5.2到5.4 连续信源编码(含均匀量化和非均匀量化).ppt

1、2020/8/2，1，第5章信源编码，2020/8/2，2，信源编码，5.1离散信源编码，5.2连续信源编码，5.3相关信源编码，5.4变换编码，2020/8/2，3，连续信源输出的信息x(t)在时间和数值上是连续的，所以它的编码方法在编码前需要三个步骤成为离散信源：采样：根据采样定理，首先x(t)在时间上变成离散振幅x(iTs)。量化：用有限数量的量化值xq替换信号的无限多个连续值的实际幅度。编码：量化值用二进制或多级编码表示.因此，连续信源编码属于失真受限信源编码。编码速率受到研发的限制。2020/8/2，4，连续源的量化编码：均匀量化编码：整个量化范围内的量化间隔相同。不均匀量化编码：量

2、化间隔随信号大小而变化。欧洲和中国采用的是A-law 13行编码(7种不同的量化间隔)，典型的有脉码调制、2020/8/2，5脉码调制和脉码调制，分为3个步骤：采样。在某个时刻测量模拟信号的值。采样率为8千赫/秒.量化。256个不同的特定量化级别用于表示模拟信号的相应瞬时采样值。编码。每个量化值由一个8位二进制码表示，它构成一系列具有离散特性的数字信号流。2020/8/2/6，采用这种编码方法，数字链路上数字信号的比特率为64位。固定电话采用这种数字方式，因此每个语音通道的速率为64位。2020/8/2，7，2020/8/2，8，13。折线A法则的每一段被均匀地分成16个部分，每个部分用作量化

3、区间。这样，8*16=128个不均匀量化间隔被划分在01的范围内。2020/8/2，9，其中横坐标x在从0到1的区间内被分成八个不均匀的段。1/2和1之间的线段称为第八段；1/4和1/2之间的线段称为第七段；1/8到1/4之间的线段称为第六段；通过类比，0和1/128之间的线段称为第一段。在图中，纵坐标y被平均分成8段。2020/8/2，10，连接对应于这8个段落的坐标点(x，y ),获得折线。从图中可以看出，除了第一段和第二段之外，所有段的折线斜率都不同。这些斜率列于下表：由于语音信号是交流信号，上述压缩特性只是实际压缩特性曲线的一半。在第三象限，有另一条与原点奇数对称的半曲线。2020/8

4、/2、11、2020/8/2、12和13多段线的每一段都被均匀地分成16个部分，每个部分都用作量化间隔。然后在01的范围内绘制8*16=128个不均匀量化间隔。最小量化间隔是第一段；最大量化间隔为第八段：2020/8/2，13，对13倍A律非均匀量化结果进行定长折叠二进制编码。(1)根据信号确定极性，并将其编码为C7。(2)根据信号所在的段落确定段落代码。由于总共有8个段落，段落代码需要用3位二进制代码表示。(3)根据信号所在段落中的零件数量确定段内代码。众所周知，每个段落分为16个部分，因此段内代码需要用4位二进制代码表示。综合：13行A律非线性量化编码需要8位代码。2020/8/2，14，

5、段落代码编码规则，2020/8/2，15，例如：假设在某个采样时间的归一化信号值为x=-286，求其13倍的非均匀量化编码。解决方案(1)确定极性代码：x0，所以C7=0；(2)确定段落代码：256286512位于第六段，代码为5，即101；(3)确定段内代码：286-256=30 16 3032位于段内16个部分的第二部分，但它比16 30更接近32。相应的二进制段内代码为0010，2020/8/2，16，量化误差为e=32- 30=2，这也称为量化噪声。相应的脉码调制为01010010，2020/8/2，17，信源编码，5.1离散信源编码，5.2连续信源编码，5.3相关信源编码和5.4变换

6、编码5.3相关信源编码，相关信源(连续记忆信源):采样信号序列在时间上是相关的，如果每个采样时刻的信号值被逐个量化，将导致码长的冗余。连续记忆信源编码的分类：(1)预测编码：利用信号序列的时间相关性，通过编码前的预测减少信息冗余。(2)变换编码：引入一定的变换，将信号序列变换成在另一个时域中相互独立或相关性低的序列，然后对新序列进行编码。2020/8/2，19，预测编码，基本思想，2020/8/2，20，预测编码，基本思想是只要预测足够精确，dn足够小，并且只有dn被量化和编码，这将减少信息冗余，并且与xn相比提高编码效率。示例：线性预测编码(LPC):2020/8/2/21，线性预测编码，基

7、本思想，2020/8/2/22，语音编码(源编码)RPE-LTP编码(规则脉冲激励长期预测编码规则脉冲激励长期预测编码)是一种将波形编码与声码器(参数编码)相结合的混合编码方法，可以以较低的码率获得较高的语音质量。例如：GSM的语音编码，2020/8/2/23。考虑到实际中可以使用的带宽，GSM规范中规定的载波频率间隔为200千赫。当采用脉冲编码调制时，G网每载频传输8个时隙用户数据的速率需要512kbps为了在200千赫的指定频带内传输它们，每个语音编码的比特率必须大大降低，这取决于语音编码方式的改变。GSM语音编码，2020年8月2日，声码器编码(也称为参数编码):它可以以非常低的速率(可

