宽带接入技术及应用2_QJ.

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1、宽带接入技术及应用 编著 ：郭世满 马蕴颖 郭苏宁 北京邮电大学出版社 2.1 信息与通信 2.2 音频信源编码 2.3 视频信源编码 2.4 电视基础知识 2.5 多载波技术 第2章 接入网中的基础技术 2.6 二线数字双工传输 2.7 V5接口及其协议 2.8 接入网的概念 2.9 Y.1231定义的IP接入网 第2章 接入网中的基础技术 2.1 信息与通信 o信息技术就是感测技术、通信技术、计算机 技术和控制技术。 2.1.1 信息 o信息是现实世界现象之间建立联系的一种特 殊形式。它反映了物质和能量在实践和空间 上分布的不均匀程度以及宇宙中一切过程发 生变化的程度。 信息的特点 o信息

2、与物质密切联系，但不是物质本身。 o信息与精神密切相关，人类思维活动基本是 跟信息相关的。 o信息与能量相辅相存 o信息是一切知识和智能的原材料。 o信息普遍存在，而且永不枯竭，不断更新。 o信息可被感知、传递、处理和共享。 2.1.2 信息量与熵 o通常信息源是由一系列符号构成的，假设一 个信息源所产生的符号序列中的符号取自一 个有限符号集，符号集中的符号Si发生的概 率为p(si),则其所携带的信息量定义为： o如果信息源某一符号的出现概率大小不受前 面符号出现与否的影响，则该信息源称为离 散无记忆信源，此时信息量又称自信息量， 离散无记忆信源中一个符号所携带的平均信 息量定义为： 2.1

3、.3 互信息量与条件熵 o假定信源符号x出现的概率为P(x)，而信源 符号y出现之后，出现x符号的条件概率为 P(xy),则定义信息量为： o根据shannon的证明，消息通过有扰信道 后，收到的平均信息量等于信源发出的平均 信息量减去由干扰带来的条件平均信息量： 2.1.4 冗余量、编码效率与压缩比 o设原始图像的实际熵为H(x),编码后的平均 码长为 ，经压缩后的平均码长为 ，则 定义压缩比为 o如果最大熵为Hmax(x)，则编码效率为 冗余度为 o信道是从发送输出端到接收输入端之间传送 的信道。在信息理论中一般从编码器输出到 解码器的输入之间的整个变换部分，称为信 道。 2.1.5 信道

4、及信道容量 o通信速度相对于码符出现的概率存在某一个 最大值Rm，这一最大的通信速度称为信道 容量或编码容量，单位为比特秒 dB，dBi, dBd, dBc，dBm，dBw释 义 odB dB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位 ，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10log（甲功率/ 乙功率），如果采用两者的电压比计算，要用20log（甲电压/乙电压）。 例 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是 说，甲的功率比乙的功率大3 dB。反之，如果甲的功率是乙的功率的一半，则甲的功 率比乙的功率

5、小3 dB。 odBi 和dBd dBi和dBd是表示天线功率增益的量，两者都是一个相对值，但参考基准不一样。 dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认 为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。 例 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（ 一般忽略小数位，为18dBi）。 例 0dBd=2.15dBi。 odBc dBc也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc 是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值， 如用来

6、度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的 相对量值。 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。 dB，dBi, dBd, dBc，dBm，dBw释 义 odBm dBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个 比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。 例 如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。 例 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为： 10log（40W/1mw）=10log（40000）=10log4+10log10000=46dBm。 odBw 与dBm一样，dBw是一个表示功率绝对值的单位（也可以认

7、为是以1W功率 为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1w）。dBw与dBm之间的 换算关系为：0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。 例 如果功率P为1w，折算为dBw后为0dBw。 o总之，dB，dBi, dBd, dBc是两个量之间的比值，表示两个量间的相对大小 ，而dBm、dBw则是表示功率绝对大小的值。在dB，dBm，dBw计算中，要注意 基本概念，用一个dBm（或dBw）减另外一个dBm（dBw）时，得到的结果是dB ，如：30dBm - 0dBm = 30dB。 一般来讲，在工程中，dBm（或dBw）和dBm（或dBw）之

8、间只有加减，没 有乘除。而用得最多的是减法：dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除，信 号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。dBm 加 dBm 实际上是两个功 率相乘 o理论分析表明：在线性无失真、只有信号和 噪声的系统中，传输频带从0B的信道， 当信号是总功率为S的正态分布、噪声是总 功率为N的正态分布时，其信道容量为 o每个信道都有确定的容量C，只要信道传输 速度R不超过信道容量，就一定存在一种速 率为R的编码方法，在采用最大似然译码时 ，随着码长的增加，其译码错误的概率pe可 任意小 2.1.6 编码定理 o在变字的长码中，对于出现概率大的信息符 号编以短字长的码，对于出现概率小

9、的信息 符号编以长字长的码，如果码字长度严格按 照符号概率的大小的相反顺序排列，则平均 码字长度一定小于按任何其他符号顺序排列 方式得到的码字长度。 2.2 音频信源编码 o信源编码就是将来自模拟信源的信号变换为适 合在数字通信系统中传输的数字信号。话音编 码属于信源编码，主要有波形编码、参量编码 和混合编码三大类。 2.2.1 编码质量的评价 o评价语音编码质量经常采用主观评定方法， 采用的方法有平均意见得分、判断韵字测试 、判断满意度测试等。 2.2.2 线性预测编码 图2.2.1线性预测语音产生模型 图2.2.2LPC语音、编码器原理 2.2.3 激励信号源 o激励信号是Abs- LPC

