樊昌信通信原理第10章-信源编码(7版)..ppt

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信 源 编 码 PCM 信号的比特率和带宽 传输带宽: 若采用非归零矩形脉冲传输时,谱零点带宽为 例如: 一路模拟话路带宽为 B=4 kHz 一路数字电话带宽为 问题:PCM信号占用的频带 比 标准话路带宽要 宽很多倍。 B=8000×8 = 64 kHz 如何解决? 详见10.6节 §10.5.4 PCM系统中噪声的影响 PCM 系 统 输 出: 两种噪声: ∵产生机理不同 ∴相互独立 ∥ + + —— 信号成分( So ) —— 加性噪声( Sa ) —— 量化噪声(Sq) 性能指标: 抗量化噪声性能 抗加性噪声性能 总输出信噪比 含义:当低通信号最高频率 fH 给定时, PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B 按指数规律增长。 抗量化噪声性能 抗加性噪声性能 PCM系统最小带宽 ——带宽与信噪比互换 假设条件:自然码、均匀量化、输入信号为均匀分布。 总输出信噪比 差分脉冲编码调制 §10.6 Differential PCM, DPCM —— PCM的改进型,是一种预测编码方法 预测编码简介 问题引出 PCM 需用 64kb/s 的比特率传输 1 路 数字电话信号,这意味 ,其占用频带 比 1路模拟标准话路带宽(4 kHz)要 宽很多倍。 解决思路 究其根源:PCM 是对每个样值独立地编码,与其他样值无关。 —— 因此,降低 编码信号的比特率、压缩信号的传输频带是 语音编码技术追求的目标 。 ——∵信号抽样值的取值范围较大 —— 从而导致数字化信号的比特率高, 占用带宽大。 ∴ 需要较多的编码位数 方法之一 ——预测编码 线性预测 —— 利用前面几个抽样值的 线性组合 来预测当前时刻的样值。 —— 若仅用前面 一个抽样值 预测当前的样值,即为DPCM。 对相邻样值的差值进行编码 线性预测编码/译码原理框图 表明:预测值mk? 是前面p个带有量化误差的抽样信号值的加权和。 p - 预测阶数 ai - 预测系数 当 时 ? DPCM p = 1 a1 =1 §10.6.1 差分脉冲编码调制(DPCM)原理与性能 当 p = 1,a1 = 1,则有mk? = mk-1* , 表示只将前 一个抽样值 —— DPCM:对相邻样值的差值进行编码。 当做预测值。 预测器 预测器 DPCM原理 DPCM性能 DPCM系统的量化误差(量化噪声)为: DPCM系统的信号量噪比: 为信号平均功率; 为预测误差(量化器输入)的平均功率; 是把预测误差作为输入信号时量化器的信号量噪比; 差分处理增益 约为6~11dB ADPCM是为了改善 DPCM 的性能,而将自适应技术引入到量化 和预测过程。其主要特点: ① 用自适应量化取代固定量化。自适应量化 指量化台阶随信号的变化而变化 ,使量化误差减小。 ② 用自适应预测取代固定预测。自适应预测 指预测系数可随信号的统计特性而自适应调整 ,提高预测信号的精度 。 通过这二点改进 ,可大大提高输出信噪比和 编码动态范围 。 自适应差分脉码调制(ADPCM ,Adaptive DPCM) ADPCM 能以32 kb/s的比特率达到 64 kb/s 的 PCM 数字电话质量。极大地节省了传输带宽,使经济性和有效性显著提高。 增量调制(ΔMDM) §10.7 —— 一种最简单的 DPCM §10.7.1 增量调制(ΔM) 原理 引言 即对预测误差进行1位编码 量化电平数取 2 增量调制原理框图 增量调制波形图 如何选择 ? 和 fs (2)过载量化噪声 (1)一般量化噪声 §10.7.2 增量调制系统中的量化噪声 很大 ≤? 译码器的最大跟踪斜率: 不过载条件: fs 选大:对减小过载噪声和一般量化噪声都有利。因此,对于语音信号而言, ΔM 的抽样频率在几十千赫 ~ 百余千赫。 ? 选大 : 有利于减小过载噪声 ,但一般量化噪声增大。 ——原因:简单 ΔM 的量化台阶是固定的,难以使两者都不超过要求。 ——解决:采用自适应 ΔM,使量化台阶随信号的变化而变化。 为了避免过载 和 增大编码范围,应合理选择 ? 和 fs ! 时,编码1010101010? 时,编码1010101010? = ?/2 起始编码电平 Amin 编码范围: 最大编码电平(临界过载振幅)为: 其斜率 若不过载,应要求: 可见,当跟踪斜率一定时,允许的信号幅度随信号频率??k的增加而减小,这将导致语音高频段的信号量噪比下降。 即 设 最大编码电平 Amax 信号最大功率: 由

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