5.2到5.4 连续信源编码.ppt

1、2020/10/13,1,第5章 信源编码,2020/10/13,2,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,2020/10/13,3,连续信源x(t)输出的消息在时间和取值上都是连续，因此其编码方法与离散信源的编码有所不同。 需经过三步变成离散信源之后再进行编码： 抽样：依据采样定理，先将x(t)变成时间上离散的幅度x(iTs)。 量化：用有限个量化值xq来代替信号的无穷多连续取值的实际幅度。 编码：将量化值用二进制或多进制的码C表示出来。 因此：连续信源的编码属于限失真信源编码。其编码速率受限于R(D)。,2020/10/13,4,连续

2、信源的量化编码： 均匀量化编码：整个量化范围内的量化间隔是相同的。 非均匀量化编码：量化间隔的大小随信号的大小而改变。 欧洲和中国采用的是A律13折线编码（7中种不同的量化间隔），典型的有PCM(Pulse Coding Modulation，脉冲编码调制),2020/10/13,5,PCM,PCM编码，分为3步： 采样。在某瞬间测量模拟信号的值。采样速率8kHz/s。 量化。用256个不同的具体量化电平来表示对应的模拟信号瞬间抽样值。 编码。每个量化值用8个比特的二进制代码表示，组成一串具有离散特性的数字信号流。,2020/10/13,6,用这种编码方式，数字链路上的数字信号比特速率为64k

3、bits 。 固定电话采用的就是这种数字化的方法，因此每个话音信道的速率是64kbits。,2020/10/13,7,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,2020/10/13,8,5.3 相关信源编码,相关信源（连续有记忆信源）：采样后的信号序列时间上有相关性，如果仍然对各个采样时刻的信号值逐个进行量化，则会造成码长的冗余。 连续有记忆信源编码的分类： （1）预测编码：利用信号序列时间上的相关性，通过预测来减少信息冗余后再进行编码。 （2）变换编码：引入某种变换，将信号序列变换为另一时域上彼此独立或相关性很低的序列，再对新的序列进行编码

4、。,2020/10/13,9,预测编码,基本思想,2020/10/13,10,预测编码,基本思想 只要预测足够准确，dn就足够小，只对dn进行量化、编码，相比于对xn进行量化编码，会减少信息冗余度，提高编码效率。 例：线性预测编码LPC(Linear Predictive Coding)：,2020/10/13,11,线性预测编码,基本思想,2020/10/13,12,话音编码(信源编码) RPE-LTP编码(Regular-Pulse Excitation Long Time Prediction-code 规则脉冲激励长期预测编码)：是波形编码及声码器(参量编码)相结合的混合编码方法，以较

5、低的码速率获得较高的话音质量。,示例：GSM的话音编码,2020/10/13,13,考虑实际可使用的带宽，GSM规范中规定载频间隔是200kHz。 而采用PCM编码时，G网每个载频传输8个时隙的用户数据的速率需512kbps; 要把它们在规定的200kHz的频带内传输，必须大大地降低每个话音编码的比特率，这就要靠改变话音编码的方式来实现。,GSM的话音编码,2020/10/13,14,声码器编码（也叫参量编码）：可以是很低的速率（可以低于5kbits，虽然不影响话音的可懂性，但话音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。 波形编码器话音质量较高，但要求的比特速率相应的较高。,GSM的话音编码,202

6、0/10/13,15,GSM系统在中国,890,915,935,960,上行或反向,下行或前向,1、中国移动GSM占用的频段： 890-908 （上行） 935-953 （下行） 2、中国联通GSM占用的频段： 909-915 （上行） 954-960 （下行）,2020/10/13,16,GSM系统在中国,1、中国DCS1800: （1）中国移动： 17101720（上行） 18051815（下行） （2）原中国联通： 17451755（上行） 18401850（下行）,2020/10/13,17,GSM的频道,每个频道宽度为200KHz，供8对用户用来时分通信 分到每个用户的头上，单个用户

7、所占的带宽：200k/8=25kHz,去话频道,来话频道,假设： 用户1和朋友的通话占用频道5的绿色时隙 用户8和朋友的通话占用频道5的橙色时隙,每个频道按时间划分为周期性的帧（帧长4.615ms）, 每帧8个时隙，每个时隙供一个用户使用,2020/10/13,18,因此GSM系统话音编码器：是采用声码器和波形编码器的混合物- 混合编码器。 全称为线性预测编码RPE-LTP（Regular-Pulse Excitation Long Time Prediction-code，规则脉冲激励长期预测编码）， 以较低的码速率（13kbps）获得较高的话音质量。,2020/10/13,19,3G网络中

