通信原理课件：模拟信号的数字传输.ppt

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1、1,第五章 模拟信号的数字传输,2,引言 抽样定理 脉冲振幅调制(PAM)脉冲编码调制(PCM)增量调制 改进型增量调制 差分(增量)脉码调制(DPCM)自适应差值脉码调制(ADPCM)语音和图像压缩编码 小结,3,引言,1、利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：,把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)；进行数字方式传输；把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。,模拟信号的数字传输原理图,4,2、模拟信号数字化的方法,波形编码,直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16 kb/s 64 kb/s范围内，接收端重建信号的质量好。波形编码主要包括有脉冲编码调制(PCM)和增量调制(M

2、)。,参量编码,利用信号处理技术，提取信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在16 kb/s以下，但接收端重建（恢复）信号的质量不够好。,混合编码,5,抽样定理,如果对一个频带有限的连续时间模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值时，那么根据它的抽样值就能重建原信号。,一、概念,抽样定理是模拟信号数字化的理论依据,抽样分类：,根据信号是低通型的还是带通型的，抽样分低通抽样和带通抽样；,6,根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间隔的，又分均匀抽样和非均匀抽样；,根据抽样的脉冲序列是冲激序列还是非冲激序列，又可分理想抽样和实际抽样。,7,二、低通信号的抽样定理,在Wm以上没有频谱分量的低通带限

3、信号，可由其在时间间隔 的等间隔点上的取值唯一确定。,8,（）连续信号(t)波形及其频谱,(a)抽样定理数学模型,(c)单位冲激序列T(t)及其,证明：,9,抽样信号fs(t)的频谱,（）抽样后信号（）及其频谱,（）特性,注意:理想抽样带宽为无穷大,返回,10,LPF输出信号频谱,（）输出信号波形及其频谱,若，,内插公式,任何一个有限频带的信号f(t)可以展成以抽样函数为基本信号的无穷级数,11,三、与抽样有关的误差,3个假设：,(1)信号严格带限;(2)理想抽样；(3)理想LPF来恢复信号,1.折叠(混叠)误差,抽样前滤波或提高抽样频率,12,2、孔径效应,实际脉冲进行瞬时抽样（平顶抽样）时

4、，由于抽样脉冲具有一定的宽度，在通过LPF后不能完全恢复原信号，可用均衡电路补偿。,3、内插噪声,要想恢复在t时刻的原信号值f(t),必须给出全部时间内的全部样值，理想LPF实现。使用实际可实现的有限时延滤波器，不能得到与原信号完全相同的信号，由此产生的误差,13,四、带通信号的抽样,带通信号：频谱限制在 与 之间，而且,如果采用低通抽样定理的抽样速率ws2wm，对频率限制在 与 之间的带通型信号抽样，肯定能满足频谱不混叠的要求。但这样选择ws太高了，它会使0-一大段频谱空隙得不到利用，降低了信道的利用率。,14,f(t)可以由其抽样值完全确定。,15,带通信号的最低抽样速率是,16,讨论：,

5、(1)当,为W的整数倍时,(2),当,不为W的整数倍时,当,W时,当,W时，无论是否为W的整数倍，,17,实际中应用广泛的高频窄带信号就符合这种情况，这是因为fH大而W小，由于带通信号一般为窄带信号，容易满足,W，因此，带通信号通常可按2W速率抽样。,例求60路载波群信号(312552kHz)的抽样速率,18,脉冲振幅调制(PAM),一、脉冲调制概念,调制分类,脉冲模拟调制：用调制信号f(t)去控制脉冲序列的某些参数,幅度、宽度、时间位置,19,脉冲振幅调制(PAM),脉冲宽度调制(PDM),脉冲位置调制(PPM),分为：,脉冲模拟调制特点：已调信号时间离散，但脉冲参数变化连续,20,二、脉冲

