第三章信源编码

第三章信源编码第一页，共23页。语音信号离散时间信号（取值连续的采样）量化电平（取值离散的采样）二进制比特流采样Sampling量化Quantization编码Coding第二页，共23页。3.1采样奈奎斯特采样定理如果一个信号的傅立叶变换在某一有限的频带范围之外均为零，采样频率大于信号带宽的两倍，即fs=2B，就可以无失真的还原信号第三页，共23页。3.2量化量化：将采样值的范围划分为M个区间，每个区间用一个电平表示，则共有M个离散的电平，称为量化电平，用M个电平表示连续采样值的方法称为量化均匀量化：M个采样值区间等间隔划分非均匀量化：M个采样值区间不均匀划分量化噪声quantizationnoise信号量噪比SQNR

signaltoquantizationnoiseratio第四页，共23页。(1)均匀量化采样信号的取值范围

[a,b]，量化电平数M量化间隔量化区间的端点mi=a+iΔvi=0,1,…,M若量化输出电平qi取为量化间隔的中点:i=1,2,…M量化噪声：采样值与量化值之间的均方差；信号量噪比：信号功率与量化噪声之比；第五页，共23页。均匀量化时的平均信号量噪比:量化噪声功率的平均值Nqmk采样值；mq量化信号；f(mk)为采样值的概率密度信号的平均功率S0第六页，共23页。例3.1设一均匀量化的电平数为M，其采样值在[-a,a]之间内具有均匀的概率密度。求平均信号量噪比。第七页，共23页。结论：对于给定信号最大幅度，量化电平数越多，量化噪声越小，信号量噪比越高量化电平数确定时，量化噪声也是确定的，但信号强度变化，小信号时，信号量噪比也小第八页，共23页。(2)非均匀量化x压缩y均匀量化q采样值量化电平非均匀量化的实现方法：压缩：用一个非线性变换电路将输入变量x变换成另一个变量y,即y=f(x)ITU制定了两种压缩律：A律μ律美国中国、欧洲第九页，共23页。A压缩律:

A=87.613折线近似:第十页，共23页。3.3编码(1)脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)aPCM基本原理b自然二进制码和折叠二进制码(2)电话语音信号的8位PCM码——13折线折叠码第十一页，共23页。aPCM基本原理ＰＣＭ定义：从模拟信号采样、量化、直到变换为二进制符号的基本过程模拟信号输入采样保持冲激脉冲量化器编码器ＰＣＭ信号输出电路实现时，两者不可分离，称编码电路第十二页，共23页。编码电路的实现方案之一：逐次比较法编码对-0.5~7.5范围内的采样值，按四舍五入进行量化并编码，其编码表量化值c1c2c300001001201030114100510161107111第十三页，共23页。输入信号采样脉冲保持电路IsIω比较器记忆电路恒流源c1c2c3IsIω>ci=1IsIω<ci=0逐次比较法编码原理图由表可知，判断c1值的权值电流Iω=3.5

判断c2值的权值电流，ifc1=0,thenIω=1.5ifc1=1,thenIω=5.5

判定c3值的权值电流，ifc1c2=00,thenIω=0.5ifc1c2=01,thenIω=0.5

ifc1c2=10,thenIω=4.5

ifc1c2=11,thenIω=6.5第十四页，共23页。b自然二进制码和折叠二进制码以4位二进制码为例，比较两种编码量化值序号量化电压极性自然二进制码折叠二进制码15正极性11111111141110111013110111011211001100111011101110101010109100110018100010007负极性01110000601100001501010010401000011300110100200100101100010110000000111第十五页，共23页。折叠二进制码的优点用最高位表示极性后，双极性电压可以用单极性编码方法处理，从而使编码电路和编码过程大大简化误码对小电压影响较小，有利于减小话音信号的平均量化噪声第十六页，共23页。(2)电话语音信号的8位PCM码——13折线折叠码

c1c2c3c4c5c6c7c8量化值的极性正负段落码段内码量化值的绝对值段落编码表段落序号段落码c2c3c4段落范围(量化单位)81111024-20487110512-10246101256-5125100128-256401164-128301032-64200116-3210000-16第十七页，共23页。段内编码表量化间隔段内码c5c6c7c815111114111013110112110011101110101091001810007011160110501014010030011200101000100000第十八页，共23页。不同段落的量化间隔不同：第1段：(1/128)χ(1/16)=1/2048（称为最小量化间隔或一个量化单位）第8段：(1/2)χ(1/16)=1/32对比：若采用均匀量化，仍对小电平具有同样的动态范围1/2048，

则需11位码组采用非均匀量化，7位思考：典型电话的采样频率为8KHz，若采用此非均匀量化编码，则传输比特率为？第十九页，共23页。例3.2设输入电话信号采样值的归一化动态范围为-1~+1,将此动态范围划分为4096个量化单位，即将1/2048作为一个量化单位。当输入采样值为+1270时，试用逐次比较法编码将其按照13折线A率特性编码,求取对应的量化电平与量化误差。练习3.1某A律13折线编码器的设计输入范围是[-6,+6]V。编码器的最小量化单位△=1/2048。若抽样脉冲幅度为-2.4V，求编码器的输出码组，对应的量化电平及量化误差。第二十页，共23页。a.信源种类声音2G(GSM)\3G\4G图像2.5G\3G\4G视频2.5G\3G\4Gb.语音信源编码波形编码源编码又称参量编码混合编码规则脉冲长期预测编码RPE-LTP;变速率码激励线性预测编码CELP；自适应多速率编码AMR；可选择模式语声编码