一种PCM信号编码系统及方法与流程

本发明属于信号编码领域，具体涉及一种pcm信号编码系统及方法。

背景技术：

pcm脉冲编码调制是pulsecodemodulation的缩写。脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。

由于物理介质的干扰和无法避免的噪声，信息通过信道传输时无法避免差错，如何对pcm信号数据通信中出现的差错进行控制，提高数据传输和存储可靠性是数字通信的重要内容。目前，pcm信号的通信系统中对pcm数据接收处理时信号的信噪比必须达到一定的门限，以提高pcm信号的正确率，对于pcm信号的通信系统来说，就意味着需要增加发射机的输出功率，增加发射设备的难度，并且会增大对其它通信系统干扰。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种pcm信号编码系统及方法，其通过将输入的外部pcm信号进行串并转换和加入预设标识位形成初始矩阵，依据预设的编码模式对初始矩阵进行行编码和列编码得到编码矩阵，依据控制指令输出相应的数据给进行并串转换后输出，以提高输出编码信号的可靠性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种pcm信号编码系统，该系统包括串并转换模块、pcm检测模块、编码模块、状态管理模块、输出缓存模块和并串转换模块，串并转换模块和pcm检测模块分别连接编码模块，状态管理模块、输出缓存模块和并串转换模块依次连接，状态管理模块连接编码模块和输出缓存模块；串并转换模块用于将输入的外部pcm信号同步并进行串并转换后发送给编码模块；并串转换模块用于实现输出数据的并串转换，

pcm检测模块用于检测输入的外部pcm信号并输出相应的控制指令给编码模块；

编码模块用于依据pcm检测模块的控制指令启动编码，编码过程具体为：接收并缓存预设容量的串并转换数据，加入预设标识位形成初始矩阵，依据预设的编码模式对初始矩阵进行行编码和列编码得到编码矩阵；

输出缓存模块用于接收来自编码模块的编码矩阵数据，将编码矩阵数据缓存于输出fifo，依据状态管理模块的控制指令输出相应的数据给并串转换模块，以提高pcm信号编码系统输出信号编码的可靠性。

作为本发明的进一步改进，pcm检测模块的检测过程为：按照预设的时钟周期对输入的外部pcm信号进行采样、移位和同步码检测，以实现判别输入的外部pcm信号的有效性。

作为本发明的进一步改进，预设容量的串并转换数据为3232bit的pcm数据，初始矩阵包括16bit有效标识、3232bit的pcm数据和1bit的预留数据的57×57方形矩阵。

作为本发明的进一步改进，预设的编码模式为：利用57×57初始矩阵的行数据和扩展汉明码作为编码多项式得到对应的57×7行校验矩阵数据，利用57×57初始矩阵和57×7行校验矩阵的合并后的57×64矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×64列校验矩阵数据，合并列校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵。

作为本发明的进一步改进，预设的编码模式为：利用57×57初始矩阵的列数据和扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×57列校验矩阵数据，再利用57×57初始矩阵和7×57列校验矩阵的合并后的64×57矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的64×7行校验矩阵数据，合并行校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种pcm信号编码方法，该方法具体为：

s1.检测输入的外部pcm信号并输出第一控制指令；将输入的外部pcm信号进行串并转换；

s2.依据接收的第一控制指令启动编码，编码过程具体为：接收并缓存预设容量的串并转换数据，加入预设标识位形成初始矩阵，依据预设的编码模式对初始矩阵进行行编码和列编码得到编码矩阵；

s3.将编码矩阵数据缓存于输出fifo，依据第二控制指令输出相应的数据给进行并串转换后输出，以提高输出编码信号的可靠性。

作为本发明的进一步改进，检测输入的外部pcm信号具体为：按照预设的时钟周期对输入的外部pcm信号进行采样、移位和同步码检测，以实现判别输入的外部pcm信号的有效性。

作为本发明的进一步改进，预设容量的串并转换数据为3232bit的pcm数据，所述初始矩阵包括16bit有效标识、3232bit的pcm数据和1bit的预留数据的57×57方形矩阵。

作为本发明的进一步改进，预设的编码模式为：利用57×57初始矩阵的行数据和扩展汉明码作为编码多项式得到对应的57×7行校验矩阵数据，利用57×57初始矩阵和57×7行校验矩阵的合并后的57×64矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×64列校验矩阵数据，合并列校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵。

作为本发明的进一步改进，预设的编码模式为：利用57×57初始矩阵的列数据和扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×57列校验矩阵数据，再利用57×57初始矩阵和7×57列校验矩阵的合并后的64×57矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的64×7行校验矩阵数据，合并行校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的一种pcm信号编码系统及方法，其通过将输入的外部pcm信号进行串并转换和加入预设标识位形成初始矩阵，依据预设的编码模式对初始矩阵进行行编码和列编码得到编码矩阵，依据控制指令输出相应的数据给进行并串转换后输出，以提高输出编码信号的可靠性，从而降低pcm信号的误码率。