6、振幅调制(PAM),若脉冲序列为冲激序列，则PAM和抽样定理原理一样。,实际抽样：有限宽度的窄脉冲,1、自然抽样(曲顶抽样),自然抽样的数学模型,时间上连续的模拟信号经过抽样后，成为时间上离散但幅度取值仍是连续变化的信号，即PAM信号,脉冲载波的幅度随基带信号f(t)变化的一种调制方式,理想抽样带宽为无穷,21,脉冲序列的频谱,矩形脉冲序列及其频谱,调制信号波形及其频谱,22,已抽样信号波形及其频谱,理想LPF可恢复信号：,(1)抽样脉冲可为任意脉冲q(t)，只会引起包络的变化，不影响信息的传输,讨论：,23,2、平顶抽样(瞬时抽样),(2)与理想抽样不同,频谱包络不恒定,是随频率按Sa(x)

7、函数衰减的，有效带宽有限，脉宽越宽，频谱衰减越快，传输带宽越小,但仍可用LPF恢复信号,24,25,26,自然抽样信号频谱是由F(w)的周期重复,幅度下降,但形状不变.而平顶抽样,加权项 使频谱形状发生变化,没有一个周期具有F(w)的形状.,(孔径失真),均衡电路传输函数,返回,27,均衡后输出信号频谱,讨论:,(1)若脉冲q(t)很窄,均衡电路可以取消.,(3)PAM是抽样定理的直接应用,与连续波调幅系统噪声性能类似,现很少用,但是脉冲调制的基础,(2)实际中,平顶抽样PAM信号常采用抽样保持电路来实现,此时为矩形脉冲,只要能够反映瞬时抽样值的任意脉冲都可采用.,28,脉冲编码调制(PCM)

8、,一、脉码调制的基本原理,是一种把模拟信号转换为数字信号的调制方式，用一组数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式,连续输入信号,时域和幅值都离散的量,代码,PCM信号的形成：经过“抽样、量化、编码”三个步骤，实现连续消息的数字化。,抽样、量化,编码,29,编码：每一个量化电平转换为一组二进制或多进制代码，一个码组含有n位 进制代码，量化电平数为,幅度离散化,时间离散化,PAM,30,量化后抽样值,PCM信号,f(t),注意：（1）接收机输出f(t)与输入f(t)不同，在PCM中即使没有噪声，也不可能精确恢复原信号。,（2）必须有同步设备，必须能够区分每一组码及每一位码在码组中的位置

9、，时分复用也需要同步。,31,二、量化,量化：利用预先规定的有限个电平值来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。,(1)通过再生中继实现远距离传输时可以消除噪声积累(2)将精确样值舍入到量化电平有量化误差（噪声），且不能消除,量化,标量量化,矢量量化,无记忆标量量化：均匀量化 非均匀量化,有记忆标量量化：增量调制和 差分脉码调制,32,1、均匀量化（线性量化）,把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。量化电平：均取在各量化区间的中点。量化间隔：取决于输入信号的变化范围和量化电平数。,33,分析量化误差的性能,量化误差,不过载量化噪声,过载噪声：输入信号超过量化范围，实际中应避免,34,信

10、号量噪比,认为量化噪声均匀分布,量化噪声平均功率,均匀量化时量化噪声功率与信号统计特性无关,例1：假设输入正弦波，求信号量噪比,解：信号峰峰幅值范围内假设包含N个量化级，则,35,二进制,带宽信噪比互换：利用脉冲调制传输单路消息所需最小传输带宽为W=Wm,而传输单路PCM信号带宽满足,注意：信噪比与带宽成指数关系增加，而角调中信噪比与带宽呈平方律关系,36,例2、假设量化幅度范围为-VV,而输入为正弦信号非满载运用,试求输出信噪比,（二进制）,量化信噪比随量化电平数N的增加而提高，信号的逼真度越好。输入信号均匀分布时，均匀量化是最佳量化。均匀量化缺点：量化信噪比随信号电平的减小而下降，无论信号