8、的信源编码,可变速率声码器：根据人说话声音的大小和快慢改变编码速率，从而进一步降低编码速率。 3G 支持如下的信源编码： QCELP（码激励线性预测编码算法 Code Excitation Linear Prediction） :其基本速率是8kb/s，但是可随输入话音消息的特征而动态地分为四种，即 8, 4, 2, 1 kb/s。（与PCM比效高4至8倍） EVRC(Enhanced Variable Rate Coder)增强可变速率编解码器），它保持8kbps的最大数据率，但得到的音质只稍低于13kbps声码器。,2020/10/13,20,话音激活(DTX，Discontinuous

9、Transmission ) 在一个通信过程中，其实移动用户仅有很少的时间用于通话，大部分时间都没有传送话音消息。如果将这些信息全部传送给网络的话，这不但会对系统资源造成浪费而且会使系统内的干扰加重。 所以利用语音编码器检测到话音间隙后，在间隙期不发送，这就是所谓的不连续发送。 通话时进行13Kb/s编码，停顿期用500b/s编码发送舒适的噪声。,2020/10/13,21,预测编码的详细分类,预测阶数p和加权系数wi如何选取才能达到性能和简单性的合理折衷，于是提出了很多方案，称为差值编码，分类如下： 增量调制M(DM) 差分脉冲编码调制DPCM(Differential) 自适应差分脉冲编码

10、调制ADPCM(Adpative),2020/10/13,22,增量调制的基本原理： 发端：将信号值 与量化预测值 之差进行1比特量化； 即对差值的正负号进行编码 ，正号（+）则编为1，负号（-）则编为0。 同时在 的基础上加上预测误差 （加/ 减量化增量）形成下一个时刻的量化预测值 。,2020/10/13,23,增量调制的基本原理： 收端：通过译码将 编为预测误差值 ， 加上量化预测值 ，则可得到量化值 。同时在 的基础上加上预测误差值（加/ 减增量）形成下一个时刻的量化预测值 。,2020/10/13,24,DPCM,差分脉冲编码调制DPCM(Differential) 基本原理： 发端

11、：将信号值 与量化预测值 之差 进行量化；由于 的动态范围较小，一般对 量化采用均匀量化，量化码的长度取3，则量化间隔=1/8；之后进行编码，即在量化码的基础上增加一位表示正负的极性码，则码长变成4。同时在 的基础上加量化信号值 （加/ 减量化间隔）形成下一个时刻的量化预测值 。,2020/10/13,25,DPCM,差分脉冲编码调制DPCM(Differential) 收端： 通过译码将 编为预测误差值，加上量化预测值 ，则可得到量化信号值 。同时在 的基础上加量化信号值 （加/ 减增量）形成下一个时刻的量化预测值 。,2020/10/13,26,自适应差分脉冲编码调制ADPCM(Adpat

12、ive)： 使预测、量化能跟踪信号特性的变化，主要用于卫星通信中的语音和数据传输。,2020/10/13,27,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,2020/10/13,28,5.4 变换编码,傅立叶变换 余弦变换 K-L变换：变换域上的序列完全独立，编码效率最高，是最佳变换；但是变换矩阵无快速算法，故一般用于理论分析。 实际用的比较多的变换编码有： 子带编码 小波变换,2020/10/13,29,子带编码SBC(SubBand Codding),定义：首先将信号分割成若干个不同的频带分量（子带信号），再分别对子带信号进行时间采样和量化

13、编码。 基本原理： 发端：用一组带通滤波器将信号分割成不同的频带分量，并通过频率搬移为基带，再分别进行采样（满足采样定理），再对采样后的信号序列分别进行量化编码形成子带码，合成总码后通过信道传输到接收端。 收端：将总码分为子带码，分别通过译码重建信号序列，经D/A变换后重建基带信号，在通过频率搬移重建子带信号，经BPF，最后合成得到重建信号。,2020/10/13,30,子带编码的优点： 通过给人听视觉敏感的频率分配较多的bit数，不敏感的频率分配较少的bit数，达到数据压缩。 各子带的量化噪声都束缚在本子带内。 采样频率可降低为子带数M的1/M 实际应用时，子带数M取24，使用SBC的编译码器已经应用于语音存储转发和语音邮件。,2020/10/13,31,小波变换,定义：把傅立叶变换中的函数 用小波 取代后，对信号f(t)进行变换。 小波变换的优点： 克服了傅立叶变换（只适合平稳信号，其所有时刻的频率特性相同）后，频域