse frequency modulation）。在圖1中，（b）是調制信號，（c）、（d）、（e）、（f）分別是這4種脈沖調制波形，圖1中垂直虛線表示未調制脈沖序列中每個脈沖的位置（即參考位置）。

圖1 脈沖調制示意圖

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

    數字調制不僅在時間上是離散的，而且在取值上也是離散的，這種信號叫做數字信號。它不傳送每個取樣的真實數值，而是傳送每個取樣的近似值。為此，必須先取樣進行量化處理，即預先確定若干個（有限個）標準數值（叫做量化值），并從其中選擇與真實取樣 接近的量化值來代替該真實取樣值。

    為什么要進行量化呢？其原因是：

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

    （2）如果發送的是量化值，即使在傳送過程中混進了噪聲和干擾，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量化電平，接收端就能夠很容易地判斷發出的是哪一個量化電平，并重新準確地把它再生出來。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，所以所需的不同脈沖電碼的組數也是有限的，這是可實現的。但是，如果不經量化處理而要脈沖電碼傳送實際取樣值，那么，由于實際取樣值有無限多個，這就需要用無限組不同的電碼來代表它們，顯然這是無法實現的。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字化和提高數字信號傳輸有效性的重要措施。

    在數字電子技術中，數字脈沖調制屬于信源編碼，其具體方案有很多種。其中比較重要的有兩種：脈種編碼調制（pcm，pulse code modulation）和增量調制（dm，delta modulation）。前者利用若干個脈沖所組成的一組一組的電碼來表示每個取樣的量化值；后者是前者的特例，每組脈沖電碼只由一個脈沖構成，但它不表示各取樣的量化值，而是表示兩個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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