11、大小如何，量化噪声功率固定不变，小信号时的量化信噪比也就很小。实际中往往采用非均匀量化，非均匀量化可以改善小信号时的量化信噪比,37,2、非均匀量化（压缩与扩张）,基本思想：在输入信号动态范围内尽可能保持量化信噪比 恒定，量化间隔不相等。,（1）实现非均匀量化的方法-压缩扩张技术,38,压缩器就是一个非线性变换电路，强的信号被压缩，微弱的信号被放大，小信号时信噪比改善，相当于展宽了信号的动态范围,39,图5.3-6 有无压扩的比较曲线,40,对于电话信号，ITU制定了两种对数压扩特性是律压扩和A律压扩，接近最佳特性且易于二进制编码。,（a）律压扩特性,x为归一化输入，y为归一化输出，为压缩参数

12、,(2)常见压扩特性,压缩特性的选取与信号统计特性有关.通常，大多采用对 数式压缩,41,=0时，没有压缩效果，小信号性能得不到改善；值越大压缩效果越明显，在国际标准中取=255。在小信号时，近似线性，而高输入电平时近似对数关系,42,(b)A率压扩特性,A为压扩参数。国际标准取值为A=87.6 A值越大压缩效果越明显，A=1时无压缩,43,数字压扩,A律是平滑曲线，用电路很难准确地实现，实际中，常采用A率13折线法来近似A率的压缩特性。,44,表 A=87.6与 13 折线压缩特性的比较,13折线非常逼近A=87.6的对数压缩特性。,45,A率13折线可以用8位PCM编码表示,对应有L=28

13、=256个量化级，由于每个段落长度不均匀，因此正或负输入的8个段落都被划分成816=128个不均匀的量化间隔,第一、二段的量化间隔最小，记为，最小的均匀量化间隔（级）,46,13折线的第一段到第八段总共有2048个最小均匀量化级，按照二进制编码位数n与量化级数M的关系：M=2n，均匀量化需要编11位码(2048=211)，非均匀量化只需要7位编码。,在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7位非线性编码与11位线性编码等效。,均匀量化与非均匀比较：,各段均匀量化间隔：,47,例：设码组的8位码为11110011，求量化电平为多少？,8位非线性码所代表的信号抽样量化值为1216,各段起始电平：,4

14、8,三、编码,1、码型：代码的编码规律,（1）自然二进码:就是一般的十进制正整数的二进制表示,编码简单，具有可加性，译码可逐比特独立进行，表示相邻两个量化电平的码字之间的汉明距离有可能大于1,多采用二进制，在PCM中广泛使用的二进码：,49,（2）格雷码（单位距离码）,两个相邻电平的码字之间的汉明距离为1，使得量化电平产生的误差较小，但格雷码不可加，不能逐比特译码,3、折叠二进码,除最高位极性位外，上半部分和下半部分呈对称关系,优点：,（1）适合表示双极性信号，只要绝对值相同，则可以采用单极性编码的方法使编码电路简化,（2）在传输过程中若出现误码，对小信号影响较小，有利于 减小平均量化级，因为

15、语音信号小幅度出现的概率大。,50,2、逐次比较型编译码原理,实现编码的具体方法和电路：低速编码和高速编码；逐次比较型、折叠级联型和混合型编码器。,编码工作原理与天平称物类似,被测物是抽样值，砝码是相应的标准电平,51,基本原理：当样值脉冲Is到来后，用逐步逼近的方法有规律地用各标准电流Ir去和样值脉冲比较，每比较一次输出一位码,直到Ir和抽样值Is逼近为止，完成对输入样值的非线性量化和编码。,位时钟脉冲,52,输入PAM信号是双极性信号，其样值为正时，在位脉冲到来时刻出“1”码；样值为负时，出“0”码。,(1)极性判决电路:确定信号的极性,(2)整流器,将该信号经过全波整流变为单极性信号,(

16、3)比较器:,通过比较样值电流Is和标准电流Ir，从而对输入信号抽样值实现非线性量化和编码，PCM比较7次，每次所需的标准电流Ir均由本地译码电路提供,53,注意：逐次比较型编码器编7位码(极性码除外)需要在一个抽样周期Ts以内完成Is与Ir的7次比较,在比较过程中保持输入信号幅度不变，故需保持电路,(4)本地译码电路,记忆电路用来寄存二进代码，因为除第一次比较外，其余各次 比较都要依据前几次比较的结果来确定标准电流Ir值。711变换电路就是数字压缩器 A律13折线只编7位码，而线性解码电路（恒流源）需要11个基本的权值电流支路，这就要求有11个控制脉冲对其控制。因此，需通过711逻辑变换电路

