无线通信工程第06讲-信源编码

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1、无线通信工程姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2001年11月24日第六讲无线通信的信源编码引言信源的原始信号绝大多数是模拟信号，因此，信源编码的第一个任务是模拟和数字的变换，即：A/D，D/A。抽样率取决于原始信号的带宽：fc=2w，w为信号带宽抽样点的比特数取决于经编译码后的信号质量要求：SNR＝6L(dB)，L为量化位数概述但是，由于传输信道带宽的限制，又由于原始信源的信号具有很强的相关性，则信源编码不是简单的A/D，D/A，而是要进行压缩。为通信传输而进行信源编码，主要就是压缩编码。信源编码

2、要考虑的因素：－发信源的统计特性。－传输信道引入的损伤，如误码。－受信者的质量要求。概述（续）信源编码定理：对于给定的失真率D，总可以找到一种信源编码方法，只要信源速率R大于R(D)，就可以在平均失真任意接近D的条件下实现波形重建。说明1：R(D)称为率失真函数，它是单调非增函数，速率越高，平均失真越小。说明2：为了保证在一定速率下的失真，必需采用信源编码，因而会引入编码延时。理论信道编码定理：如果信源速率R小于信道容量C，总可以找到一种信道编码方法，使得信源信息可以在有噪声信道上进行无差错传输，即：RC，无差

3、错传输条件说明1：信道容量C是根据仙侬定理得到的C＝Wlog2(1+S/N)说明2：为了保证无差错传输，必需采用信道编码，因而会引入编码延时。理论（续）信息传输定理：将信源编码定理和信道编码定理综合，就得到信息传输定理。即：为保证无差错传输及失真度，必需满足：CR(D)说明1：在一般数字通信系统中，信源编码和信道编码可以分开考虑。信道编码定理给出无差错的速率上限，信源编码定理给出无失真的速率下限。说明2：为了实现理想性能，都要付出延时的代价。理论（续）速率：高速率、中速率、低速率压缩比质量：客观评价主观评价延

4、时：质量和延时的关系不同业务对延时的要求复杂性：算法的复杂性及软硬件实现的复杂性性能指标波形编码将波形直接变换成数字码流。特点：比特率较高、解码后质量较高、延时较小。可以分为：时域波形编码，如PCM、ADPCM、M等；频域波形编码，如：子带编码（SBC）、自适应变换编码（ATC）等。参数编码从信源信号的某个域中提取特征参数，并变换成数字码流。特点：比特率较低、解码后质量较低、延时较大。如：各种声码器。混合编码将以上二种方法混合，特点：以较低的比特率获得较高的质量，延时适中，复杂。如：G723.1，G728，G7

5、29，GSM的语音编码，IS-95的语音编码等。实现方法音频编码提高传输的质量便于处理使用灵活，便于多种媒体（视频、音频、文字、数据）相结合应用易于加密适合大规模集成可靠性高、体积功耗小价格便宜音频编码的优点音频编码的应用压缩的必要性波形编码PCM原理（37年，法AlecReeres）电子管PCM（46年，Bell实验室）晶体管PCM（62年，市话扩容，64kb/s）单片ICPCM（70年代，微波、卫星、光纤）增量编码原理（46年，法DeLoraine）自适应增量CVSD（60年代末，军用，3

6、2、16kb/s）ContinuouslyVariableSlopeDeltaModulator连续变化斜率增量调制器其他编码（70年代，ADPCM、SubBand、ATC、APC等）在16kb/s以上得到较好的话音质量。特点：话音质量好，但编码速率高。音频编码历史：数字电话（1）参数编码波形编码通道声码器（39年，Dudly，二次大战保密电话）LPC声码器（67年，Atal、Schroeder）同态声码器（69年，Oppenheim）共振峰声码器（71年，Rabiner、Schafer、Elanag

7、an）MBE声码器（88年，Griffin、Lim）波形插值（91年，W.B.Kleijn）2.4kb/s、1.2kb/s、较好；600-800b/s可懂。特点：编码速率低，自然度差。混合编码器利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。多脉冲激励线性预测（MPELP1982Atal、Remde）规则脉冲激励线性预测（RPELP1985Deprettere、Kroon）码本激励线性预测（CELP1985Manfred、Schroeder、Atal）8-16kb/s，高质量。特点：话音质量高

8、、编码速率低，但算法复杂。音频编码历史：数字电话（2）主要应用于会议电视，相当于调幅广播的质量1988年CCITT制定了G.722标准：SB-ADPCM1996年左右，美国PictureTel公司提出PTC－PictureTelTransformCoder1999年9月发布：“ITU-TG.722.1proposedfordecision:7kHzAudio-Cod