信源编码.ppt
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1、无线通信工程,姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2001年11月24日,第六讲,无线通信的信源编码,引言,信源的原始信号绝大多数是模拟信号,因此,信源编码的第一个任务是模拟和数字的变换,即:A/D,D/A。抽样率取决于原始信号的带宽:fc=2 w,w为信号带宽抽样点的比特数取决于经编译码后的信号质量要求:SNR 6 L(dB),L为量化位数,概述,但是,由于传输信道带宽的限制,又由于原始信源的信号具有很强的相关性,则信源编码不是简单的A/D,D/A,而是要进行压缩。为通信传输而进行信源编码,主要就是压缩编码。信源编码要考虑的因素:发信源的统计特性。传输信道引入的损伤,如误码。受信者的
2、质量要求。,概述(续),信源编码定理:对于给定的失真率D,总可以找到一种信源编码方法,只要信源速率R大于R(D),就可以在平均失真任意接近D的条件下实现波形重建。说明1:R(D)称为率失真函数,它是单调非增函数,速率越高,平均失真越小。说明2:为了保证在一定速率下的失真,必需采用信源编码,因而会引入编码延时。,理论,信道编码定理:如果信源速率R小于信道容量C,总可以找到一种信道编码方法,使得信源信息可以在有噪声信道上进行无差错传输,即:R C,无差错传输条件说明1:信道容量C是根据仙侬定理得到的C Wlog2(1+S/N)说明2:为了保证无差错传输,必需采用信道编码,因而会引入编码延时。,理论
3、(续),信息传输定理:将信源编码定理和信道编码定理综合,就得到信息传输定理。即:为保证无差错传输及失真度,必需满足:C R(D)说明1:在一般数字通信系统中,信源编码和信道编码可以分开考虑。信道编码定理给出无差错的速率上限,信源编码定理给出无失真的速率下限。说明2:为了实现理想性能,都要付出延时的代价。,理论(续),速率:高速率、中速率、低速率 压缩比质量:客观评价 主观评价延时:质量和延时的关系 不同业务对延时的要求复杂性:算法的复杂性及软硬件实现的复杂性,性能指标,波形编码将波形直接变换成数字码流。特点:比特率较高、解码后质量较高、延时较小。可以分为:时域波形编码,如PCM、ADPCM、M
4、等;频域波形编码,如:子带编码(SBC)、自适应变换编码(ATC)等。参数编码从信源信号的某个域中提取特征参数,并变换成数字码流。特点:比特率较低、解码后质量较低、延时较大。如:各种声码器。混合编码将以上二种方法混合,特点:以较低的比特率获得较高的质量,延时适中,复杂。如:G723.1,G728,G729,GSM的语音编码,IS-95的语音编码等。,实现方法,音频编码,提高传输的质量 便于处理 使用灵活,便于多种媒体(视频、音频、文字、数据)相结合应用 易于加密 适合大规模集成 可靠性高、体积功耗小 价格便宜,音频编码的优点,音频编码的应用,压缩的必要性,波形编码 PCM原理(37年,法Ale
5、c Reeres)电子管PCM(46年,Bell实验室)晶体管PCM(62年,市话扩容,64kb/s)单片IC PCM(70年代,微波、卫星、光纤)增量编码原理(46年,法De Loraine)自适应增量 CVSD(60年代末,军用,32、16kb/s)Continuously Variable Slope Delta Modulator 连续变化斜率增量调制器 其他编码(70年代,ADPCM、SubBand、ATC、APC等)在16kb/s以上得到较好的话音质量。特点:话音质量好,但编码速率高。,音频编码历史:数字电话(1),参数编码 波形编码通道声码器(39年,Dudly,二次大战保密电话
6、)LPC声码器(67年,Atal、Schroeder)同态声码器(69年,Oppenheim)共振峰声码器(71年,Rabiner、Schafer、Elanagan)MBE声码器(88年,Griffin、Lim)波形插值(91年,W.B.Kleijn)2.4kb/s、1.2kb/s、较好;600-800b/s可懂。特点:编码速率低,自然度差。混合编码器利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。多脉冲激励线性预测(MPELP 1982 Atal、Remde)规则脉冲激励线性预测(RPELP 1985 Deprettere、Kroon)码本激励线性预测(CELP 1985 Manfr
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