17、将7位非线性码转换成11位线性码，其实质就是完成非线性和线性之间的变换。,54,7/11变换,例如信号：+1260 8位编码：1 111 00117/11转换编码：即1216,55,逐次比较法编码流程,判别样值x的极性，编出c7;,取x的绝对值|x|，对照各段起始值与段号间的关系，用中分法分三次判断段号代码c6,c5,c4;,I权1=27=128,I权2=29=512,I权2=25=32,I权3=210=1024,I权3=28=256,I权3=26=64,I权3=24=16,56,计算段内电平，分四次编出段内码c3,c2,c1,c0。,x2 c3,c2,c1,c0,从绝对值x1中减去该段的起始

18、电平值xi;除以该段的均匀量化间隔Di,变成015之间的正数；取整，变成015之间的正整数，记为x2。,可以计算，也可以比较判断,57,例.设输入信号样值为276,采用逐比特比较型编码将它按照13折线A率特性编成8位码，试求编码序列,58,第 6段的 量化间隔均为D6=16。确定c3：Ir=段落起始电平+8(量化间隔)=256+816=384 第四次比较结果为Is Ir，故c3=0确定c2：Ir=256+416=320 第五次比较结果为Is Ir，故c2=0。,确定c1：Ir=256+216=288 第六次比较结果为Is Ir，故c1=0。确定c0：Ir=256+116=272 第七次比较结果

19、为Is Ir，故c0=1。,结果编出的8位码为11010001，代表量化电平为272，误差为4,59,(1)第6段起始值为256 x1=|x|=276 x1-256=20(2)x2=INT(20/16)=1(3)(1)10(0001)2(4)c3=0,c2=0,c1=1,c0=1,计算：,结果编出的8位码为11010001，代表量化电平为272，误差为4,60,译码器：根据A率13折线将输入串行PCM码进行D/A变换还原为PAM信号,译码器分为：加权网络型、级联型和混合型,译码过程：根据收到的码组（极性码除外）产生相应的控制脉冲去控制恒流源标准支路，从而输出一个与发端抽样值接近的脉冲，脉冲极性

20、受极性翻转电路控制。,61,四、二进制PCM的噪声性能,影响PCM系统性能的主要噪声源：量化噪声和信道噪声,接收端译码器输出,总噪声功率：,PCM系统总输出信噪比,信道噪声使PCM产生误码误码噪声,62,假设PCM为n位二进码，码组中各个码元所代表的量化抽样值不同，与码型有关，以自然二进码为例（Pe是每个码元的误码率，AWGN）,第 位码元发生错误，误差为,产生噪声功率,则误码产生的平均功率,63,分析输出信躁比：,忽略误码引起的噪声,接收端输入大信噪比时（弱干扰）,接收端输入小信噪比时（强干扰）,误码功率达到一定程度出现门限效应,64,增量调制(M或DM),一、预测编码的概念,PCM系统采用

21、A率或率压扩方法，每路语音的标准传输速率为64kbps，才能满足话音传输质量标准。PCM信号占用频带要比模拟通信系统中的一个标准话路带宽（4kHz）宽很多倍。对于大容量的长途传输系统，采用PCM的经济性能很难与模拟通信相比。,所以，在相同质量指标下，努力降低数字化语音数据传输速率，以提高数字通信系统的频带利用率。,1、出现背景,65,2、语音压缩编码技术：通常把话路速率低于64kb/s的语音编码方法，如，差分脉码调制(DPCM)、子带编码(SBC)、变换域编码(ATC)等。,3、预测编码,由于语言等信号的相邻样值之间具有一定的关联性，利用信源的这种相关性，可以根据过去的样值来预测下一时刻的样值

