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1、,第四章 信源编码,信源编码:研究信源产生的消息的编码，即数字化，研究压缩,信源编码、信源解码在通信系统中的位置：(见图),4.1 字符编码与码元,一、字符编码 了解 ASCII码 p.14 题1.1表 二、码元的概念 二进制码元 M= 2 = ，有两个符号：1、0 四进制码元 M= 4 = ， 有四个符号， 每个符号表示二位二进码,11 10 01 00,M进制码元 M = , 有M个符号，每个符号表示n位二进码元,数字通信就是用M个电平，或M个频率，或M个信号相位来表示M个符号，每个符号代表n位二进码。,4.2 抽样定理,先行课己讲述，请复习教材内容！,抽样频率 ， 信号频谱中的最高频率分
2、量。,4.3 波形的量化,波形量化步骤：1）抽样；2）将抽样值量化；3）将量化电平编为二进码。,A/D 变换器是实现波形量化的专用器件！,一、量化特性,图4.3.1 均匀量化输入-输出分层特性曲线,4.3.1 均匀量化,二，量化噪声,量化间隔,4.3 波形的量化,4.3.2 非均匀量化,一、非均匀量化特性,图 4.3.3 语音非均匀量化特性,图 4.3.4 非均丹量化波形示意,4.3.2 非均匀量化（PCM方案）,二、最佳非均匀量化特性,4.3.2 非均匀量化（PCM方案）,三、语音非均匀量化的实现,(1) 律压扩,(2) A律压扩,图 4.3.5,图 4.3.6,小信号扩张，大信号压缩后 再
3、均匀量化= 非均匀量化！,4.3.2 非均匀量化（PCM方案）,三、语音非均匀量化的实现(续）,压扩特性的数学表达式：,四、A律、 律的数字实现,13折线 实现A律；15 折线 实现 律！,1),图 4.3.8 13折线A律,图 4.3.9 15折线 律,A律13折线特性表(=1/211),四、A律、 律的数字实现,四、A律、 律的数字实现,注：由13位线性PCM转换为A律PCM时，由13位PCM确定。由A律PCM转换为13位线性PCM时，为0。,四、A律、 律的数字实现,4.4.1 脉冲编码调制(PCM),4.4 语音的波形编码,1) 码速率,3）误码对语音质量的影响 精确计算困难（见书）,
4、哪个码比特最关键？最不舒服的体验是什么？小信号时的强干扰,0.5 -0.5,4.4 语音的波形编码,4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM),一、PCM的缺点-数码率高,PCM 是将各抽样值. ， ， ，独立量化，数据量必然大。由于相邻采样值之间有很强相关性，由前一采样值可以预恻下一采样值的增量，因而无需传送采样值本身，只需传送差值。,DPCM思想,4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM),二、DPCM原理,4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM),三、DPCM的实现,为什么要广义平稳,4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM),4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM),qdm1,4.4.3 增
5、量调制( ),4.4 语音的波形编码,4.4 语音的波形编码,4.4 语音的波形编码,4.4.4 波形编码的极限问题,PCM 64Kb/s DPCM ：32Kb/s 32Kb/s,4.5.1 参量编码原理,第四章 信源编码,4.5 语音的参量编码,4.5 语音的参量编码,4.5.1 参量编码原理,二、 发声模型,发音模型简图：气流通过声带、声门，由咽腔、口腔和鼻腔等共同控制而发音。,可等效为,N段等长级联无损声管，并可用如下传递函数拟合：,气流通过级联声管发音,注：参见数字语音处理,启示：噪声源通过数字滤波器应能能合成语音！,4.5 语音的参量编码,4.5.1 参量编码原理,三、 语音参量编码
