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1、1-2题信源编码是一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换，或者说为了减少或消除信源利余度而进行的信源符号变换。具体说，就是针对信源输出符号序列的统计特性来寻找某种方法，把信源输出符号序列变换为最短的码字序列，使后者的各码元所载荷的平均信息量最大，同时又能保证无失真地恢复原来的符号序列。作用信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩；作用之二是将信源的模拟信号转化成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。信道编码通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理论和方法。信息论的内容之一。信道编码大致分为两类 ：信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的
2、存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题。构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。作用数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠
3、错的目的，这就是我们常常说的开销。这就好象我们运送一批玻璃杯一样，为了保证运送途中不出现打烂玻璃杯的情况，我们通常都用一些泡沫或海棉等物将玻璃杯包装起来，这种包装使玻璃杯所占的容积变大，原来一部车能装5000个玻璃杯的，包装后就只能装4000个了，显然包装的代价使运送玻璃杯的有效个数减少了。同样，在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率了，不同的编码方式，其编码效率有所不同。 3. 在信息论中,熵被用来衡量一个随机变量出现的期望值.它代表了在被接收之前,信号传输过程中损失的信息量,又
4、被称为信息熵.信息熵也称信源熵、平均自信息量4.参见教材5.是模拟信号6. “低通采样定理”可简称“采样定理”在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。这个结论称为“采样定理”。带通采样又叫IF采样、调和采样、下奈奎斯特采样和下采样等1。实际中遇到的许多信号是带通型信号?这种信号的带宽往往远小于信号中心频率。若带通信号的上截止频率为 fH,下截止频率为fL, 这时并不需要抽样频率高于两倍上截止频率fH,可按照带通抽样定理确定抽样频率。带通采样定理：设带通信号m(t),其
5、频率限制在fL与fH之间，带宽为B=fH-fL，如果最小抽样速率fs=2fH/m,m是一个不超过fH/B的最大整数，那么m(t),可以完全由其抽样值确定。7. 提高小信号的量化信噪比。实现：先将信号抽样值压缩，再进行均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小;反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个主要的优点: 当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时，非均匀量化器的输出端可以较高的平均信号量化噪声功率比; 非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此，量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信
6、噪比。8. 试问在PCM电话信号中，为什么常用折叠码进行编码？ 解：折叠二进制码是PCM编码中常用的二进制码，这种码具有镜像特性，可以把双极性的电压采用单极性编码方法处理，使编码过程简化。9.参阅教材设输入信号抽样值 为-131个量化单位，采用A律13折线编码，试求此时编码器输出的PCM码组（C1C2C3C4C5C6C7C8=01000000）练习：设输入抽样脉冲值 为-95量化单位，采用13折线A律编码，试求此时编码器输出的 PCM码组，并计算量化误差。（C1C2C3C4C5C6C7C8=0110111,量化误差为3个单位）10增量调制简称M或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又
7、一种模拟信号数字化的方法。1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。它是一种把信号上一采样的样值作为预测值的单纯预测编码方式。增量调制是预测编码中最简单的一种。它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。如果差值是正的，就发“1”码，若差值为负就发“0”码。因此数码“1”和“0”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。同样，在接收端，每收到一
8、个“1”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶。每收到一个“0”码就下降一个量阶。当收到连“1”码时，表示信号连续增长，当收到连“0”码时，表示信号连续下降。译码器的输出再经过低通滤波器滤去高频量化噪声，从而恢复原信号，只要抽样频率足够高，量化阶距大小适当，收端恢复的信号与原信号非常接近，量化噪声可以很小。增量调制与PCM比较有如下特点: 在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM； 增量调制抗误码性能好，可用于比特误码率为102103的信道，而PCM则要求104106； 增量调制通常采用单纯的比较器和积分器作编译码器（预测器），结构比PCM简单。11. 语音编码就是对模拟的语音