22、，并仅把预测值与现实的样值之差加以量化、编码以后进行传输。,66,优点：差值信号幅度比信号本身幅度变化范围小,若量化噪声相同，传输差值的方式比传输信号瞬时振幅的PCM方式所需编码位数少,若编码位数相同的情况下，可获得更高的传输质量,67,二、增量调制(M或DM),区别：在PCM中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而导致编译码设备复杂；在M中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关。,看成是PCM或预测编码的一种简单情况,把刚过去的信号样值作为预测值的单纯预测编码方式，即将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，且只对差值符

23、号进行编码，不对差值大小编码。,68,69,简单M系统框图,本地译码器,Po(t),Po(t),70,1、编码原理,在ti时刻，抽样判决器对输入信号的变化做出判决，输出脉冲。,积分器和脉冲发生器（极性变换电路）组成本地译码器，它的作用是根据p0(t)，形成预测信号阶梯波形m(t)。,71,2、译码原理,接收端解码电路由译码器和低通滤波器组成,译码器的电路结构和作用与发送端的本地译码器相同，用来由p0(t)恢复出阶梯波形,低通滤波器滤除阶梯电压中的高频量化噪声，使输出波形平滑，更加逼近原来的模拟信号,积分器收到“1”码，译码器输出相对与前一个时刻的值上升一个量阶E（E=）,积分器收到“0”码，译

24、码器输出相对与前一个时刻的值下降一个量阶E（E=）,72,积分器译码原理,mo(t),73,3、量化噪声,DM系统存在两种量化噪声一般量化噪声（颗粒噪声）：模拟信号与阶梯波形之间的误差，电平量化引起，在 之间 过载量化噪声（斜率过载噪声）：输入信号斜率的绝对值过大时。若信号变化的斜率超过阶梯波的最大可能斜率，则阶梯波跟不上信号的变化，就发生了过载量化噪声,74,不过载条件：,最大跟踪斜率,当输入信号斜率 最大跟踪斜率时，将发生过载量化噪声,为了不发生过载，必须,，一般量化噪声也增大，只能用增大 fs 的办法增大乘积 fs，才能保证基本量化噪声和过载量化噪声两者都不超过要求,M系统中的抽样频率要

25、比PCM系统中的抽样频率高的多,为了不发生过载，必须增大和fs：,75,如：输入正弦信号,则,无过载条件,临界过载振幅,f,允许的振幅A,M不适合传输均匀频谱信号，但却适传输,功率谱随频率增加而下降的信号，如：语音信号,76,4、量化信噪比,与PCM系统一样，M系统的抗噪声性能也是用输出信噪比来表征的。M系统同样存在两类噪声，即量化噪声和信道加性噪声（不考虑）。,M量化噪声有两种，即一般量化噪声和过载噪声（尽量避免）,77,则e(t)的平均功率为：,假设此功率均匀分布在0 fs 间，则其单边功率谱密度为,假设：无过载量化噪声，仅考虑基本量化噪声。低通滤波前，基本量化噪声e(t)为均匀分布,78

26、,故接收端通过截止频率为fm的低通滤波器之后，,M系统输出的量化噪声功率与量化台阶及比值(fm/fs)有关，而与信号幅度无关（未过载时）。,量化噪声功率为,LPF：,79,求信号功率：设输入信号为：平均信号功率,临界时，信号功率最大,在临界振幅条件下，系统最大的量化信噪比为,最大量化信噪比和 fs3成正比，而和f2成反比。所以，提高抽样频率 fs 将能显著增大量化信噪比,80,5、M系统动态范围,对于任意 的正弦信号，信噪比,信号幅度小，信噪比降低，对Amin也有限制,M动态范围D：把满足不过载条件的Amax与满足信噪比要求的Amin之比,81,6、M系统与PCM系统的比较,M实际上是DPCM

