现代通信原理-2章模拟信号数字化与压缩编码.ppt

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1、第二章模拟信号数字化与压缩编码2.1脉冲编码调制(PCM)2.1.1模拟信号抽样2.1.2抽样信号的量化2.1.3脉冲编码调制（PCM）2.1.4PCM系统的量化噪声2.2差分脉冲编码调制(DPCM)2.2.1差分脉冲编码调制原理2.2.2DPCM系统的量化噪声和信号量噪比2.2.3自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）12.3增量调制(DM)2.3.1增量调制原理2.3.2增量调制系统中的量化噪声2.4语音压缩编码技术2.4.1概述2.4.2　语音信号的波形编码2.4.3　语音信号的参数编码2.4.4　语音信号的混合编码2.4.5　数字音频编码标准2.5图像压缩编码2第二章模拟信号数字化与

2、压缩编码2.1脉冲编码调制(PCM)模拟信数字号化的基本方法:抽样、量化、编码2.1.1模拟信号抽样(1)低通模拟信号抽样定理若一个连续模拟信号s(t)的最高频率小于fH，则以间隔时间为T1/2fH的周期性冲激脉冲对其抽样时，s(t)将被这些抽样值所完全确定。34(2)带通模拟信号抽样定理带通信号的频带限制在fL和fH之间，其低端截止频率较高。抽样频率fs：B－信号带宽，n－小于fH/B的最大整数，k—fH/B的小数部分，0

3、善小信号时的信号量噪比.信号量噪比恒定，则在理论上要求压缩特性为对数特性.均匀量化62.1.3脉冲编码调制（PCM）抽样量化编码76543213456760111001011101111103.153.965.006.386.806.42抽样值量化值二进制符号抽样保持量化编码解码低通滤波编码器解码器模拟信号输入PCM信号模拟信号输出72.1.4PCM系统的量化噪声均匀量化时的信号量噪比为S/Nq=M2当采用N位二进制码编码时，M=2N,故有S/Nq=22N由抽样定理，若信号为限制在fH的低通信号，则抽样速率不应低于每秒2fH次。对于PCM系统，要求传输速率R2NfHb/s故要求系统带

4、宽B=NfH，即要求：N=B/fH则上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽B按指数规律增长。82.2差分脉冲编码调制(DPCM)2.2.1差分脉冲编码调制原理线性预测利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值预测误差当前抽样值和预测值之差由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误差的取值范围较小。对较小的误差值编码，可以降低比特率。9编解码器原理方框图编码器s(t)－输入信号；sk=s(kT)－s(t)的抽样值；sk－预测值；ek－预测误差；rk－量化预测误差；s*k－预测器输入，是带有量化误差的sk。预测器的输入～输出关系：式中，p是预测阶数，ai是预测系数

5、。相加器10解码器当无传输误码时rk=rk此时解码器的输出信号sk*和编码器中相加器输出信号sk*相同，即等于带有量化误差的信号抽样值sk。rk'＋s*k112.2.2DPCM系统的量化噪声和信号量噪比量化噪声：式中，sk－编码器输入模拟信号抽样值；sk*－量化后带有量化误差的抽样值。设：(+,-)－预测误差ek的范围；M－量化器的量化电平数；v－量化间隔；则有设：量化误差qk在(-v,+v)间均匀分布则qk的概率分布密度f(qk)可以表示为：+-vv0vM1M2M3M4,和M之间关系12qk的平均功率可以表示成：设：fs－抽样频率，N=log2M－每个抽样值编码

6、的码元数，Nfs－DPCM编码器输出的码元速率，E(qk2)在(0,Nfs)间均匀分布，则E(qk2)的功率谱密度为：此量化噪声通过截止频率为fL的低通滤波器之后，其功率等于：13信号功率当预测误差ek的范围限制在(+,-)时，也限制了信号的变化速度。若抽样点间隔为T=1/fs，则将限制信号的斜率不能超过/T，一旦超过此范围，编码器将发生过载。设：输入信号是一个正弦波：式中，A–振幅；0–角频率其斜率为最大斜率等于A0为了不发生过载，信号的最大斜率不应超过/T，即要求故最大允许信号振幅为：最大允许信号功率为：14将代入得到信号量噪比：上式表明，信号量噪比随编码位数N和抽样频率f

7、s的增大而增加。152.2.3自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）1、DPCM存在的问题：量化阶梯不变，误差大；预测信号是阶梯波，与输入信号的逼近较差。2、ADPCM自适应量化：前馈自适应量化—直接用输入信号的方差来控制阶距大小。反馈自适应量化—通过输出码流来估算输入信号的方差，然后控制阶距自适应调整。自适应预测：前馈自适应预测反馈自适应预测162.3增量调制(DM)2.3.1增量调制原理增量调制当DPCM系统中量化器的