【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br />1. 熟悉光纖數(shù)字通信原理
2. 熟悉光纖的接口方式
3. 了解語(yǔ)音編解碼原理
4. 了解多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)字化過(guò)程
【實(shí)驗(yàn)原理】
光纖是由高度透明的SiO2經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝制成的良好通信媒介，它能夠約束并導(dǎo)引光波在其內(nèi)或其表面附近沿其軸線方向向前傳播。光纖通信是以光波為載波，以光纖為傳輸媒介的一種通信方式。光波是由半導(dǎo)體光源（激光器）產(chǎn)生的，和一般的自然光不同，激光器產(chǎn)生的光是高純度的單色光，其波長(zhǎng)由半導(dǎo)體的特性決定。光纖對(duì)單色光的損耗隨光波的波長(zhǎng)變化而變化，它有三個(gè)低損耗窗口，對(duì)應(yīng)的光波中心波長(zhǎng)分別為850nm，1310nm或1550nm，所以光纖通信中常用的光波波長(zhǎng)從這三個(gè)波長(zhǎng)中選擇，其中1310nm為零色散窗口，1550nm為zui低損耗窗口。
光纖根據(jù)模式的不同分為多模光纖和單模光纖。當(dāng)放射光波波長(zhǎng)大于截止波長(zhǎng)時(shí)，光纖將只能傳輸一個(gè)基模的光波。這種只允許一種模式的光波的傳輸?shù)墓饫w叫單模光纖。一般芯徑小于10μm。多模光纖是允許多于一個(gè)模式光波傳輸?shù)墓饫w。模式的數(shù)目取決于芯徑、數(shù)值孔徑、折射率分布特性和波長(zhǎng)。
光纖與電路的接口叫光纖活動(dòng)連接器，活動(dòng)連接器按纖芯插針、插孔數(shù)目的不同分為單芯活動(dòng)連接器和多芯活動(dòng)連接器；按結(jié)構(gòu)不同分有FC型、ST型、SC型、SMA型；按光纖插孔端面形狀不同有PC型、APC型；按功能分有插頭、插座、轉(zhuǎn)接器三類。
ST型連接器是一種卡口式的連接器，它采用帶鍵的卡口式緊鎖機(jī)構(gòu)，確保每次連接均能準(zhǔn)確對(duì)中。插針直徑為φ2.5mm，其材料可分為陶瓷或金屬。它可在現(xiàn)場(chǎng)安裝，也可和光收發(fā)模塊集成在一起形成光纖組件，光纖組件星連接和拆卸，重復(fù)性、互換性好，可靠性高。
SC型活動(dòng)連接器是一種推拉式的連接器，外殼為矩形，采用模塑工藝制成，適用于多芯光纜的高密度封裝。其插入損耗很低，僅0.07DB，壽命為1000次。SC型活動(dòng)連接器的外型圖如圖1所示。 FC型活動(dòng)連接器的插座由C型插孔和插座體組成。它主要使用在光纜線路與傳輸設(shè)備間的連接，可以方便地進(jìn)行光路的調(diào)度或線路的測(cè)試。連接器具有很高的精度。如圖2所示。
圖2 FC型活動(dòng)連接器外型圖
語(yǔ)音信號(hào)包含有大量的冗余信息，為了解決通信系統(tǒng)的效率問(wèn)題，語(yǔ)音信號(hào)在傳輸之前一般要經(jīng)過(guò)編碼，信號(hào)送達(dá)目標(biāo)地后要經(jīng)過(guò)解碼運(yùn)算。語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)有多種 ,歸納起來(lái)大致可分為三類 ,即波形編碼、參量編碼和混合編碼。另外，根據(jù)編碼速率的高低還可分為中速率和低速率兩大類。
波形編碼是將時(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸 ,也就是說(shuō)這種編碼是將語(yǔ)音信號(hào)作為一般的波形信號(hào)來(lái)處理 ,力圖保持重建的語(yǔ)音波形與原語(yǔ)音信號(hào)波形一樣。這種編碼方式的特點(diǎn)是適應(yīng)能力強(qiáng)、重建語(yǔ)音的質(zhì)量高 ,例如ＰＣＭ、ΔＭ、ＡＤＰＣＭ和自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼 （ＡＰＣ）、子帶編碼（ＳＢＣ）及自適應(yīng)變換編碼（ＡＴＣ）等均屬于這一種。但這種方式所需的編碼速率較高 ,在１６ｋｂｉｔ／ｓ～６４ｋｂｉｔ／ｓ速率范圍能得到較高的重建質(zhì)量 ,而當(dāng)速率進(jìn)一步降低時(shí) ,語(yǔ)音重建質(zhì)量就會(huì)急劇下降。