8、以低于5比特，虽然它不影响语音的可懂度，但是语音的失真非常大，所以很难区分谁在说话。波形编码器的语音质量较高，但所需的比特率也相应较高。GSM语音编码，2020年8月25日，中国GSM系统，890，915，935，960，上行或反向，下行或前向，1。中国移动全球移动通信系统占用的频带：890-908(上行链路)935-953 2020年8月26日/2027年8月2日，中国的全球移动通信系统，1。中国移动：17101720(上行链路)18051815(下行链路)(2)原中国联通：17451755(上行链路)18401850(下行链路)8对用户的时分通信分为每个用户的头部，单个用户占用的带宽为20

9、万/8=25千赫，出局信道、入局信道、假设用户1和朋友之间的通话占用绿色时间每帧有8个时隙，每个时隙由一个用户使用，2020/8/2，28。因此，GSM系统的语音编码器是声码器和波形编码器的混合体混合编码器。全称是线性预测编码RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测码)，它能以较低的码率(13kbps)获得较高的语音质量。2020/8/2/29，3G网络中的源编码，可变速率声码器：编码速率根据人类语音的大小和速度而改变，从而进一步降低编码速率。3G支持以下信源编码：QCELP(代码激励线性预测算法代码激励线性预测):的基本速率为8kb/s，但根据输入语音消息的特点，可以动态分为四种类型，即8、4、

10、2和1kb/s。(效率比PCM高4-8倍)EVRC(增强型可变速率编码器)，它保持8kbps的最大数据速率，但获得的声音质量仅略低于13kbps声码器。2020/8/2/30，不连续传输(DTX)事实上，在通信过程中，移动用户只有很少的时间说话，并且大多数时间他们不传输语音消息。如果所有这些信息都传输到网络上，不仅会浪费系统资源，还会加剧系统中的干扰。因此，在语音编码器检测到语音间隙之后，它在间隙期间不被传输，这被称为不连续传输。通话期间以13KB/秒的速度编码，暂停期间以500 MB/秒的速度发送舒适的噪音。2020/8/2/31，预测编码的详细分类，以及如何选择预测阶数p和加权系数wi以实

11、现性能和简单性之间的合理折衷，因此提出了许多称为差分编码的方案，这些方案被分类如下：增量调制M(DM)差分脉码调制DPCM(Differential)自适应差分脉码调制ADPC(ADP active)，2020/8/。也就是说，差的符号被编码，正符号()被编码为1，负符号(-)被编码为0。同时，预测误差(加/减增量)被相加以形成下一时刻的量化预测值。增量调制的基本原理是：在接收端，通过解码对预测误差值进行编码，并将量化后的预测值相加得到量化值。同时，预测误差值(正/负增量)被相加以形成下一时刻的量化预测值。2020/8/2，34，DPCM，差分脉冲编码调制DPCM(差分)基本原理：起源：量化信

12、号值和量化预测值之间的差值；由于其动态范围小，均匀量化通常用于量化。如果量化码的长度为3，量化间隔为1/8；此后，执行编码，也就是说，将表示正和负的极性码加到量化码上，码长变为4。同时，量化信号值(加/减间隔)在的基础上相加，并且形成下一次的量化预测值。，2020/8/2，35，DPCM，差分脉冲编码调制DPCM(Differential)接收器：通过解码，它将被编码为预测误差值，并且通过将量化的预测值相加，可以获得量化的信号值。同时，量化信号值(加/减的增量)在的基础上相加，以形成下一次的量化预测值。自适应差分脉码调制(Adpative)主要用于卫星通信中的语音和数据传输，通过预测和量化来跟

13、踪信号特性的变化。2020/8/2，37，信源编码，5.1离散信源编码，5.2连续信源编码，5.3相关信源编码，5.4变换编码，2020/8/2，38，5.4变换编码，傅立叶变换余弦变换K-L变换：变换域中的序列是完全独立的，编码效率最高，是最好的变换；然而，变换矩阵没有快速算法，所以一般用于理论分析。实践中使用的变换编码有很多：子带编码小波变换，2020/8/2/39，子带编码(SBC)，其定义为：首先将信号分成若干不同的频带分量(子带信号)，然后对子带信号进行时间采样和量化。基本原理：初始化：用一组带通滤波器将信号分成不同的频带分量，按频率传递到基带，然后分别采样(满足采样定理)，然后对采样信号序列进行量化和编码，形成子带码，再合成总码，通过信道传输到接收端。接收端：将总码分成子带码，解码重构信号序列，数模转换后重构基带信号，频移重构子带信号，最后通过BPF合成重构信号。2020/8/2，40，子带编码的优点：通过将更多的比特分配给视觉敏感频率，将更少的比特分配给不敏感频率，数据压缩中每个子带的量化噪声被限制在该子带中。采样频率可以降低到子带数M的1/M。实际上，子带数M取为24，并且使用SBC的编解码器已经应用于语音存储和转发，2020/8/2，41，小波变换，定义：用小波代替傅