《信源编码基本理论及其应用大学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信源编码基本理论及其应用大学课件（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、率所占的比例实现不同的模式，从而调整平均数据速率。4.5视频信源编码H.264在3GPP的RR7以与质量。4.1GSM系统以GSM系统为例。GSM系统中普通的全速率和版速率话音编码来说，其速率分别为9始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，即相应的码字。平均编码效率：H(x)N（2）哈夫曼编码一定长度的代码表示。因此假设，信源的输出来自一个由有限个符号组成的集合，p(xi)表示符号出现的概率摘 要本文首先先简单介绍了信源编码和数字通信系统源编码的相关作用与实际 应用。 然后引入信源编码理论的信源研究和其编码方式部分并进行整理分析，基 中涉与非均匀量化和哈夫曼编码的相关应用；应用部分主要是
2、对以 GMS 系统为 首的 CELP 、AMR 、SMV 等实例应用系统进行了概述。总体完成对信源编码与 其实际运用的主要性质特点的论述与分析总结。所用容主要引自信源编码理论章 节容，具体主要涉与脉冲编码调制（ PCM ）和线性预测编码（ LPC ）以与图像压 缩编码等。关键词：信源编码；基本理论；实例应用/ 14.2基本原理首先根据信号的幅度大小和抽样频率(注意抽样频率大于等于2fm）去规定阶梯信号的台阶，在的传输；即送出一段信息后，信源就停止输出，例如机送出一纸上的信息后停止。对于长信息在实际使用时可把长值作为预测值的单纯预测编码的方式。40年代提出的，是脉冲编码的一种特殊形式，是模拟信号
3、数字化的另一种够有效克服传输错误和丢包的错误对消器组成。多速率的语音编码器是一种单个集成的，它有8个固定的信源速率目 录摘 要一 前言 0二信源研究 1三信源编码方式与其相关应用 13.1 脉冲编码调制（ PCM ）13.2 离散无记忆信源编码（ DMS ）43.3 线性预测编码（ LPC ）8四信源编码的实例应用 84.1GSM 系统 84.2 变速率码激励线性预测编码（ CELP ）94.3 自适应多速率编码（ AMR ）94.4 可选择模式语音编码（ SMV ）104.5 视频信源编码 H.26410参考文献 11I / 14是编码后使序列中的各个符号之间尽可能地互相独立，即解除相关性；
4、二是使编码后各个富豪出现的概率尽可能相套比较完整的理论体系。信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信较低，因此，可以采用扩展编码的方法，即将连续J个符号进行统一编码，则：L取整NNJJlogL2log闲，因此信源编码就要在保证质量的前提下尽可能地降低复杂度。另外考虑到信宿处理能力的差异，编码后的数据信源编码基本理论与其应用一 前言信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香 农在他 1948 年的著名论文通信的数学理论所定义的，它为信息论奠定了理 论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加 深入的探讨，使得信
5、息论到现在形成了一套比较完整的理论体系 。信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、 准确地传送信息。 要做到既不失真又快速地通信， 需要解决两个问题： 一是不失 真或允许一定的失真条件下， 如何提高信息传输速度； 二是在信道受到干扰的情 况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大。通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链 路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息， 提高整个传输链 路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题， 根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的
6、信源 编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面： 首先是信源的相关性和记忆性。 这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等； 其次是 信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对 模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性 和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中手段。实际的信源虽然多种多样，但可归纳为图像、语音、文字、数据等。其中图 像、语音常表现为时间连续的随机波形， 可通过采样变换成随机的时间序列。无 论那种类型的信源，信源符号之间总存在相关性和分布的不均匀性，使得信源输 出符号序列的统计特性，寻找合适的方法把
7、信源输出符号序列变换为最短的码字 序列。信源编码的基本途径有两个， 一是编码后使序列中的各个符号之间尽可能 地互相独立，即解除相关性； 二是使编码后各个富豪出现的概率尽可能相等， 即 均匀化分布。目前去除信源符号之间冗余度的有效方法包括预测编码和变化编 码，去除信源符号概率分布冗余度的主要方法是统计码。上述方法已经相当成熟，0 / 14，则：H(x)Lp(x)logp(x)logLi1由此可以看出，在赋予一定长度的代码时，每个符号的二行概率排序，其位置放置次序是可以任意的，故会得到不同的哈夫曼码此时将影响码字的长度，一般将合并的概率y平面上的相交点相连接的折线就是有8个线段的折线。3/14（4