參量編碼 ,又叫聲碼化編碼 ,是在信源信號(hào)頻率域或其它正交域提取特征參量并將其變換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸 ,以及在接收端從數(shù)字代碼中恢復(fù)特征參量 ,并由特征參量重建語(yǔ)音信號(hào)的一種編碼方式。這種方式在提取語(yǔ)音特征參量時(shí) ,往往會(huì)利用某種語(yǔ)音生成模型在幅度譜上逼近原語(yǔ)音 ,以使重建語(yǔ)音信號(hào)有盡可能高的可懂性 ,即力圖保持語(yǔ)音的原意 ,但重建語(yǔ)音的波形與原語(yǔ)音信號(hào)的波形卻有相當(dāng)大的區(qū)別。這種方式的特點(diǎn)是編碼速率低 （１．２ｋｂｉｔ／ｓ～２．４ｋｂｉｔ／ｓ或更低 ） ,但只能達(dá)到合成語(yǔ)音的質(zhì)量 （即自然度、講話者的可識(shí)別性都較差的語(yǔ)音 ） ,并當(dāng)碼率提高到與波形編碼相當(dāng)時(shí) ,語(yǔ)音質(zhì)量也不如波形編碼。利用參量編碼實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信的設(shè)備通常稱為聲碼器 ,例如通道聲碼器、共振峰聲碼器、同態(tài)聲碼器以及廣泛應(yīng)用的線性預(yù)測(cè) （ＬＰＣ）聲碼器等都是典型的語(yǔ)音參量編碼器。
當(dāng)前 ,由參量編碼與波形編碼相結(jié)合的混合編碼的編碼器正在得到人們較大的關(guān)注。這種編碼器既具備了聲碼器的特點(diǎn) （利用語(yǔ)音生成模型提取語(yǔ)音參數(shù) ） ,又具備了波形編碼的特點(diǎn) （優(yōu)化激勵(lì)信號(hào) ,使其與輸入語(yǔ)音波形相匹配 ） ,同時(shí)還可利用感知加權(quán)zui小均方誤差的準(zhǔn)則使編碼器成為一個(gè)閉環(huán)優(yōu)化的系統(tǒng) ,從而在較低的比特率上能獲得較高的語(yǔ)音質(zhì)量。例如 ,多脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè) （ＭＰＬＰＣ或ＭＰＣ ）編碼 ,正規(guī)脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè) （ＲＰＥ＿ＬＰＣ）編碼和碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè) （ＣＥＬＰ）編碼都屬于這一種 ,這種編碼方式能在４ｋｂｉｔ／ｓ～１６ｋｂｉｔ／ｓ中低編碼的速率上得到高質(zhì)量的重建語(yǔ)音。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
本設(shè)備可實(shí)現(xiàn)圖像、聲音、任意波形數(shù)據(jù)的光纖傳輸。本系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊，一個(gè)是數(shù)據(jù)采集模塊，另一個(gè)是數(shù)據(jù)回放模塊，兩個(gè)模塊的數(shù)據(jù)交換通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)，原理框圖見(jiàn)圖3。所有系統(tǒng)的控制功能，如：靜態(tài)圖像拍攝、聲音采樣、圖像顯示、聲音播放等，通過(guò)鍵盤實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)包含如下器件：
圖像傳感器一個(gè)、麥克風(fēng)一個(gè)、5V直流電源一個(gè)、LCD顯示器一個(gè)、喇叭一個(gè)，光纖（跳纖）一根、鍵盤、連接電纜等。
圖3 系統(tǒng)原理框圖
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
1. 語(yǔ)音采集、光纖傳輸和回放
2. 隨機(jī)波形采集、光纖傳輸和顯示
3. 靜態(tài)圖像采集、光纖傳輸和顯示
【實(shí)驗(yàn)步驟】
語(yǔ)音采集、光纖傳輸和回放
