【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.    了解語音編解碼原理
4.    了解多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)字化過程
【實(shí)驗(yàn)原理】
光纖是由高度透明的SiO2經(jīng)過嚴(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,，其波長由半導(dǎo)體的特性決定,。光纖對單色光的損耗隨光波的波長變化而變化，它有三個低損耗窗口,，對應(yīng)的光波中心波長分別為850nm,，1310nm或1550nm，所以光纖通信中常用的光波波長從這三個波長中選擇,，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)放射光波波長大于截止波長時，光纖將只能傳輸一個基模的光波,。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,。
光纖與電路的接口叫光纖活動連接器,，活動連接器按纖芯插針、插孔數(shù)目的不同分為單芯活動連接器和多芯活動連接器,；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型活動連接器的外型圖如圖1所示,。

FC型活動連接器的插座由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)度或線路的測試,。連接器具有很高的精度,。如圖2所示。
 
圖2 FC型活動連接器外型圖
    語音信號包含有大量的冗余信息,，為了解決通信系統(tǒng)的效率問題,，語音信號在傳輸之前一般要經(jīng)過編碼，信號送達(dá)目標(biāo)地后要經(jīng)過解碼運(yùn)算,。語音壓縮編碼技術(shù)有多種 ,歸納起來大致可分為三類 ,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,。
波形編碼是將時間域信號直接變換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸 ,也就是說這種編碼是將語音信號作為一般的波形信號來處理 ,力圖保持重建的語音波形與原語音信號波形一樣。這種編碼方式的特點(diǎn)是適應(yīng)能力強(qiáng),、重建語音的質(zhì)量高 ,例如ＰＣＭ,、ΔＭ、ＡＤＰＣＭ和自適應(yīng)預(yù)測編碼 （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 ,語音重建質(zhì)量就會急劇下降,。
參量編碼 ,又叫聲碼化編碼 ,是在信源信號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音信號的一種編碼方式。這種方式在提取語音特征參量時 ,往往會利用某種語音生成模型在幅度譜上逼近原語音 ,以使重建語音信號有盡可能高的可懂性 ,即力圖保持語音的原意 ,但重建語音的波形與原語音信號的波形卻有相當(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)到合成語音的質(zhì)量 （即自然度,、講話者的可識別性都較差的語音 ） ,并當(dāng)碼率提高到與波形編碼相當(dāng)時 ,語音質(zhì)量也不如波形編碼。利用參量編碼實(shí)現(xiàn)語音通信的設(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 （ＬＰＣ）聲碼器等都是典型的語音參量編碼器。
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) （利用語音生成模型提取語音參數(shù) ） ,又具備了波形編碼的特點(diǎn) （優(yōu)化激勵信號 ,使其與輸入語音波形相匹配 ） ,同時還可利用感知加權(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音質(zhì)量,。例如 ,多脈沖激勵線性預(yù)測 （ＭＰＬＰＣ或ＭＰＣ ）編碼 ,正規(guī)脈沖激勵線性預(yù)測 （ＲＰＥ＿ＬＰＣ）編碼和碼激勵線性預(yù)測 （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)分為兩個模塊,，一個是數(shù)據(jù)采集模塊,，另一個是數(shù)據(jù)回放模塊，兩個模塊的數(shù)據(jù)交換通過光纖實(shí)現(xiàn),，原理框圖見圖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,，通過鍵盤實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)包含如下器件：
圖像傳感器一個,、麥克風(fēng)一個,、5V直流電源一個、LCD顯示器一個,、喇叭一個,，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)”鍵開始語音采集和錄音過程，實(shí)驗(yàn)者可對話筒講一段話,，此時LCD屏上的
滾動條顯示出還有多長錄音時間,。
  （3） 滾動條結(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)程滾動條，滾動條到終點(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)整信號發(fā)生器的輸出波形,，使其電壓峰峰值小于5V，信號頻
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)”鍵開始采集并光纖傳輸隨機(jī)信號,，實(shí)驗(yàn)者可在LCD屏上觀察輸入的隨機(jī)信
號波形，并與示波器對比,。
  （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條,。
（3） 滾動條到終點(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)程滾動條，滾動條到終點(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)信號的電壓峰峰值必須小于5V,，頻率必須小于10kHz ,。

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