本发明的一种pcm信号编码系统及方法，其通过扩展汉明码作为编码多项式得到对应的行校验和列校验矩阵数据，将tpc编码引进pcm信号传输，从而进一步提高pcm信号的纠错性能，采用扩展汉明码作为编码多项式，使编码后的数据获得最大汉明距离，提高输出数据的纠错能力，利于改善编码信道误码和干扰。

本发明的一种pcm信号编码系统及方法，其采用填充帧技术，解决了编码前后的数据速率不匹配性问题，保持了信号的连续性，保持信道的传输特性，从而进一步提高输出编码信号的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例的一种基于fpga的pcm信号编码系统的示意图；

图2是本发明实施例的编码矩阵的结构示意图；

图3是本发明实施例的输出数据的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图1是本发明实施例的一种pcm信号编码系统的示意图。如图1所示，该系统包括串并转换模块、pcm检测模块、编码模块、状态管理模块、输出缓存模块和并串转换模块，其中，串并转换模块和pcm检测模块分别连接编码模块，状态管理模块、输出缓存模块和并串转换模块依次连接，状态管理模块连接编码模块和输出缓存模块；串并转换模块用于将输入的外部pcm信号同步并进行串并转换后发送给编码模块；并串转换模块用于实现输出数据的并串转换；

pcm检测模块用于判别输入的外部pcm信号是否有效并输出控制指令给编码模块；具体地，按照预设的时钟周期对输入的外部pcm信号进行采样、移位和同步码检测，作为一个示例，预设的时钟周期为两倍的内部时钟周期，对输入信号进行采样处理可以防止信号亚稳态扩散，即接收的信号与外部输入的不一致；

编码模块用于依据接收的来自pcm检测模块的控制指令启动编码，编码过程具体为：接收并缓存预设容量的串并转换模块发送的数据，加入预设标识位形成初始矩阵，依据预设的编码模式对初始矩阵进行行编码和列编码得到编码矩阵；初始矩阵包括有效标识数据、pcm数据和预留数据。图2是本发明实施例的编码矩阵的结构示意图。如图2所示，作为一个示例，利用输入fifo缓存预设容量的串并转换模块发送的数据，预设容量的串并转换模块发送的数据为3232bit的pcm数据，初始矩阵为16bit有效标识、3232bit的pcm数据和1bit的预留数据，其中，初始矩阵为图2中的a0,0～a56,56即57×57方形矩阵，16bit有效标识对应为a0,0～a0,15，有效时为ffffh，无效时为0000h，a0,0～a56,55为pcm数据，a56,56为预留位，其填充值优选为0；编码矩阵为64×64的方形矩阵；

作为一个示例，编码模块可利用行编码器和列编码器进行编码，为易于设计实现和降低系统设计复杂度，行编码器和列编码器采取相同的多项式。

具体地，可利用57×57初始矩阵的行数据得到对应的57×7行校验矩阵数据，作为一个示例，利用扩展汉明码作为编码多项式，行校验矩阵的行向量具体为：

其中，ak,i代表初始矩阵对应的第k行第i列元素，sk,i代表行校验矩阵对应的第k行第i列元素；

再利用57×57初始矩阵和57×7行校验矩阵的合并后的57×64矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×64列校验矩阵数据，合并列校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵，作为一个示例，利用扩展汉明码作为编码多项式，列校验矩阵的列向量分别具体为：

其中，ai,k代表初始矩阵对应的第i行第k列元素，si,k代表行校验矩阵对应的第i行第k列元素，ci,k代表列校验矩阵对应的第i行第k列元素，c'i,k代表列校验矩阵对应的第i+56行第k列元素；

当然，可利用57×57初始矩阵的列数据和扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×57列校验矩阵数据，再利用57×57初始矩阵和7×57列校验矩阵的合并后的64×57矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的64×7行校验矩阵数据，合并行校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵，具体编码过程与上述过程类似，在此不作累述。采用扩展汉明码作为编码多项式，使编码后的数据获得最大汉明距离，提高输出数据的纠错能力，从而降低pcm信号的误码率。

输出缓存模块用于接收来自编码模块的编码矩阵数据，将编码矩阵数据缓存于输出fifo，依据状态管理模块的控制指令输出相应的数据给并串转换模块，以提高pcm信号编码系统输出信号编码的可靠性。

