第三章信源編碼

第三章信源編碼第一頁(yè)，共23頁(yè)。語(yǔ)音信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)（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(yè)，共23頁(yè)。3.1采樣奈奎斯特采樣定理如果一個(gè)信號(hào)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(hào)帶寬的兩倍，即fs=2B，就可以無(wú)失真的還原信號(hào)第三頁(yè)，共23頁(yè)。3.2量化量化：將采樣值的范圍劃分為M個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間用一個(gè)電平表示，則共有M個(gè)離散的電平，稱為量化電平，用M個(gè)電平表示連續(xù)采樣值的方法稱為量化均勻量化：M個(gè)采樣值區(qū)間等間隔劃分非均勻量化：M個(gè)采樣值區(qū)間不均勻劃分量化噪聲quantizationnoise信號(hào)量噪比SQNR

signaltoquantizationnoiseratio第四頁(yè)，共23頁(yè)。(1)均勻量化采樣信號(hào)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(diǎn)mi=a+iΔvi=0,1,…,M若量化輸出電平qi取為量化間隔的中點(diǎn):i=1,2,…M量化噪聲：采樣值與量化值之間的均方差；信號(hào)量噪比：信號(hào)功率與量化噪聲之比；第五頁(yè)，共23頁(yè)。均勻量化時(shí)的平均信號(hào)量噪比:量化噪聲功率的平均值Nqmk采樣值；mq量化信號(hào)；f(mk)為采樣值的概率密度信號(hào)的平均功率S0第六頁(yè)，共23頁(yè)。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(hào)量噪比。第七頁(yè)，共23頁(yè)。結(jié)論：對(duì)于給定信號(hào)最大幅度，量化電平數(shù)越多，量化噪聲越小，信號(hào)量噪比越高量化電平數(shù)確定時(shí)，量化噪聲也是確定的，但信號(hào)強(qiáng)度變化，小信號(hào)時(shí)，信號(hào)量噪比也小第八頁(yè)，共23頁(yè)。(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(shí)現(xiàn)方法：壓縮：用一個(gè)非線性變換電路將輸入變量x變換成另一個(gè)變量y,即y=f(x)ITU制定了兩種壓縮律：A律μ律美國(guó)中國(guó)、歐洲第九頁(yè)，共23頁(yè)。A壓縮律:

A=87.613折線近似:第十頁(yè)，共23頁(yè)。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(yǔ)音信號(hào)的8位PCM碼——13折線折疊碼第十一頁(yè)，共23頁(yè)。aPCM基本原理ＰＣＭ定義：從模擬信號(hào)采樣、量化、直到變換為二進(jìn)制符號(hào)的基本過(guò)程模擬信號(hào)輸入采樣保持沖激脈沖量化器編碼器ＰＣＭ信號(hào)輸出電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，兩者不可分離，稱編碼電路第十二頁(yè)，共23頁(yè)。編碼電路的實(shí)現(xiàn)方案之一：逐次比較法編碼對(duì)-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(yè)，共23頁(yè)。輸入信號(hào)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(yè)，共23頁(yè)。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(hào)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(yè)，共23頁(yè)。折疊二進(jìn)制碼的優(yōu)點(diǎn)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(guò)程大大簡(jiǎn)化誤碼對(duì)小電壓影響較小，有利于減小話音信號(hào)的平均量化噪聲第十六頁(yè)，共23頁(yè)。(2)電話語(yǔ)音信號(hào)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(duì)值段落編碼表段落序號(hào)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(yè)，共23頁(yè)。段內(nèi)編碼表量化間隔段內(nèi)碼c5c6c7c815111114111013110112110011101110101091001810007011160110501014010030011200101000100000第十八頁(yè)，共23頁(yè)。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(gè)量化單位）第8段：(1/2)χ(1/16)=1/32對(duì)比：若采用均勻量化，仍對(duì)小電平具有同樣的動(dòng)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(yè)，共23頁(yè)。例3.2設(shè)輸入電話信號(hào)采樣值的歸一化動(dòng)態(tài)范圍為-1~+1,將此動(dòng)態(tài)范圍劃分為4096個(gè)量化單位，即將1/2048作為一個(gè)量化單位。當(dāng)輸入采樣值為+1270時(shí)，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(duì)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(jì)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(duì)應(yīng)的量化電平及量化誤差。第二十頁(yè)，共23頁(yè)。a.信源種類(lèi)聲音2G(GSM)\3G\4G圖像2.5G\3G\4G視頻2.5G\3G\4Gb.語(yǔ)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(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼RPE-LTP;變速率碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼CELP；自適應(yīng)多速率編碼AMR；可選擇模式語(yǔ)聲編碼