27、的一种特例，所以有时把PCM和M统称为脉冲编码。本质区别：PCM是对样值本身编码，M是对相邻样值的差值的极性（符号）编码,(1)抽样频率,PCM：抽样定理,M：与斜率过载条件及信噪比有关，达到与PCM系统相同的信噪比时远远高于PCM,(2)带宽,M信号带宽大于PCM信号带宽，通常M码速32kps或16kps,但语音质量不如PCM,82,(3)量化信噪比,正弦信号时：最大量化信噪比,在相同码元速率即相同带宽条件下比较,83,(4)信道误码的影响,M系统对误码不敏感，每一个误码代表造成一个量阶的误差PCM对信道误码要求高,(5)设备复杂性,M系统特点：单路信号独用一个编码器，设备简单，单路不需要同

28、步设备，但路数增多时，设备成倍增加,M一般适于小容量支线通信,PCM系统：单路应用也需要同步设备，多路时可共用调制解调器，PCM一般用于大容量的干线（多路）通信,在传输语音信号，M系统清晰度和自然度不如PCM,目前在通用多路系统中很少用或不用M。,84,改进型增量调制,一、基本增量调制缺点：,（1）信噪比特性与频率有关（2）过载特性和动态范围也与频率有关，f,过载特性越差，动态范 围越小,所以对于高频端频谱丰富(均匀频谱)的输入信号，高频端极易过载。,二、总和增量调制,将输入信号先积分后M调制，接收端进行一次微分，以补偿发端积分后引起的频率失真。,85,调制仍然存在过载现象，不发生过载条件,对

29、正弦信号,过载特性与信号频率无关，适合传输均匀频谱信号,86,发端两个积分器可用一个代替,是M的改进，但二者有本质不同：,M：输出脉冲序列p(t)传送的是信号f(t)的斜率变化（微分信息），是斜率跟踪系统,中，传送的是积分信号的微分信息，即输入信号f(t)的幅度信息，为数字调制，与PAM区别,过载特性及量化信噪比均不随信号频率变化,但动态范围不够宽,87,三、数字压扩增量调制改进动态范围,当量阶不变时，一般量化噪声功率不变，信噪比随信号电平幅度而变化,自适应增量调制（ADM）：,通过调节量阶的大小来自动适应信号条件的变化，若输入信号斜率增加，增大量阶；若信号变化缓慢或电平下降，减小量阶。,数字

30、压扩M基本原理：让量阶的大小自动跟随信号的平均 斜率（斜率绝对值的平均值）变化，以音节为单位,首先，必须从发送信码中提取信号斜率信息,连1连0数越多，信号斜率越大,输入信号斜率与连码的关系,88,工作原理：借助数字检测电路检测连“1”连“0”的次数，并通过一个音节平滑滤波器后形成直流控制电压，控制PAM的脉冲幅值，进而控制量阶大小。,在各种音节压扩自适应M中，上述原理的连续可变斜率增量调制（CVSD）应用最广泛,89,增量(差分)脉码调制(DPCM),利用信源的相关性，可以根据过去的样值来预测下一时刻的样值，并仅把预测值与现实的样值之差加以量化、编码以后进行传输。,DPCM:,优点：由于相邻样

31、值的差值比样值本身小，可以用较少的比特数表示差值，信号带宽大大压缩,90,DPCM与PCM和M的比较,（1）PCM对信号抽样值进行量化、编码，DPCM是用信号 抽样值与信号预测值的差值进行量化编码；（2）M是用一位二进码表示增量，而DPCM是用n位二进 码表示增量，增多了量化级，改善量化噪声方面优于 M。,（3）缺点：DPCM减少了多余信息，抗传输噪声能力降低，在抑制信道噪声方面不如M,91,自适应差分脉码调制(ADPCM),DPCM系统性能的改善是以最佳的预测和量化为前提的，为了能在相当宽的变化范围内获得最佳的性能，只有在DPCM基础上引入自适应系统。,有自适应系统的DPCM称为自适应差分脉