（1） 在LCD屏的“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”主菜單中，按鍵選擇“語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)”，確認(rèn)后閱讀LCD屏上顯示
的提示信息。
（2） 按“確認(rèn)”鍵開(kāi)始語(yǔ)音采集和錄音過(guò)程，實(shí)驗(yàn)者可對(duì)話筒講一段話，此時(shí)LCD屏上的
滾動(dòng)條顯示出還有多長(zhǎng)錄音時(shí)間。
（3） 滾動(dòng)條結(jié)束后，LCD屏顯示出是否進(jìn)行光纖傳輸?shù)倪x項(xiàng)，選擇“是”則進(jìn)行光纖傳輸，
選擇“否”則結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，且刪除本次錄音數(shù)據(jù)。
（4） 實(shí)驗(yàn)者選擇“是”后，LCD屏顯示光纖傳輸進(jìn)程滾動(dòng)條，滾動(dòng)條到終點(diǎn)后，LCD屏上顯
示出是否播放當(dāng)前錄音，選擇“是”則播放當(dāng)前錄音，選擇“否”則結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，
且刪除本次錄音數(shù)據(jù)。
（5） 實(shí)驗(yàn)者選擇“是”后，系統(tǒng)播放當(dāng)前錄音，播放完畢后LCD屏顯示“重放”和“結(jié)束”
選項(xiàng)，選擇“重放”則再次播放當(dāng)前錄音，選擇“結(jié)束”則結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，且刪除本
次錄音數(shù)據(jù)，LCD屏回到初始的“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”主菜單。
隨機(jī)波形采集、光纖傳輸和顯示
（1） 實(shí)驗(yàn)者用示波器觀察并調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出波形，使其電壓峰峰值小于5V，信號(hào)頻
率小于10KHz。
（2） 在LCD屏的“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”主菜單中，按鍵選擇“隨機(jī)波形”，確認(rèn)后閱讀LCD屏上顯示
的提示信息。
（3） 按“確認(rèn)”鍵開(kāi)始采集并光纖傳輸隨機(jī)信號(hào)，實(shí)驗(yàn)者可在LCD屏上觀察輸入的隨機(jī)信
號(hào)波形，并與示波器對(duì)比。
（4） 實(shí)驗(yàn)者按“退出”鍵結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，并退回到初始的“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”主菜單。
靜態(tài)圖像采集、光纖傳輸和顯示
（1） 在LCD屏的“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”主菜單中，按鍵選擇“隨機(jī)波形”，確認(rèn)后閱讀LCD屏上顯示
的提示信息。
（2） 按“確認(rèn)”鍵拍攝一張靜態(tài)圖像，LCD屏顯示圖像處理滾動(dòng)條。
（3） 滾動(dòng)條到終點(diǎn)后，LCD屏上顯示出是否光纖傳輸當(dāng)前圖像，選擇“是”則進(jìn)行光纖傳
輸，選擇“否”則結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)，且刪除本次采集的圖像數(shù)據(jù)。
（4） 實(shí)驗(yàn)者選擇“是”后，LCD屏顯示光纖傳輸進(jìn)程滾動(dòng)條，滾動(dòng)條到終點(diǎn)后，LCD屏上顯
示出本次采集的禁止圖像。
（5） 實(shí)驗(yàn)者按任意鍵返回“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”主菜單。 【注意】
隨機(jī)信號(hào)的電壓峰峰值必須小于5V，頻率必須小于10kHz 。 http://kipsh.com.cn/ |