10、模型的输入， 也是这个模型中最 重要的部分，它包 含了不能由时变滤 波器谱模型表征的 所有残差结构。 Abs-LPC不同的激励类型 Abs-LPC不同的激励类型 o规则脉冲激励长时预测编码（图链接） o矢量和激励线性预测编码（图链接） o残差激励线性预测编码（图链接） o多脉冲线性预测编码器（图链接） 图2.2.4 RPE-LTP（规则）话音编码器原理 图2.2.5 VSELP（矢量激励）的编译码示意图 图2.2.6 RELP（残差）编译码器原理图 图2.2.7 MPLPC（多脉冲）语音编码器原理图 2.3 视频信源编码 o2.3.1信息压缩的必要性 o信息的压缩技术是多媒体通信领域中的关键

11、技术之一，不能对多媒体数据进行有效的压 缩，就难以保证通信的顺利进行。 2.3.2 信息压缩的可行性 o数据中通常包含很大的冗余。数据的大小与 所携带的信息量的关系下式给出： I=D-r 2.3.3 常用的数据压缩技术 o数据压缩方法一般分为两类： o可逆编码 o不可逆编码 根据压缩的原理进行划分 o预测编码 o变换编码 o量化与矢量量化编码 o信息熵编码 o子带编码 o模型编码 预测编码 o预测编 码有线 性预测 和非线 性预测 两类。 图2.3.1 DPCM原理图 变换编码 o预测编码主要是在时域上进行，变换编码则 利用频域中能量较集中的特点，在频域上进 行 图2.3.2 变换编码原理 信

12、息熵编码 o信息熵编码又称为统计编码，它是根据信源 符号出现概率的分布特性而进行的压缩编码 。其目的在于在信源符号和码字之间建立明 确的一一对应关系，以便在恢复时能准确地 再现原信号，同时要使平均码长或码率尽量 小。 （1）Huffman编码 o人们总以Huffman编码来概括D.A.Huffman 个人对计算机领域，特别是数据压缩领域的 杰出贡献。 二叉树 o为了使用不固定的码 长表示单个字符，编 码必须符合较短的编 码决不能是较长编码 的前缀。 图2.3.3 码树 代码的基本性质 o当用某种代码把人意的符号序列编成码时，接 收端必须能从这种码恢复成原来的符号序列。 这样的码称为唯一可解码。

13、唯一可解码还可以 进一步分为瞬时可解码和非瞬时可解码。 o瞬时可解码的存在条件是克拉夫特不等式。 （2）算术编码 o基本原理是将编码的信息编成实数0和1之 间的一个间隔，信息越长，编码表示他的间 隔就越小，表示这一间隔所需的二进制位就 越多。 算术编码的特点 o不必预先定义概率模式，自适应模式具有独 特的优点； o信源符号概率接近时，建议使用算术编码， 这种情况下其效率高于Huffman编码。 算术编码过程表示 （3）基于DPCM的无失真编码 无失真编码器简化框图 （3）基于DCT的有失真压缩编 码 o基于DCT压缩编码算法包括两种不同的系 统，即基本系统和增强系统。增强系统是基 本系统的扩充

14、。 基于DCT编码过程 解码过程 2.4 电视基础知识 o电视是利用光电和电光转换原理，将光学图 像转换为电信号进行远距离传输，然后再还 原为光图像的一门技术。整个电视系统主要 由成像、电视信号形成、信号处理、传输系 统、电视信号接收与显示等部分组成。 2.4 .1 电视信号与图像扫描 o电视技术是利用光电转换原理实现光学图像 到电视信号变换的，这一转换过程通常是在 摄像机中完成的。 o景物图像中的任意一个像素P可以用8个物 理量来表示： P=f(x,y,z,L,H,S,R,t) 电视系统扫描原理 2.4.2 彩色电视系统 o彩色电视系统是按照三基色的原理设计和工 作的。三基色原理指出，任何一

15、种彩色都可 由另外的三种彩色按不同的比例混合而成的 。 o电视系统的亮度方程： Y=0.229R+0.587G+0.114B 亮度信号、色差信号及其组成原理 o恒定亮度原理与高频混合原理 o亮度信号和色差信号 2.4.3 电视信号的频谱特点与分 配 o电视系统是通过行、场扫描来完成图像的分 解与合成的，尽管图像内容是随机的，但电 视信号仍具有行、场或祯的准确周期性。 活动图像电视信号频谱 广播电信号频谱结构 2.4.4 电视信号的数字化 数字电视技术是在将模拟电视信号转化为数 字电视信号的基础上对其处理、存储、传输 的技术。 电视信号的数字化需要三个步骤：取样、量 化和编码。 数字复合视频编码

16、是利用四倍副载波取样频 率直接对模拟复合视频信号数字化的结果。 2.4.5 数字视频压缩编码 o使用数字视频压缩技术，借助目前的干线通 信网和同轴电缆网，可经济地传输多路电视 节目或传输高清晰度电视节目。 数字视频压缩编码系统 系统运用的主要技术 o压缩编码 o复合视频信号的解码 o统计复用 2.5 多载波技术 o随着数字信号处理技术的发展，现在采用多 载波技术已成为可能。目前采用的多载波技 术主要有：正交频分多路复用和离散多音频 。 正交频分复用的基本思想 o正交频分复用的基本思想是将一段高速串行 的数据流变成若干组低速并行的数据流并分 别调制到不同的载波上进行并行传输。 正交频分多路复用信号频谱 OFDM发送系统原理图 2.6 二线数字双工传输 o所谓二线数字双工传输，是指在二线用户环 路上实现收、发双向数字传输，这是一种信 道收发复用技术，最常用的有两种：频分双 工和时分双工。 1.时间压缩法 乒乓法系统结构 TDM方案工作原理图 2.回波抵消法 o该法允许收发双方同时把发送信号送到二线 用户环路上，这样，线路上将同时存