112、113 信源及信道编码.PPT

* 第11章 数字电视原理 音频信号压缩编码 信道编码的必要性、目的及编码框图 纠错原理 数字信号的调制与解调 教学重点： 信道编码、调制与解调。 教学难点： 信道编码、调制与解调。 教学目的： 1、了解音频信号压缩编码、信道编码； 2、理解调制与解调。 11.2.3音频信号压缩编码 实验与统计分析已经证明，音频信号中存在多种冗余，主要是时域冗余、频域冗余和听觉冗余等。这些冗余的存在，使音频数字信号的压缩得以实现。 1. 音频数据压缩编码的可能性 （1）时域冗余：幅度分布的非均匀性，样值间的相关性，信号周期之间的相关性，长时自相关，静音、语音之间的停顿间歇都是冗余量。 （2）频域冗余：长时间隔功率谱密度具有非均匀性以及语音信号具有短时功率谱密度，具有相关性。 （3）听觉冗余：听觉频率范围、人耳对声音响度的响应呈对数关系、人耳具有听觉阈特性、人耳具有掩蔽阈效应。 2. 常用音频数字信号的压缩编码 感知编码、波形编码、参数编码、混合编码 （1）感知编码 ● 感知编码是利用人耳的掩蔽效应和其它冗余，在维 持取样频率不变和保证音频信号动态范围的情况下，通过减少数字信号的字长来降低总码率。 ● 感知编码的基本工作原理为：对输入音频信号的频率和幅度进行分析，并将分析结果与人的听觉模型相比较， 凡符合模型的信息（人耳能够感觉到的）保留下来，对听觉不能感觉到的内容丢弃，从而降低了码率。 （2）波形编码 波形编码是指直接对时域或频域中的音频信号波形进行取样编码。它主是利用音频取样值在时域或频域中存在的某些冗余进行压缩，力求使还原后的音频信号波形与原音频信号波形保持一致。 常见的波形编码方法主要有： ●子带编码 ●自适应脉冲编码调制 （3）参数编码 根据对声音形成要素的分析和人耳的听觉分辨力，建立产生语音信号的模型，再在声音信号中提取代表语音信号特征的参数进行编码。 （4）混合编码 结合两种或两种以上的压缩编码方法，利用各自的长处进行混合编码，实现在较低的数码率上获得较高的音质。 ●自适应变换编码等。 该编码技术压缩比高，重建音频信号的质量较差，不适合用于保真度高的场合，一般多用于语音信号的压缩编码。 3 .音频压缩编码国际标准 常用音频数字信号压缩编码国际标准有： MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、杜比AC-3等 （1）MPEG-2音频压缩编码标准 在MPEG-2标准中定义了两种音频数据压缩编码算法，其一是向下兼容多声道音频编码标准，简称MPEG-2 BC，即它与MPEG-1标准是兼容的；其二是高级音频压缩编码标准，简称MPEG-2 ACC。它们的特点分别如下： ● MPEG-2 BC的主要特点：它与MPEG-1相比，主要做了两个方面的重大改进。一是增加声道数，支持5.1和7.1声 道的环绕声；二是为某些低码率应用场合增加了三种较低的取样频率（16kHz、22.05kHz和24kHz）。 ● MPEG-2 ACC的主要特点：它是一种非常灵活的声音感知编码标准，在编码原理上主要利用了听觉系统的掩蔽特性来压缩音频信号的数据量，并把量化噪声分散到各个子带之中，再用全局信号把噪声掩蔽掉。因而，可达到用较低的比特率实现高音质。同时，MPEG-2 ACC提高了压缩比，扩展了使用范围，具体指标为： ① 压缩比为11:1。 ② 支持的取样频率可从8kHz到96kHz。 ③ 支持48个主声道、16个低频增强声道、16个配音声道（或称多语言声道）和16个数据流等。 （2）杜比AC-3音频压缩编码标准 杜比AC-3标准是美国杜比实验室与日本先锋公司合作开发，于1994年12月研制成功。主要优点有： ● 真正的立体环绕声：杜比AC-3系统分别向左、右环绕音箱馈送信号，使环绕声道成为立体声声道，可实现声音定位到后方的某一点。 ● 音频范围宽频带：杜比AC-3五个声道的频响均为20Hz～20kHz，超低音声道为20Hz～120Hz，音场更加扩大 ，方向感增强。 ●动态范围极其宽广且可控： ● 各个通道完全隔离： 11.3 信道编码 1.信道编码的必要性 数字电视信号在传输过程中将受到信道加性噪声、乘性噪声以及多径衰落等干扰因素的影响，使得信息失真有可能，并出现误码（其中数字电视地面传输时干扰尤为严重），使得接收端无法正确解调，因此必须进行纠错编码，进一步提高传输系统的可靠性。 11.3.1 信