6、的可能速率,# 语音参数一般有128256个，假设为256个，用8bit/参数 表示； 假设发音速率是10参数/秒， = 8bit/参数10参数/秒= 80 bit/s,# 当前语音参量编码（混合）达到的速率： CDMA移动通信系统（IS-95) ：1.2Kb/s 实验室达到的速率：低于800 bit/s,4.5 语音的参量编码,4.5.2 语音参量编码的实现,一、参量空间,分析一段语音，提取一组参量：,这组参量代表了这段语音，是一个整体，因而对参量的处理必须是对这一整体进行处理，并把这组参量视为n维空间的一点。,由某类消息参量组成的多维空间，称之为参量空间。,二、矢量量化,4.5.2 语音参
7、量编码的实现,4.5 语音的参量编码,对矢量的量化，在物理上是对多维空间的量化！（A/D是对一维参数进行量化）,1）矢量量化定义： 假设某一 n 维矢量： 其中每一分量都是实的，连续的取值， 矢量X 被量化为另一矢量 ，用Q( ) 表示量化，有： 称 是输入矢量 X 量化输出矢量，有：,= Q ( X ),二、矢量量化(续）,2）矢量量化的物理函义： 假设某二维矢量：,二、矢量量化(续）,3）矢量量化的包元划分算法,二、矢量量化(续）,# 失真D的大小与包元的划分有关； # 完成了包元的分割，即求得了L 个包元的质心矢量 , k=1,2,.,L ;这样连续信源矢量X的取值就被L 个量化矢量的取
8、值所取代。,标量量化是 最小，概率密度大时量化精细。矢量量化算法与这一思想完全一致。不同的仅仅是从一维空间移到了n维空间。,算法：假设有 ，矢量量化引起的误差定义为 ，则矢量量化引起的平均失真为：,k=1,2,.L,表示在n维空间为进行矢量量化而划分出的L个包元,矢量落在包元 内的概率。,平均误差,上式进一步写为：,二、矢量量化(续）,4）矢量量化的编码算法,矢量量化-用小面积 量化C，得码率：,二、矢量量化(续）,例 4.5.1 说明标量量化矢量中各元素和矢量量化它们之间数据率的差异。,C,标量量化-用长度 分别量化 、 ，码率为：,标量量化比矢量量化多用的码率是：,从而说明矢量量化在数据压
9、缩方面的优越性！,4.5 语音的参量编码,4.5.3 低速率语音编码器（速率低于16Kb/s的声码器）,一、IS-95 (CDMA移动通信）手机中的语音编码器 QCELP-Qualcomn code excited linear prediction (码激励线性预测） 速率：1.2Kb/s, 2.4Kb/s, 4.8Kb/s, 9.6Kb/s ： 参量：16个（音强G ，清、浊音T，升调L，降调b，+ 12个线性预测系数（ ）： 方案：,图 4.5.5 发端,发端编码方案： 13位A/D, 8KHZ采样；20ms(160个样点）一个窗口；分析窗口内的一段语音，提取出16个参数，矢量量化编码传
10、送。,收端方案： 语音数码经信道编码后传送到接收端，还原出16个参量，进行语音合成，输出语音。,图 4.5.6 收端,16个参量,消除窗口效应，完成窗口之间平滑。,1）语音波形编码，传送时间信号波形，己发展到十分完美。其主要技术与应用： a) 固定电话 ： PCM方案（非均匀量化、A律压扩，8KHZ采样，) 64Kb/s速率） DPCM（ADPCM）（8 KHZ采样，预测差值、 均匀量化，32 Kb/s速率。 增量调制 32Kb/s 速率。 b) VCD/DVD 伴音-16KHZ采样，14位A/D均匀量化（CD音质) c) 高保真音乐-48KHZ采样，16位A/D均匀量化。,4.6 语音编码小结：,2）语音参量编码，不传送波形，传送语音参量。主要应用： a）移动通信： GSM 13Kb/s CDMA 1.2Kb/s，2.4Kb/s，4.8Kb/s，9.6Kb/s； b）IP电话：速率5.6Kb/s左右。,语音参量编码技术还在向前发展！,4.7 图像编码,第四章 信源编码结束,习题：4.1, 4.4, 4.14, 4.15, 4.17, 4.18, 4.19, 4.20,
