数字媒体技术基础数字信号与信号编码与压缩

1、数字信号编码根底教案新疆师范大学教育科学学院 齐忠琪第二章 数字信号编码与紧缩第一节 模拟信号与数字信号一、模拟信号 信号波形模拟着信息变化，其特点是幅度随时间延续变化。对模拟信号按一定的时间间隔进展抽样，抽样后的信号由于其波形在时间上是离散的，所以它又叫离散信号。但此信号的幅度依然是延续的，所以它依然是模拟信号。、电视信号都是模拟信号。第一节 模拟信号与数字信号二、数字信号： 指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于用数字电路进展处置，所以得到了广泛的运用。 第一节 模拟信号与数字信号1、数字信号的特点 (1)抗干扰才干强、

2、无噪声积累。在模拟通讯中，为了提高信噪比，需求在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进展放大，信号在传输过程中不可防止地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输间隔的添加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。第一节 模拟信号与数字信号 对于数字通讯，由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也遭到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的间隔采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长间隔高质量的传输。第一节 模拟信号与数字信号 (2)便于加密处置。信息传输的平安性和严密性越来越重要，数字通讯的加密处置的比模拟通讯容易得多，以模

3、拟信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进展加密、解密处置。第一节 模拟信号与数字信号 (3)便于存储、处置和交换。数字通讯的信号方式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进展存储、处置和交换，可使通讯网的管理、维护实现自动化、智能化。第一节 模拟信号与数字信号 (4)设备便于集成化、微型化。数字通讯采用时分多路复用，不需求体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。第一节 模拟信号与数字信号 (5)便于构成综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以经过程控数字交换设备进

4、展数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。第一节 模拟信号与数字信号 (6)占用信道频带较宽。一路模拟的频带为4kHz带宽，一路数字约占64kHz，这是模拟通讯目前仍有生命力的主要缘由。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路)以及数字信号处置技术的开展(可将一路数字的数码率由64kb/s紧缩到32kb/s甚至更低的数码率)，数字的带宽问题已不是主要问题了。第一节 模拟信号与数字信号 以上引见可知，数字通讯具有很多优点，所以各国都在积极开展数字通讯。近年来，我国数字通讯得到迅速开展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综

5、合化方向迈进。第二节 数字信号的产生一、模拟信号数字化的过程 信号数字化过程信号的数字化需求三个步骤：抽样、量化和编码。 抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来替代原来在时间上延续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。 量化是用有限个幅度值近似原来延续变化的幅度值，把模拟信号的延续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。第二节 数字信号的产生 编码是指为了到达某种目的而对信号进展的一种变换。 是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以经过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。在接纳端那么与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波

6、又恢复成原来的模拟信号。上述数字化的过程又称为脉冲编码调制。其逆变换称为译码或解码。第二节 数字信号的产生第二节 数字信号的产生第三节 编码实际 编码实际是数学和计算机科学的一个分支，处置在噪声信道传送资料时的错误倾向。按照编码实际对数字信号进展编码，可以保证信号传送时采用更好的方法以修正传送途中所产生的大量错误。保证接纳端高保真地恢复发送端传送过来的信号。第三节 编码实际 编码共分三类：信源编码(数据紧缩、信道编码(前向纠错) 和严密编码。 研讨信息传输过程中信号编码规律的实际根底包括：数学实际。编码实际与信息论、数理统计、概率论、随机过程、线性代数、近世代数、数论、有限几何和组合分析等。编

7、码实际现已成为运用数学的一个分支。第三节 编码实际一、信源编码。 对信源输出的信号进展变换，包括延续信号的离散化，即将模拟信号经过采样和量化变成数字信号,以及对数据进展紧缩,提高数字信号传输的有效性而进展的编码。第三节 编码实际1、信源编码的历史开展 1843年美国著名画家莫尔斯精心设计出莫尔斯码，最早的莫尔斯电码是用一些点和划表示数字，数字对应单词，在发送时用一个电键敲击出点、划以及中间的停顿。在译码时需求查找一本代码表才干知道每个词对应的数。第三节 编码实际 虽然莫尔斯发明了电报，但他缺乏相关的专门技术。他与Alfred Vail签定了一个协议，让他帮本人制造更加适用的设备。Vail构思了