作为一个示例，输出缓存模块的数据输出采用字节形式，其中，每512字节对应1个编码矩阵内容，设置输出fifo内数据深度，当输出相应的数据深度大于或者等于512字节时，输出同步码1acffc1d；输出fifo依据状态管理模块输出的控制脉冲信号，每隔一个预设周期使能输出1字节数据，当输出fifo的数据深度小于512字节，则读取1帧填充数据以实现相应的数据输出。采用填充帧技术，解决了编码前后的数据速率不匹配性问题，保持了信号的连续性，保持信道的传输特性。

作为一个示例，图3是本发明实施例的输出数据的结构示意图。如图3所示，第1字节和第2字节的内容填充为00h，表示数据内容为无效数据，采用rom存储一帧预处理的无效填充数据，以完成输入码流和输出码流的不对称带来的速度匹配问题，并保证编帧后的数据矩阵完整性，作为一个示例，该系统采用的系统时钟为170mhz，输入移位脉冲控制计数器计数范围为0～84，共85个周期，在计数值为40时输出移位脉冲使能，为当监测到第1个同步码时，计数值清零。输出移位脉冲控制为计数值为0～65，共66个周期，在计数值为10时输出移位脉冲使能。在相同环境下测试，发送端未采用本发明的编码时，误码率达到3％。发送端采用该系统的编码，接收端采用对应的译码技术和多符号检测技术，能够获得6db以上的处理增益，相同环境条件下，误码率降到0.1％以下，效果显著。

一种pcm信号编码方法，该方法具体为：

s1.检测输入的外部pcm信号并输出第一控制指令；将输入的外部pcm信号进行串并转换；

具体地，按照预设的时钟周期对输入的外部pcm信号进行采样、移位和同步码检测，作为一个示例，预设的时钟周期为两倍的内部时钟周期，对输入信号进行采样处理可以防止信号亚稳态扩散，即接收的信号与外部输入的不一致；

s2.依据接收的第一控制指令启动编码，编码过程具体为：接收并缓存预设容量的串并转换数据，加入预设标识位形成初始矩阵，依据预设的编码模式对初始矩阵进行行编码和列编码得到编码矩阵；初始矩阵包括有效标识数据、pcm数据和预留数据；

作为一个示例，利用输入fifo缓存预设容量的串并转换模块发送的数据，预设容量的串并转换模块发送的数据为3232bit的pcm数据，初始矩阵为16bit有效标识、3232bit的pcm数据和1bit的预留数据，其中，初始矩阵为a0,0～a56,56的57×57方形矩阵，16bit有效标识对应为a0,0～a0,15，有效时为ffffh，无效时为0000h，a0,0～a56,55为pcm数据，a56,56为预留位，其填充值优选为0；编码矩阵为64×64的方形矩阵；

作为一个示例，可利用行编码器和列编码器进行编码，为易于设计实现和降低系统设计复杂度，行编码器和列编码器采取相同的多项式。

具体地，可利用57×57初始矩阵的行数据得到对应的57×7行校验矩阵数据，作为一个示例，利用扩展汉明码作为编码多项式，行校验矩阵的行向量具体为：

其中，ak,i代表初始矩阵对应的第k行第i列元素，sk,i代表行校验矩阵对应的第k行第i列元素；

再利用57×57初始矩阵和57×7行校验矩阵的合并后的57×64矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×64列校验矩阵数据，合并列校验矩阵数据后得到64×64初始矩阵作为一个示例，利用扩展汉明码作为编码多项式，列校验矩阵的列向量分别具体为：

其中，ai,k代表初始矩阵对应的第i行第k列元素，si,k代表行校验矩阵对应的第i行第k列元素，ci,k代表列校验矩阵对应的第i行第k列元素，c'i,k代表列校验矩阵对应的第i+56行第k列元素；

当然，用57×57初始矩阵的列数据和扩展汉明码作为编码多项式得到对应的7×57列校验矩阵数据，再利用57×57初始矩阵和7×57列校验矩阵的合并后的64×57矩阵并利用扩展汉明码作为编码多项式得到对应的64×7行校验矩阵数据，合并行校验矩阵数据后得到64×64编码矩阵，具体编码过程与上述过程类似，在此不作累述。采用扩展汉明码作为编码多项式，使编码后的数据获得最大汉明距离，提高输出数据的纠错能力，从而降低pcm信号的误码率。

s3.将编码矩阵数据缓存于输出fifo，依据第二控制指令输出相应的数据给进行并串转换后输出，以提高输出编码信号的可靠性。

作为一个示例，输出相应的数据采用字节形式，其中，每512字节对应1个编码矩阵内容，设置输出fifo的数据深度，当输出相应的数据深度大于或者等于512字节时，输出一个同步码1acffc1d，即输出fifo依据第二控制信号每隔一个预设周期使能输出1字节数据，当输出fifo的数据深度小于512字节，则填充相应的数据以实现相应的数据输出。采用填充帧技术，解决了编码前后的数据速率不匹配性问题，保持了信号的连续性，保持信道的传输特性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。