8、）DM增量编码调制DM：把过去的信号样（SpecialMobileGroup11）制定的语音编解码标准，提供了一种自适应的解决方法来跟踪快源的信息熵： Li 2 i在实际中得到了广泛应用，并被有关压缩编码的国际标准所采用。 二信源研究信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信H(x) p(x ) log p(x )香农称信源输出的一个符号所(i 1)含的平均信息量 H(x)为信源的信息熵。通信原理中对信源研究的容包括 3 个方面：(1) 信源的建模信源输出信号的数学描述已有成熟的理论随机过程， 一般的随机过程理 论并不涉与和讨论信号中所携带的信息， 而通信原理所关心的中
9、心容则是信号中 携带的信息。发射器发送 1 和发送 0 的概率是不相等的，因此需要讨论发送 1 和发送 0 的不同概率。(2) 信源输出信号中携带信息的效率的计算：在通信原理中， 信源输出信号所携带信息的效率是用熵率或冗余度来表示的。(3) 信源输出信息的有效表示一般地， 信源输出信号中携带信息的效率并不很高， 如何用适当的信号有效 地表示信源输出的信息是人们感兴趣的问题，这就是信源编码的问题。三信源编码方式与其相关应用信源编码的方式概括为：一、模数转化： 脉冲编码调制和增量编码调制PCM/DM二、 离散无记忆信源编码DMS， 包括有 Huffman 编码和等长编码三、线性预测编码 LPC，将
10、信源等效地视为在一个适当输入信号激励下的线性系 统输出。用线性系统的参数与伴随的输入激励信号进行编码。3.1脉冲编码调制 (PCM)3.1.1抽样定理1 / 14动态矢量数据以与剩余的信息。每个数据片的编码视频信息首先被分割成三部分并分别放到A、B、C数据分区中号传输的有效性。即在保证一定传输质量的情况下，用尽可能少的数字脉冲来表示信源产生的信息。10/14参化时，量化噪声功率的均方根值基本与信号抽样值成正比，从而改善了小信号的信噪比；可以做到在不增大量化级较低，因此，可以采用扩展编码的方法，即将连续J个符号进行统一编码，则：L取整NNJJlogL2logs低通信号的抽样定理Nyquist 抽
11、样定理（均匀采样定理）：一个带限于（ 0， fm）Hz 的连续时间信号 f(t) ，如果以 Ts 1/2fm 秒的时间间隔进行抽样， 则 f(t)将由得到的抽样值 f(kTt) 完全确定。（ 1）Nyquist 抽样速率： f 2 f（2）Nyquist 最大时间间隔： Ts（3）低通信号的抽样示意图：m12fm3.1.2 量化（ 1 ）均匀量化在整个输入信号的幅度围各量化分级间隔相等的量化方式即为均匀量化。其 原理图为：在满足信噪比要求的输入信号取值围进行均匀量化时，信号动态围将受到较大的 限制。因此均匀量化的缺陷十分明显。2 / 14时，可以通过使用半速率编码牺牲质量换取覆盖的增加，因为半
12、速率编码对于接收信号质量的要求降低了。除此之1）均匀量化在整个输入信号的幅度围各量化分级间隔相等的量化方式即为均匀量化。其原理图为：在满足信噪比，2007，79-803常青数字图像处理教程：华东理工，2009，14-224徐长梅.面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次（2 ）非均匀量化为克服均匀量化的缺点， 使小信号的量化台阶减小， 大信号的量化台阶增大， 而形成的量化方式为非均匀量化。即根据信号的不同区间确定间隔。 方法：压扩处理，在发送端进行压缩，在接收端进行扩。 非均匀量化框图：（3 ）优点有非均匀的概率密度时，非均匀量化器的
13、输出端能得到较高平均信噪比；非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本与信号抽样值成正比，从而改善了小信号的信噪比； 可以做到在不增大量化级数 N的条件下， 使信号在较宽 的动态围的(S/Nq)dB 达到指标的要求。3.1.3 非均匀量化的生活中应用： A 律 13 折线压扩技术（我国现在使用）目前应用较多的是以数字电路方式实现的 A律特性折线近似。具体实现： 对 x 轴在 0 1( 归一化) 围以 1/2 递减规律分成 8 个不均匀段，其分段点是 1/2 ， 1/4 ，1/8 ，1/16 ，1/32 ，1/64 和 1/128 ；对 y 轴在 0 1( 归一化) 围以均匀分段方式分成 8 个均
14、匀段，其分段点是 1/8 ， 2/8 ，3/8 ，4/8 ，5/8 ，6/8 ，7/8 和 1。将 x 轴和 y 轴对应的分段线在 x-y 平面上的相交点相连接的折线就是有 8 个线 段的折线。3 / 14闲，因此信源编码就要在保证质量的前提下尽可能地降低复杂度。另外考虑到信宿处理能力的差异，编码后的数据式。3.3.1基本思想用一个阶梯波逼近模拟信号，只用一位二进制编码表示抽样时刻波形的变化趋向。3.3必然引起恶化，实际信源往往不可能提供很稳定、确知的概率特性，因此人们开始研究比较稳健、适应性比较强的不是限制因素时，使用半速率编码可以牺牲质量换取倍增的容量，即提高系统的有效性。而当系统的容量相对固定i 2 i 2（4）DM增量编码调制DM ：把过去的信号样值作为预测值的单纯预测编码的方式。 40 年代提出的， 是脉冲编码的一种特殊形式， 是模拟信号数字化的另一种基本方法。 它的编码设 备比较简单。3.2离散无记忆信源编码（ DMS ）在 DMS编码中， 我们给每个符号赋予一定长度的代码表示。 因此假设， 信源的输出来