8、一个方案，经过点、划和中间的停顿，可以让每个字符和标点符号彼此独立地发送出去。他们达成一致，赞同把这种标识不同符号的方案放到摩尔斯的专利中。这就是如今我们所熟知的美式摩尔斯电码，它被用来传送了世界上第一条电报。 周易编码图像第三节 编码实际 这种代码可以用一种音调平稳时断时续的无线电信号来传送，通常被称做延续波(Continuous Wave)，缩写为CW。它可以是电报电线里的电子脉冲，也可以是一种机械的或视觉的信号(比如闪光)。 第三节 编码实际在以上根底上，商业代码精心设计了用字符组成一组代码，做为一个单词表示一段完好的内容，以提高任务效率。例如：BYOXO (“Are you tryin

9、g to crawl out of it?；LIOUY (“Why do you not answer my question?,；AYYLU (“Not clearly coded, repeat more clearly.。 这些五个字符的简语可以用莫尔斯电码单独发送。第三节 编码实际 作为一种信息编码规范，莫尔斯电码拥有其他编码方案无法超越的长久的生命。莫尔斯电码在海事通讯中被作为国际规范不断运用到1999年。1997年，当法国海军停顿运用莫尔斯电码时，发送的最后一条音讯是：“一切人留意，这是我们在永远沉寂之前最后的一声呐喊！第三节 编码实际 虽然莫尔斯码是信号经过编码传送的鼻祖，但是编

10、码实际直到20世纪3040年代才开场构成。 1928年美国电信工程师H.奈奎斯特提出著名的采样定理，为延续信号离散化奠定了根底。 1948年美国运用数学家C.E.香农在一文中提出信息熵的概念，为信源编码奠定了实际根底。 1949年香农在一文中提出了信道容量的概念和信道编码定理，为信道编码奠定了实际根底。第三节 编码实际 无噪信道编码定理又称香农第一定理指出，码字的平均长度只能大于或等于信源的熵。 有噪信道编码定理又称香农第二定理那么是编码存在定理。它指出只需信息传输速率小于信道容量，就存在一类编码，使信息传输的错误概率可以恣意小。随着计算技术和数字通讯的开展，纠错编码和密码学得到迅速的开展。第

11、三节 编码实际 在信源编码方面，1951年香农证明，当信源输出有冗余的音讯时可经过编码改动信源的输出，使信息传输速率接近信道容量。 1948年香农就提出能使信源与信道匹配的香农编码。第三节 编码实际 1949年美国麻省理工学院的R.M.费诺提出费诺编码。 1951年美国电信工程师D.A.霍夫曼提出更有效的霍夫曼编码。以后又出现了编码、图像编码和模拟编码，对数据紧缩进展了深化的研讨，处理了数字通讯中提出的许多实践问题。第三节 编码实际二、信道编码。 对信源编码器输出的信号进展再变换，包括区分通路、顺应信道条件和提高通讯可靠性而进展的编码。 如对电信号进展调制,以顺应无线电广播对信号构造的根本要求

12、. 对信息按照TCP/IP协议进展编码,以顺应网络通讯的要求.第三节 编码实际三、严密编码。 对信道编码器输出的信号进展再变换，即为了使信息在传输过程中不易被人窃取而进展的编码。编码实际在数字化遥测遥控系统、电气通讯、数字通讯、图像通讯、卫星通讯、深空通讯、计算技术、数据处置、图像处置、自动控制、人工智能和方式识别等方面都有广泛的运用。第三节 编码实际第三节 编码实际 1949年香农发表，通常它被以为是密码学的先驱性著作。 1976年狄菲和赫尔曼初次提出公开密钥体制，为密码学的研讨开辟了新的方向。超大规模集成电路和高速计算机的运用,促进了严密编码实际的开展,同时也给严密通讯的平安性带来很大的要

13、挟。第三节 编码实际四、信道编码中其它技术的运用 信道编码过程中还要思索对抗信道中噪音及干扰信号的衰减。经过添加冗余，如校验码等，来提高抗干扰才干以及纠错才干，从而提高信道编码的质量第三节 编码实际经过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的实际和方法。大致分为两类 ：信道编码定理，从实际上处理理想编码器、译码器的存在性问题，也就是处理信道能传送的最大信息率的能够性和超越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到达的性能界限。第三节 编码实际信道编码中的纠错与抗干扰 数字信号在传输中往往由于各种缘由，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接纳端产生图象腾跃、不延续、出现马赛克等