数字声音广播信源编码一v

1、信源编码李 娜 通信与信息工程学院主要内容模拟信号数字化1信源编码2MPEG3常用的音频编码方法41.1 A/D转换模拟信号数字化：模拟电信号转化为数字的电信号采用PCM、DPCM、DM来实现，这个过程叫做A/D转换采样量化编码时间连续幅度连续 时间离散幅度连续时间离散幅度连续 时间离散幅度离散离散样值 数字信号码组采 样采样(抽样)：是每隔一定的时间测量一次声音信号的幅值，把时间连续、幅度连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的采样信号(离散模拟信号)。采样周期：时间间隔Ts采样频率： 每秒对模拟信号采样的次数（Hz）采样定理（奈奎斯特采样定理）频带 之间的低通模拟信号，采 样f(t)采样前

2、频谱F()f(t)采样后频谱Fs()在实际应用中，fs=（2.53）fH，例如语音信号频率3003400 Hz，抽样速率 fs 一般取 8000 Hz。量 化量化：把幅度上仍连续的采样信号进行幅度离散，即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的规定电平表示。量化后，时间离散、幅度离散量化噪声：量化产生的量化误差。量 化量化级数越多，量化误差越小，编码后的总数据率越大。量 化非均匀量化小信号细量化大信号粗量化均匀量化幅度取值等距离分割非均匀量化实际中，非均匀量化的实现方法通常是在量化前将信号抽样值压缩，再均匀量化。A压缩律：在欧洲、中国大陆等数字电话通信中压缩律：在北美、日本、韩国等数字电话通信中

3、编码：是将量化后的信号转换成二进制码组输出。量化级数 M 和码字的比特数 n 的关系声音信号的采样频率 fs=48kHz，每个采样值按16bit 量化 每声道的数据率 = 48*103*16 = 768 kb/s 双声道立体声节目的数据率 = 768 *2= 4.536 Mb/s 自然二进制码PCM常用的码型 反射二进制码 折叠二进制码编 码编 码反射二进制码从自然二进制码的最右一位起，依次将每一位与其左边一位进行异或，作为反射二进制码该位的值，最左一位（最高位）保持不变。折叠二进制码与自然二进制码最高位相同对于正样值，两者各码位相同对于负样值，除最高位外，折叠二进制的各码位是自然二进制码取反

4、适用于表示正负对称的双极性信号误码对小电压影响较小数字传输系统数字基带信号：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频率或很低频率开始。 适用于某些具有低通特性的有线信道，特别是传输距离不太远的情况，如计算机LAN。数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统。数字带通（频带）传输系统：包含调制和解调过程的传输系统。数字基带信号实际传输中，为了匹配信道的特性以获得令人满意的传输效果，需要选择不同的传输波形来表示“0”和“1”。数字基带信号是数字信息的电波形表示，它可以用不同的电平或脉冲来表示消息代码。同一个消息代码（二进制序列）能以不同的电平或脉冲表示。数字信号的形式单极性不归零码1

5、脉冲的正电位0脉冲的零电位双极性不归零码1脉冲的正电位0脉冲的负电位数字信号的形式单极性归零码1小于码元宽度的正脉冲0无脉冲双极性归零码1小于码元宽度的正脉冲0小于码元宽度的负脉冲数字信号的形式差分码1前后码元有变化0前后码元无变化AMI码1电平在正负极交替0零电位数字信号的形式HDB3码没有4个及以上连续的0时，按AMI编码出现4个及以上连续的0时，将第4个0变为V(破坏脉冲)，极性与前一非0符号相同，保证相邻V之间符号极性交替两个相邻V之间有偶数个非0符号，用“B00V”取代4个0，B符号(调节脉冲)与前一非0符号相反，并让后面的非0符号从该符号开始再交替变化。1.2 D/A转换PCM信号

