第06讲-信源编码课件.pptVIP

第六讲 无线通信的信源编码 引言 概述 信源的原始信号绝大多数是模拟信号，因此，信源编码的第一个任务是模拟和数字的变换，即：A/D，D/A。 抽样率取决于原始信号的带宽： fc = 2 ? w，w为信号带宽 抽样点的比特数取决于经编译码后的信号质量要求： SNR ＝ 6 ? L(dB)，L为量化位数 概述（续） 但是，由于传输信道带宽的限制，又由于原始信源的信号具有很强的相关性，则信源编码不是简单的A/D，D/A，而是要进行压缩。为通信传输而进行信源编码，主要就是压缩编码。 信源编码要考虑的因素： －发信源的统计特性。 －传输信道引入的损伤，如误码。 －受信者的质量要求。 理论 信源编码定理： 对于给定的失真率D，总可以找到一种信源编码方法，只要信源速率R大于R(D)，就可以在平均失真任意接近D的条件下实现波形重建。 说明1：R(D)称为率失真函数，它是单调非增函数，速率越高，平均失真越小。 说明2：为了保证在一定速率下的失真，必需采用信源编码，因而会引入编码延时。 理论（续） 信道编码定理： 如果信源速率R小于信道容量C，总可以找到一种信道编码方法，使得信源信息可以在有噪声信道上进行无差错传输，即： R ? C，无差错传输条件 说明1：信道容量C是根据仙侬定理得到的 C ＝ W?log2(1+S/N) 说明2：为了保证无差错传输，必需采用信道编码，因而会引入编码延时。 理论（续） 信息传输定理： 将信源编码定理和信道编码定理综合，就得到信息传输定理。即：为保证无差错传输及失真度，必需满足：C ? R(D) 说明1：在一般数字通信系统中，信源编码和信道编码可以分开考虑。信道编码定理给出无差错的速率上限，信源编码定理给出无失真的速率下限。 说明2：为了实现理想性能，都要付出延时的代价。 性能指标 速率：高速率、中速率、低速率 压缩比 质量：客观评价 主观评价 延时：质量和延时的关系 不同业务对延时的要求 复杂性：算法的复杂性及软硬件实现的复杂性 实现方法 波形编码 将波形直接变换成数字码流。特点：比特率较高、解码后质量较高、延时较小。可以分为：时域波形编码，如PCM、ADPCM、?M等；频域波形编码，如：子带编码（SBC）、自适应变换编码（ATC）等。 参数编码 从信源信号的某个域中提取特征参数，并变换成数字码流。特点：比特率较低、解码后质量较低、延时较大。如：各种声码器。 混合编码 将以上二种方法混合，特点：以较低的比特率获得较高的质量，延时适中，复杂。如：G723.1，G728，G729，GSM的语音编码，IS-95的语音编码等。 音频编码 音频编码的优点 ? 提高传输的质量 ? 便于处理 ? 使用灵活，便于多种媒体（视频、音频、文字、数据）相结合应用 ? 易于加密 ? 适合大规模集成 ? 可靠性高、体积功耗小 ? 价格便宜 音频编码的应用 压缩的必要性 音频编码历史：数字电话（1） ? 波形编码 ? PCM原理（37年，法Alec Reeres） 电子管PCM（46年，Bell实验室） 晶体管PCM（62年，市话扩容，64kb/s） 单片IC PCM（70年代，微波、卫星、光纤） ? 增量编码原理（46年，法De Loraine） 自适应增量 CVSD（60年代末，军用，32、16kb/s） Continuously Variable Slope Delta Modulator 连续变化斜率增量调制器 ? 其他编码（70年代，ADPCM、SubBand、ATC、APC等） 在16kb/s以上得到较好的话音质量。 特点：话音质量好，但编码速率高。 音频编码历史：数字电话（2） ? 参数编码 ? 波形编码通道声码器（39年，Dudly，二次大战必威体育官网网址电话） ? LPC声码器（67年，Atal、Schroeder） ? 同态声码器（69年，Oppenheim） ? 共振峰声码器（71年，Rabiner、Schafer、Elanagan） ? MBE声码器（88年，Griffin、Lim） ? 波形插值（91年，W.B. Kleijn） 2.4kb/s、1.2kb/s、较好；600-800b/s可懂。特点：编码速率低，自然度差。 ? 混合编码器 利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。 ? 多脉冲激励线性预测（MPELP 1982 Atal、Remde） ? 规则脉冲激励线性预测（RPELP 1985 Deprettere、Kroon） ? 码本激励线性预测（CELP 1985 Manfred、Schroeder、Atal）