清华大学移动通信教程第06讲-信源编码课件.ppt

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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6月3日第六讲无线通信的信源编码音频编码音频信号数字化的优点提高存储、传输的质量数字存储与模拟存储相比具有如下优点:存储过程无失真,所以存储质量好便于读写及快速搜索便于利用固态存储器,不需要机械传动机构数字传输与模拟传输相比具有如下优点:采用多电平调制可以节省频带在相同接收质量下,数字调制节省发射功率便于采用误码校验技术,提高传输质量抗干扰能力强便于交换,提高网络效率便于处理使用灵活,便于多种媒体(视频、音频、

2、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价格便宜音频信号分类、特性及应用压缩的必要性音频编码的历史(1)语音:主要应用于数字电话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,32、16kb/s)ContinuouslyVariableSlopeDelt

3、aModulator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,话音质量好,但编码速率高。音频编码的历史(2)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、Elanagan)MBE声码器(88年,Griffin、Lim)波形插值(91年,W.

4、B.Kleijn)2.4kb/s、1.2kb/s、较好;600~800b/s可懂。编码速率低,但自然度差。混合编码器(80年代)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。话音质量高、编码速率低,但算法复杂。音频编码的历史(3)宽带语音:主要应用于

5、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-PictureTelTransformCoder1999年9月发布:“ITU-TG.722.1proposedfordecision:7kHzAudio-CodingAt24And32kbit/sForHandsFreeOperationInSystemsWithLowFrameLoss。”音频编码的历史(4)音频(Audio):主要应用于娱乐与鉴赏,对于

6、重建信号的音质有很高的要求,目前采用比特率较高的波形编码技术进行压缩。可以直接在时域进行,也可以转到频域或其他变换域进行。1982年激光唱盘(CD:CompactDisk)上市。MD:Mini-Disk,日本索尼公司采用ATRAC-AdaptiveTransformAcousticCoder压缩技术。1987数字音频磁带录音(DAT:DigitalAudioTape)问世。DAB(DigitalAudioBroadcasting)源于欧洲。音频压缩依据1)冗余度时域样点之间相关(短时、长时)频域

7、谱的非平坦性(谱包络、谱离散)统计特性(去除可恢复)2)人耳听觉特性人耳分辨能力人耳对不同频段声音的敏感程度不同,通常对低频比对高频更敏感人耳对语音信号的相位不敏感人耳掩蔽效应MaskingEffect…对人耳听不到或感知极不灵敏的声音分量都不妨视为冗余。可利用听觉心理特性…感觉加权、量化、去除多余分量、后滤波、…(不可恢复)音频编码性能评价(1)1)编码速率(KBPS、KB/S)信号带宽:可懂度、自然度、透明度。200~3400HZ、50~7000HZ、20~15000Hz、10~20000

8、HZ。采样速率:8KHZ、16KHZ、32KHZ、44.1/48KHZ…。编码位数R(b/ps)总速率I(kb/s)影响重建质量、存储容量、传输带宽2)重建语音质量客观评价:信噪比分段信噪比(一般15DB以上较好,20DB以上相当好)音频编码性能评价(2)主观评价MOS分(MeanOpinionScore)5~1分:Excellent、Good、Fair、Poor、Bad4分:长途通讯质量(toll,transparency-电话线)3.5分:通讯

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