32、冲编码调制,ADPCM是语音压缩中复杂度较低的一种编码方法，它可在32kb/s的比特率上达到64kb/s的PCM数字电话质量,92,自适应量化指量化台阶随信号的变化而变化，使量化误差减小；自适应预测指预测器系数可以随信号的统计特性而自适应调整，提高了预测信号的精度，从而得到高预测增益。通过这两点改进，可大大提高输出信噪比和编码动态范围。,ADPCM的主要特点是用自适应量化取代固定量化，用自适应预测取代固定预测。,93,94,语音和图象压缩编码,一、语音压缩编码,降低语音编码速率的依据：,研究问题：,保证质量，降低编码速率或一定速率，提高重建语音质量,语音本身的冗余度及人耳听觉特性,衡量语音压缩

33、编码的指标：,语音编码质量、编码速率、编码算法复杂度及编解码延时,分为三类：,波形编码、参量编码（声码化编码）和混合编码,95,1、波形编码,使重建语音信号波形保持原语音波形，重建语音质量好，但编码速率高,如：脉冲编码调制(PCM)自适应增量调制(ADM)自适应差分脉码调制(ADPCM)自适应预测编码(APC)子带编码(SBC)等等,对于3.4KHz的语音信号，抽样频率为8KHz,在6416kb/s的速率上可获高质量重建语音信号，若速率降低则性能下降较快,96,2、参量编码（声码化编码）,通过对语音信号特征参数的提取及编码，要求语音信号具有尽可能高的可懂性，往往利用某种语音生成模型，在幅度谱上

34、逼近原语音。,优点：编码速率低，在1.22.4kb/s的速率上可获得可懂度很好的 合成语音,缺点：自然度差，抗背景噪声能力差,如：线性预测声码器(LPC)共振峰声码器、通道声码器等等最近：混合激励线性预测编码(ME-LPC)、正弦变换编码等,97,3、混合编码,除了利用语音产生模型提取语音参数外，又利用波形编码的特点(优化激励信号使其达到与输入语音波形的匹配）,可在416kb/s的中低速率上获得高质量的重建语音,如：,规则脉冲激励线性预测编码(RPE-LPC)码激励线性预测编码(CELP)多脉冲线性预测编码(MP-LPC)等等,98,各种编码技术比较,99,4、线性预测编码（LPC）,线性预测

35、语音产生模型,语音信号相邻样点之间有强相关性，可以用过去样点的线性组合预测未来的样点,预测误差,信号e(n)激励全极点滤波器 得到语音信号,100,用白噪声或周期脉冲信号激励声道滤波器就能合成语音,LPC声码器工作原理：,101,另：码激励线性预测、多脉冲线性预测等等,102,二、图像压缩编码,图像压缩编码依据：图像信号本身在结构上和统计上存在冗余度和人类视觉特性进行的,103,压缩比：度量某种压缩编码的压缩效率,图象编码方法：,1、预测编码：线性和非线性,2、正交变换编码：,DFT、沃尔什哈达玛变换、哈尔变换、离散余弦变换（DCT）、KL变换等等。,3、平均信息法：熵编码法和消隐时间法等,1

36、04,4、运动补偿法：针对运动图像中的运动景物采取的帧间编码法,制定图像压缩编码标准的国际组织有两个：,国际标准化组织和国际电工委员会(ISO/IEC),国际电联的电信标准部 ITUT,静止图像编码：JPEG系列如 JPEG、JPEG2000,活动图像编码：MPEG系列如：MPEG1、MPEG2、MPEG3、MPEG4、MPEG7等,为活动图像制定了H系列：如H.261、H.262、H.263和H.264。,105,图像压缩编码方法分为两代,第一代是以图像信源的客观统计特性，以像素、像素帧为 信息处理单位，去掉的是图像客观统计数据的冗余。第二代在图像信源客观统计特性基础上，考虑用户主观特性，以主观要求的音频/视频的分解对象为处理单元，去掉 基于对象、基于语义内容方面的主客观冗余,106,小结,1、掌握低通及带通信号抽样定理,2、掌握脉冲振幅调制，理想抽样、自然抽样和 平顶抽样的区别,3、脉冲编码调制三个步骤，A率13折线,4、增量调制及预测编码的概念,5、了解改进型增量调制的原理,6、了解差分脉码调制及语音图像压缩编码方法,作业,P297 9-9,5-16,