9、信号进行编码，将模拟信号转化成数字信号，从而降低传输码率并进行数字传输，语音编码的基本方法可分为波形编码和参量编码，波形编码是将时域的模拟话音的波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字话音信号，参量编码是基于人类语言的发音机理，找出表征语音的特征参量，对特征参量进行编码。语音编码：针对语音信号进行的编码压缩，主要应用于实时语音通信中减少语音信号的数据量。典型的编码标准有ITU-TG.711、G.722、G.723.1、G.729；GSMHR、FR、EFR；3GPPAMR-NB、AMR-WB；3GPP2 QCELP8k、QCELP 13k、EVRC、4GV-NB等。 音频编码：针对频率范围较宽的
10、音频信号进行的编码。主要应用于数字广播和数字电视广播、消费电子产品、音频信息的存储、下载等。典型的编码有MPEG1/MPEG2的layer1、2、3和MPEG 4 AAC的音频编码。还有最新的ITU-T G.722.1、3GPP AMR-WB+和3GPP 2 4GV-WB，它们在低码率上的音频表现也很不错。12. 感知编码是利用人耳听觉的心理声学特性,将凡是人耳感觉不到的成分不编码不传送的一种编码技术.利用感知编码的音频编码标准,主要MPEG-1、MPEG-2、杜比AC-3、AAC、DTS和AVS音频编码技术.13. MP3的全名是MPEG Audio Layer-3，简单地说就是一种声音文件
11、的压缩格式。1987年，德国的研究机构IIS（Institute Integrierte Schaltungen）开始着手一项声音编码及数字音频广播的计划，名称叫做EUREKA EUl47，即MP3的前身。之后，这项计划由IIS与Erlangen大学共同合作，开发出一套非常强大的算法。经由1S0国际标准组织认证之后，符合ISO-MPEG Audio Layer-3标准，就成为现在的MP3。ISOMPEG音频压缩标准里包括了三个使用高性能音频数据压缩方法的感知编码方案（Perceptual Coding Schemes），按照压缩质量（每bit的声音效果）和编码方案的复杂程度划分为Layer 1
12、、Layer 2、Layer 3。所有这三层的编码采用的基本结构是相同的，在采用传统的频谱分析和编码技术的基础上还应用了子带分析和心理声学模型理论，也就是通过研究人耳和大脑听觉神经对音频失真的敏感度，在编码时先分析声音文件的波形，利用滤波器找出噪音电平（Noise Level），然后滤去人耳不敏感的信号，通过矩阵量化的方式将余下的数据每一位打散排列，最后编码形成MPEG的文件。其音质听起来与CD相差不大。14. 要在计算机中处理图像,必须先把真实的图像（照片、画报、图书、图纸等）通过数字化转变成计算机能够接受的显示和存储格式,然后再用计算机进行分析处理.图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三
13、个步骤. 1采样 采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像,采样结果质量的高低就是用前面所说的图像分辨率来衡量.简单来讲,对二维空间上连续的图像在水平和垂直方向上等间距地分割成矩形网状结构,所形成的微小方格称为像素点.一副图像就被采样成有限个像素点构成的集合.例如：一副640*480分辨率的图像,表示这幅图像是由640*480=307200个像素点组成. 如图2-2-15所示,左图是要采样的物体,右图是采样后的图像,每个小格即为一个像素点. 采样频率是指一秒钟内采样的次数,它反映了采样点之间的间隔大小.采样频率越高,得到的图像样本越逼真,图像的质量越高,但要求的存储量也越大. 在进行采样时,采样
14、点间隔大小的选取很重要,它决定了采样后的图像能真实地反映原图像的程度.一般来说,原图像中的画面越复杂,色彩越丰富,则采样间隔应越小.由于二维图像的采样是一维的推广,根据信号的采样定理,要从取样样本中精确地复原图像,可得到图像采样的奈奎斯特（Nyquist）定理：图像采样的频率必须大于或等于源图像最高频率分量的两倍. 2量化 量化是指要使用多大范围的数值来表示图像采样之后的每一个点.量化的结果是图像能够容纳的颜色总数,它反映了采样的质量. 例如：如果以4位存储一个点,就表示图像只能有16种颜色；若采用16位存储一个点,则有216=65536种颜色.所以,量化位数越来越大,表示图像可以拥有更多的颜
15、色,自然可以产生更为细致的图像效果.但是,也会占用更大的存储空间.两者的基本问题都是视觉效果和存储空间的取舍. 假设有一幅黑白灰度的照片,因为它在水平于垂直方向上的灰度变化都是连续的,都可认为有无数个像素,而且任一点上灰度的取值都是从黑到白可以有无限个可能值.通过沿水平和垂直方向的等间隔采样可将这幅模拟图像分解为近似的有限个像素,每个像素的取值代表该像素的灰度（亮度）.对灰度进行量化,使其取值变为有限个可能值. 经过这样采样和量化得到的一幅空间上表现为离散分布的有限个像素,灰度取值上表现为有限个离散的可能值的图像称为数字图像.只要水平和垂直方向采样点数足够多,量化比特数足够大,数字图像的质量就
16、比原始模拟图像毫不逊色. 在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数.为表示量化的色彩值（或亮度值）所需的二进制位数称为量化字长,一般可用8位、16位、24位或更高的量化字长来表示图像的颜色；量化字长越大,则越能真实第反映原有的图像的颜色,但得到的数字图像的容量也越大. 例如：图2-2-16,沿线段AB（左图）的连续图像灰度值的曲线（右图）,取白色值最大,黑色值最小. 先采样：沿线段AB等间隔进行采样,取样值在灰度值上是连续分布的,如图2-2-17左图； 再量化：连续的灰度值再进行数字化（8个级别的灰度级标尺）,如图2-2-17右图. 3压缩编码 数字化后得到的图像数据量十分巨大,必须采用编码技术来压缩其信息量.在一定意义上讲,编码压缩技术是实现图像传输与储存的关键.15. 数字视频技术广泛应用于通信、计算