6、经译码后，变成电平为不同极性不同幅度的抽样值，再经过低通滤波器，恢复出模拟信号，扬声器发声。量 化 器编 码 信道 译 码低通滤波器抽样器噪声 模拟信号模拟信号1.3 广播电视信号数字化PAL制电视信号数字化的数据率图像宽:高 = 4:3，25帧/s，625行/帧亮度分级256，色度分级256，16 bit/pixel每行像素 = 625*4/3 = 833.3 pixel每帧像素 = 833.3*625 = 520812.5 pixel数据率 = 520812.5*25*16=208.35 Mb/sHDTV的数据率图像宽:高 = 16:9，1250行/帧，其他不变数据率=1.11Gb/s数据

7、率提高存储问题、传输问题 数据压缩主要内容模拟信号数字化1信源编码2MPEG3常用的音频编码方法42.1 信源编码的任务信源编码？2.1 信源编码的任务信源编码/数据压缩解决数据存储、交换、传输的有效性问题信源数据率的压缩、力争传递最大信息量信源编解码系统数据率压缩的必要性3降低存储费用和空间4降低发射机功率消耗1减少射频带宽，提高频谱利用率2较快传输各种信源，降低信道占用费一套CD双声道立体声节目，采样率为44.1KHz，每样值按16比特量化，净数据率为： 21644.1103 =1411.2kb/s设信道编码率R=1/2，实际经信道传输的总数据率为： 1411 .2kb/s2 = 2822

8、.4kb/s设信道的频谱利用率为2（b/s）/Hz，则传输射频带宽为 2822.4(Kb/s) / 2(b/s)/Hz = 1.4MHz 相当于现在7个模拟FM广播电台占用的实际带宽若将数据率降至原来的1/7，则利用一个FM电台所占的实际射频带宽就可以传送一套CD质量的立体声节目数据压缩的可能性时域信息冗余样值间的相关性周期间的相关性频域信息冗余冗余部分不编码不传送不相关部分2.2 数据压缩分类可逆压缩/无失真压缩数据压缩不可逆压缩/不相关压缩D=0D0与CD可比的质量听不出压缩后的节目与原版CD节目的区别2.3 信源编码理论基础1、频谱掩蔽效应声音强度用声级L表示：L=20lg（P/P0）

9、dB P：声压； P0：基准声压 P0=210-5N/m2= 2010-6N/m2=20pa静听阈：安静环境下，人耳刚好能感觉到的最小声音强度。随频率变化。同听阈：单音出现时，产生一个新的听阈曲线。在此频率附近的频段内，门限有不同程度的提高，以中心频率最高。频谱掩蔽效应频谱掩蔽效应：处于同听阈以下的声音被1kHz信号所掩蔽。不同中心频率的窄带噪声形成的同听阈 不同中心频率的同听阈曲线形状不完全相同 中心频率越高，同听阈曲线的最大声级越小相同中心频率不同声强的同听阈声强越强，掩蔽曲线越高，占据频率范围越宽，掩蔽能力越强掩蔽曲线左侧上升陡峭，右侧下降平缓。三个指标掩蔽噪声比 MNR以dB表示的最小

10、同听阈与量化噪声之差信号噪声比 SNR以dB表示的信号强度与最小同听阈之差信号掩蔽比 SMR 以dB表示的信号强度与最小同听阈之差MNR=SNR-SMR数据压缩时，根据信号掩蔽比确定必要的量化。三个指标2、时间掩蔽效应1听到强音之前弱音被掩蔽2强音弱音同时存在，弱音被掩蔽3强音消失后一段时间内弱音被掩蔽1前掩蔽2同期掩蔽3后掩蔽 时间掩蔽特性前掩蔽：听阈上升，持续时间较短后掩蔽：听阈下降，持续时间较长3、子频带编码定义：将原始信号由时间域转变为频率域，然后将其分割为若干个子频带，并对其分别进行数字编码。分析滤波器组综合滤波器组子频带编码优点1为不同子带合理分配比特数2控制重建误差频谱的形状54比特差错限制在子带内，干扰减弱3量化噪声限制在本子带内时间分辨率高4、变换编码Step 1时域信号变换为频域信号（FFT、 DCT）频谱