多媒体数据压缩的基本技术ppt课件.ppt

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1、子带编码（SubbandCoding，SBC）是一种在频域中进行数据压缩的方法子带编码用滤波器组将输入信号分割成一组具有不同频率分量的信号，再进行处理、编码。主要介绍以下四方面的内容：1.子带编码工作原理2.子带编码的比特分配3.整数带滤波器组4.正交镜象滤波器组1.子带编码工作原理用一组带通滤波器将输入信号分成若干个在不同频率段上的子带信号，然后将这些子带信号经过频率搬移变换成基带信号，再对它们在奈氏频率上分别取样。取样后的信号经过量化和编码，合并成一个总的码流传送给接收端。在接收端，首先把码流分成与原来的各个

2、子带信号相对应的子带码流，然后解码、将频谱搬移至原来的位置，最后经带通滤波、相加得到重建的信号。子带编码的编码器子带编码的解码器子带编码的优点：1.）可以利用人耳（或人眼）对不同频率信号的感知灵敏度不同的特性，在人的听觉（或视觉）不敏感的频段采用较粗糙的量化，从而达到数据压缩的目的；2.）各个子带的量化噪声都束缚在本子带内，这就可以避免能量较小的频带内的信号被其它频段中的量化噪声所淹没；3.）通过合理分配比特，可以获得更好的主观质量。◇在子带编码中，如果各个子带的宽度ΔWk是相同的，则称为等宽子带编码；如果ΔWk是

3、互不相同的，则称为变带宽子带编码。◇对于等带宽子带编码，有：◇对于变带宽子带编码，通常有：◇如果使用整数带滤波器组，频率搬移和改变采样率可由采样插值来实现。◇为了减小相邻子带的交迭区或间隔，滤波器的滚降特性应该比较陡，代价是增加滤波器阶数。2.子带编码的比特分配◇编码总速率为：式中fsk和Rk分别是第k个子带的采样频率和每样点编码比特数。◇设使用理想等带宽子带滤波器组，有：◇如果用R表示各子带每样点编码所用比特数的平均值，那么：◇设采用等子带编码，且各滤波器为理想滤波器。这时全带输入信号功率等于各子带编码器输入信号

4、功率之和，即：◇以及全带重建误差功率等于各子带重建误差功率之和，即：◇如果各子带都采用PCM编码，并且各量化器性能因子同全带PCM编码性能因子相同，那么子带PCM编码相对于全带PCM编码SNR的增益为：◇它的大小取决于各子带的比特分配。各子带比特分配的选择应使总的重建误差功率最小，并受约束条件限制，因此有：可以得到：利用约束条件，解出λ代入上式，得最佳比特分配为：◇某子带分配到的最佳比特数由该子带的功率与各子带几何平均功率比值确定。全带相应的最小重建误差为：◇PCM子带编码相对于全带PCM编码最大SNR增益为：等于

5、各子带功率的算术平均值同几何平均值之比，此值总是大于或等于一。子带增益随子带分带数目加大而增加，但复杂度和编码延时也会加大。子带PCM编码的信噪比为：子带编码的比特分配小结：频域分带和时域预测能获得同样的效果。子带编码随子带分带数目加大可以更好的利用信号频谱特性，获得更大的编码增益。比特分配随信号短时特性自适应可获得更好的编码效果。3.整数带滤波器组◇整数带分割是指各子带的下截止频率flk恰好是该子带宽度的整数倍，即：·根据带通信号的采样定理，可用fsk＝2ΔWk直接对子带信号采样，而不发生混叠。·若输入是采样后的

6、信号，通过抽取可实现频谱搬移，合成时通过插值恢复带通信号。·子带的下截止频率flk是该子带宽度的偶数倍时，经抽取后频谱直接平移到基带；为奇数倍时，在抽取搬移时，频谱会倒置，插值搬移时再倒置一次，恢复原方向。·抽取和插值比例分别是：Lk:1和1:Lk。其中Lk是全带信号带宽和第k个子带带宽之比(W/ΔWk)。抽取和插值可以和滤波结合，一步实现。·整数带滤波器组子带编码系统总编码速率为：4.正交镜象滤波器组(QuadratureMirrorFilterBanks)◇为保证线性相位特性，子带滤波器组采用FIR滤波器。◇

7、阶数128～256才能使过渡特性陡峭，混叠效应可忽略。◇采用正交镜象滤波器组可以使混叠信号抵消，降低对过渡特性的要求，使滤波器阶数大幅度减小。◇正交镜象滤波器上、下两个子带幅频特性关于π/2镜象对称，并有交叠区。2：1抽取后，下子带大于π/2部分、上子带小于π/2部分都产生混叠。由于正交镜象滤波器系数满足一定的条件，混叠可以消除。对于偶数抽头系数FIR滤波器，这些条件是：◇其中，条件(1)要求滤波器组具有全通网络幅频特性。条件(2)至(4)时域等效条件分别要求滤波器系数满足：◇如果信道无误码，并且量化噪声忽略不计，

8、那么可以证明当以上条件都满足时，混叠项可以消除。由工作原理图可知：抽取、插值理论，下带信号2:1抽取后有：再经过1:2插值后，有再经滤波，有：同样，对于另一个子带有：◇总的输出信号为:◇上式右端第一项是所需重建信号，第二项是混叠分量，带入后三个条件，此项为零，并有：采用偶数阶线性相位FIR滤波器，即：以及代入，并令再利用条件一，可以推出：◇即在不考虑信道误码