第三章信源編碼

第三章信源編碼第一頁，共23頁。語音信號離散時間信號（取值連續(xù)的采樣）量化電平（取值離散的采樣）二進(jìn)制比特流采樣Sampling量化Quantization編碼Coding第二頁，共23頁。3.1采樣奈奎斯特采樣定理如果一個信號的傅立葉變換在某一有限的頻帶范圍之外均為零，采樣頻率大于信號帶寬的兩倍，即fs=2B，就可以無失真的還原信號第三頁，共23頁。3.2量化量化：將采樣值的范圍劃分為M個區(qū)間，每個區(qū)間用一個電平表示，則共有M個離散的電平，稱為量化電平，用M個電平表示連續(xù)采樣值的方法稱為量化均勻量化：M個采樣值區(qū)間等間隔劃分非均勻量化：M個采樣值區(qū)間不均勻劃分量化噪聲quantizationnoise信號量噪比SQNR

signaltoquantizationnoiseratio第四頁，共23頁。(1)均勻量化采樣信號的取值范圍

[a,b]，量化電平數(shù)M量化間隔量化區(qū)間的端點mi=a+iΔvi=0,1,…,M若量化輸出電平qi取為量化間隔的中點:i=1,2,…M量化噪聲：采樣值與量化值之間的均方差；信號量噪比：信號功率與量化噪聲之比；第五頁，共23頁。均勻量化時的平均信號量噪比:量化噪聲功率的平均值Nqmk采樣值；mq量化信號；f(mk)為采樣值的概率密度信號的平均功率S0第六頁，共23頁。例3.1設(shè)一均勻量化的電平數(shù)為M，其采樣值在[-a,a]之間內(nèi)具有均勻的概率密度。求平均信號量噪比。第七頁，共23頁。結(jié)論：對于給定信號最大幅度，量化電平數(shù)越多，量化噪聲越小，信號量噪比越高量化電平數(shù)確定時，量化噪聲也是確定的，但信號強度變化，小信號時，信號量噪比也小第八頁，共23頁。(2)非均勻量化x壓縮y均勻量化q采樣值量化電平非均勻量化的實現(xiàn)方法：壓縮：用一個非線性變換電路將輸入變量x變換成另一個變量y,即y=f(x)ITU制定了兩種壓縮律：A律μ律美國中國、歐洲第九頁，共23頁。A壓縮律:

A=87.613折線近似:第十頁，共23頁。3.3編碼(1)脈沖編碼調(diào)制PCM(PulseCodeModulation)aPCM基本原理b自然二進(jìn)制碼和折疊二進(jìn)制碼(2)電話語音信號的8位PCM碼——13折線折疊碼第十一頁，共23頁。aPCM基本原理ＰＣＭ定義：從模擬信號采樣、量化、直到變換為二進(jìn)制符號的基本過程模擬信號輸入采樣保持沖激脈沖量化器編碼器ＰＣＭ信號輸出電路實現(xiàn)時，兩者不可分離，稱編碼電路第十二頁，共23頁。編碼電路的實現(xiàn)方案之一：逐次比較法編碼對-0.5~7.5范圍內(nèi)的采樣值，按四舍五入進(jìn)行量化并編碼，其編碼表量化值c1c2c300001001201030114100510161107111第十三頁，共23頁。輸入信號采樣脈沖保持電路IsIω比較器記憶電路恒流源c1c2c3IsIω>ci=1IsIω<ci=0逐次比較法編碼原理圖由表可知，判斷c1值的權(quán)值電流Iω=3.5

判斷c2值的權(quán)值電流，ifc1=0,thenIω=1.5ifc1=1,thenIω=5.5

判定c3值的權(quán)值電流，ifc1c2=00,thenIω=0.5ifc1c2=01,thenIω=0.5

ifc1c2=10,thenIω=4.5

ifc1c2=11,thenIω=6.5第十四頁，共23頁。b自然二進(jìn)制碼和折疊二進(jìn)制碼以4位二進(jìn)制碼為例，比較兩種編碼量化值序號量化電壓極性自然二進(jìn)制碼折疊二進(jìn)制碼15正極性11111111141110111013110111011211001100111011101110101010109100110018100010007負(fù)極性01110000601100001501010010401000011300110100200100101100010110000000111第十五頁，共23頁。折疊二進(jìn)制碼的優(yōu)點用最高位表示極性后，雙極性電壓可以用單極性編碼方法處理，從而使編碼電路和編碼過程大大簡化誤碼對小電壓影響較小，有利于減小話音信號的平均量化噪聲第十六頁，共23頁。(2)電話語音信號的8位PCM碼——13折線折疊碼

c1c2c3c4c5c6c7c8量化值的極性正負(fù)段落碼段內(nèi)碼量化值的絕對值段落編碼表段落序號段落碼c2c3c4段落范圍(量化單位)81111024-20487110512-10246101256-5125100128-256401164-128301032-64200116-3210000-16第十七頁，共23頁。段內(nèi)編碼表量化間隔段內(nèi)碼c5c6c7c815111114111013110112110011101110101091001810007011160110501014010030011200101000100000第十八頁，共23頁。不同段落的量化間隔不同：第1段：(1/128)χ(1/16)=1/2048（稱為最小量化間隔或一個量化單位）第8段：(1/2)χ(1/16)=1/32對比：若采用均勻量化，仍對小電平具有同樣的動態(tài)范圍1/2048，

則需11位碼組采用非均勻量化，7位思考：典型電話的采樣頻率為8KHz，若采用此非均勻量化編碼，則傳輸比特率為？第十九頁，共23頁。例3.2設(shè)輸入電話信號采樣值的歸一化動態(tài)范圍為-1~+1,將此動態(tài)范圍劃分為4096個量化單位，即將1/2048作為一個量化單位。當(dāng)輸入采樣值為+1270時，試用逐次比較法編碼將其按照13折線A率特性編碼,求取對應(yīng)的量化電平與量化誤差。練習(xí)3.1某A律13折線編碼器的設(shè)計輸入范圍是[-6,+6]V。編碼器的最小量化單位△=1/2048。若抽樣脈沖幅度為-2.4V，求編碼器的輸出碼組，對應(yīng)的量化電平及量化誤差。第二十頁，共23頁。a.信源種類聲音2G(GSM)\3G\4G圖像2.5G\3G\4G視頻2.5G\3G\4Gb.語音信源編碼波形編碼源編碼又稱參量編碼混合編碼規(guī)則脈沖長期預(yù)測編碼RPE-LTP;變速率碼激勵線性預(yù)測編碼CELP；自適應(yīng)多速率編碼AMR；可選擇模式語聲編碼